一、    概述

五、    系統工作原理

數字化的故障指示器FCI主要安裝在變電站出線、重要分支線和重要電力設備處，每條線路裝1組（共3只），以實現這些點的遠程監測和故障定位，同時在附近安裝1臺數據采集器DCU。FCI都帶有四字節通訊地址，用于DCU對FCI的識別；DCU也帶有一字節地址，用于DCU與主站（GPRS DTU）之間的地址識別。DCU與FCI采用短距離無線調頻通訊，DCU與主站之間采用GPRS公網通訊。

當線路正常運行時，DCU向下采用POLLING規約輪詢每只數字化故障指示器（FCI），FCI按預設的通訊策略進行應答，將實時采集到的數據發送到DCU。通訊策略的含義是：FCI采用低功耗電路和程序設計，設計壽命為10年以上，但無線通訊能量較大，不能完全依靠內部鋰電池供電，大部分能量要從高壓導線感應取電。當負荷電流大于20A時可以完全取到通訊能量，在通訊時可以做到“有問必答”或者定時主動發送；當負荷電流小于20A時，只能取到有限的電能，在通訊時會出現“兩問一答”、“十問一答”或者不定時主動發送的情況，其它時間FCI內部無線通訊模塊都在休眠以減少電池損耗。值得一提的是，由于無線通訊劃分為64個獨立信道，對于主動發送不存在互相干擾而導致通訊不上的情況。

對于10kV中性點各種接地系統，當線路出現短路故障時，FCI可以檢測到短路故障電流，如果符合特定的短路故障判據，則本地翻牌顯示，并按照預設的時間參數自動復歸，也可以通過主站遙控復歸。同時，在DCU輪詢到自己時將“及時應答”或者立即主動發送動作信息，將動作信號等數據發送到DCU。

對于10kV小電流接地系統，當線路出現接地故障時，FCI可以檢測到接地故障暫態電流，如果符合特定的接地故障判據，則本地翻牌顯示，并按照預設的時間參數自動復歸，也可以通過主站遙控復歸。同時，在DCU輪詢到FCI時將“及時應答”或者立即主動發送動作信息，將動作信號等數據發送到DCU。

DCU在收到FCI的動作信息以后，將動作分支的FCI地址信息通過GPRS通訊方式發給配網主站SCADA或GIS系統，并進行報警顯示和自動短信通知。

l        短路故障檢測原理

對于短路故障，FCI提供兩種可選擇的故障判據：一種是電流突變法，一種是過流速斷定值法。

目前市面上絕大多數模擬電路的故障指示器主要是采用電流突變法，其判據為：

a)        線路穩定時間：≥30S

b)        短路故障電流增量

c)        當負荷電流IL小于等于200A時，ΔI≥100A

d)       當負荷電流IL大于200A時，ΔI≥1/2*IL

e)        短路故障持續時間：≤10S

f)         短路故障結束電流：≤2A

該方法的優點是自動跟蹤負荷電流大小，不用整定參數；其缺點一是在有些接地短路情況下，短路電流是逐漸增大的，指示器因無法檢測到電流突變而導致拒動；其缺點二是在有些接地短路情況下，非故障出線、非故障分支、故障點后面的線路如果帶有大型容性負載（例如高壓電容器）和感性負載（如大型電動機、水泵等），則會向故障點反饋送電，導致非故障線路誤動。
由于FCI的動作參數可以通過主站在線修改，因此在管理比較規范的電力公司，我們推薦過流速斷法。該方法與變電站微機保護裝置的故障檢測原理一致，只要變電站出口跳閘，FCI也能檢測到并給出故障指示。為了防止合閘涌流，FCI采取了電壓閉鎖條件，只有檢測到線路停電（無流無壓）以后才會動作。其檢測原理如下：

參數說明：

Ik參數：當前負荷電流采樣值

Iset參數：包含Iset1（速斷值）、Iset2（過流值）

Tset參數：包含Tset1（速斷延時）、Tset2（過流延時）

TfMAX參數：從變電站出口保護啟動到保護跳閘停電的最大延時

Iaver參數：保護啟動前的平均負荷電流

Uk參數：當前電場采樣值

Un參數：正常運行時的電場

l        接地故障檢測原理：

對于線路接地故障，目前比較常見的方法是首半波法和信號注入法。經過兩、三年的實踐檢驗，首半波或者接地暫態法存在技術原理上的缺陷，經常導致誤動。雖然信號源注入法相對穩定，但由于設備費用高昂和安裝不便而推廣困難，對于負荷波動大的線路也經常誤動，接地阻抗高較高和接地線接地不牢時時可能發不出信號。FCI主要采用接地暫態電流測量法，通過通訊網絡將各個監測點的接地暫態電流、變電站接地選線裝置的接地報警和選線信息都匯總到主站，由主站進行智能和人工決策判斷。

