电缆线路故障在线监测系统技术规范书.docx

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电缆线路故障在线监测系统技术规范书

配电电缆线路故障定位及在线监测系统

技术规范书

批准：

审核：

拟制：

总则

1．本“规范书”明确了某城区供电公司10kV配电电缆线路故障定位及在线监测系统的技术规范。

2．本“技术规范书”与商务合同具有同等的法律效力。

1.1系统概述

配电线路传输距离远，支线多、大部分是架空线和电缆线，环境和气候条件恶劣，外破、设备故障和雷电等自然灾害常常造成故障率较高。

一旦出现故障停电，首先给人民群众生活带来不便，干扰了企业的正常生产经营；其次给供电公司造成较大损失；再者一条线路距离较长，分支又多，呈网状结构，查找故障，非常困难，浪费了大量的人力，物力。

电缆线路故障定位及在线监测（控）系统主要用于10kV电缆系统，可检测短路和接地故障并指示出来，可以实时监测电缆线路的正常运行情况和故障发生过程。

该系统可以帮助电力运行人员实时了解电缆线路上各监测点的电流、温度、电缆头对地电场（电缆头局部放电）的变化情况，在线路出现短路、接地、过温等故障以后给出声光和短信报警，告知调度人员进行远程操作以隔离故障和转移供电，通知电力运行人员迅速赶赴现场进行处理。

主站SCADA系统除了显示线路故障电流途径和位置，还能显示线路负荷电流、零序电流、首半波尖峰突变电流、线路对地电场（局部放电）的变化情况并绘制历史曲线图，用户根据需要还可以增加开关位置遥信采集、开关遥控、远程无线抄表和无功补偿柜电容投切等功能。

故障定位及在线监测（控）系统还可以提供瞬时性短路故障、瞬时性和间歇性接地故障的在线监测和预警功能，以及故障后事故分析和总结功能。

1.2总体要求

1.2.1当电缆线路正常运行时：

系统能够及时掌握线路运行情况，并将线路负荷电流、零序电流、电缆头温度、线路对地电场（局部放电）等线路运行信息和开口CT取电电压、后备电池电压等设备维护信息处理后发送至主站，在主站能够方便地查询有关实时信息和历史数据。

为及时掌握线路故障前的运行