接地故障暫態電流測量法判據為：

                                                      i.              線路穩定時間：T0≥30S

                                                    ii.              接地暫態電流增量：ΔIzt≥ΔIset

                                                  iii.              電場下降比例：ΔUk%≥ΔUset%

                                                  iv.              電場下降持續時間：Tk≥Tset

                                                    v.              故障結束穩態電流：≥2A

該方法的特點是能夠實時監測接地故障暫態電流變化，和變電站接地選線裝置，并根據系統結構和不同的安裝位置在線修改接地故障判據參數。

六、系統主設備介紹

（一）數字化的故障指示器

1、功能特點

l              從高壓導線小負荷電流開始取電；

l              檢測相間短路 ；

l              檢測小電阻、中電阻接地故障 ；

l              檢測小電流接地系統單相接地故障（與接地選線裝置、主站配合完成） ；

l              檢測斷相故障（與主站配合完成） ；

l              檢測線路停電（與主站配合完成） ；

l              監測線路負荷（電流） ；

l              監視線路絕緣水平（電場） ；

l              帶電裝卸 ；

l              本地顯示 ；

l              自動/遙控復歸，可遙控翻牌/復歸、指示燈點亮/熄滅 ；

l              無線中繼通信 ；

l              在線設置參數 ；

l              防死機和免維護設計 。

2、技術參數

l        電源：2.5Ah/3.6V一次性鋰電池*2；

l        取電功率：50uA-20mA/3.6V(一次負荷電流3A-600A)；

l        靜態平均功耗：25uA（FCI），20uA（短距離無線模塊） ；

l        通訊平均功耗：50uA（每分鐘發送一次數據時）；

l        電流精度：±1.5%（負荷電流大于10A時）或者±1A（負荷電流小于10A時）；

l        電壓線性度：優于±95%；

l        通訊頻率（短距離無線）：433MHz（64個獨立信道自動跳頻）；

l        通信距離（RF）：100-1000m（空曠地帶）；

l        電壓等級：任意（出廠前確定）；

l        負荷電流：0～600A；

l        導線直徑：8～40mm；

l        短時耐受電流：40kA/4S；

l        故障復位時間：12h(6h，24h,48h)；

l        可動作次數：不小于3000次 ；

l        環境溫度：-35℃～85℃ ；

l        環境濕度：5～95%；

l        防護等級：IP65；

l        EMC等級：±8kV靜電放電 ；

l        重量：不大于500g ；

l        尺寸：不大于Ф75*150mm；

l        設計壽命：10年以上。

（二）數據采集器

主要用于輸配電線路故障定位與負荷監測系統，也可用于變電站高壓開關柜無線測溫等應用場合，通過短距離無線調頻、跳頻通訊方式實時采集附近安裝的1～30只數字化故障指示器的信息（系統電壓、負荷電流、接地暫態電流及其增量、溫濕度、短路故障動作狀態、接地故障動作狀態），然后將打包數據通過GPRS通訊方式發送到配網主站SCADA或者GIS系統進行分析和處理。同時，根據用戶需要，數據采集器可以連接1~2臺電動開關，主站系統可以通過GPRS對其進行遙控、遙信操作。

 

 

l        技術參數

（1）、 電源：18V/20~100W太陽能電池板組件

（2）、 電池：10~50Ah/3.6V可充電鋰電池

（3）、 整機平均功耗： ＜50mA

（4）、 短距離調頻發送功率：＜20mA（持續向指示器發送巡檢命令時）；

（5）、 GPRS發送功耗： ＜150mA（持續向主站發送實時數據時）

（6）、SMS短信平均功耗： ＜1mA（每天向主站發送一條短信時）

（7）、 遙測：電流精度為±1.5%（電流大于20A時）或者±1A（電流小于20A時）；電壓線性度優于±95%

（8）、 遙控：4路繼電器空接點輸出，AC2kV光電隔離，帶0.1F/DC24V可控開關操作電源和7.2Ah/DC24V開關儲能電源；

（9）、 遙信：6路開關位置輔助接點輸入，AC2kV光電隔離，帶DC24V可控遙信電源；

（10）、 遙調：可在線設置1~30只數字化故障和數據采集器本身的參數

（11）、 通訊頻率（短距離無線）：433MHz（64個獨立調頻信道，自動跳頻），20~100k（雙向），100~1000米可調

（12）、 建議帶數字化故障指示器個數：1~30個

（13）、 重量：DCU0、DCU1＜5kg； DCU2＜10kg； DCU3＜20kg

（14）、 尺寸： DCU0、DCU1 ＜250mm×150mm×100mm（長×寬×高）； DCU2 ＜300mm×250mm×100mm； DCU3 ＜450mm×350mm×250mm；

（15）、 設計壽命：10年以上（可充電鋰電池為5年壽命）

（16）、 環境溫度：-35℃～85℃

（17）、 環境濕度：5～95%

（18）、 防護等級：IP65

（19）、 EMC等級：±8kV靜電放電

l        功能特點

（1）、 體積小，重量輕

（2）、 不停電裝卸

（3）、 太陽能取電，后備大容量鋰電池

（4）、 在線設置參數，可擴展遙控翻牌/復歸、指示燈點亮/熄滅、開關合、分閘（增加開關合分閘驅動電容和開關儲能電機后備電池） 等實用的配網自動化功能

（5）、 防死機和少維護設計

（6）、 對主站采用SMS短信（DCU0）、GPRS（DCU1、2、3）通訊方式和標準101通訊協議

（7）、 對指示器采用短距離無線調頻、調頻通訊方式和仿101協議POLLING規約

 

 

七、系統配置清單

名 稱	規格/型號	數量	備 注
主站計算機		1臺
系統軟件		1套
故障指示器		M臺	根據現場
數據采集器		N臺	根據現場
配電監控主機		1臺
安裝輔助材料		N套	根據現場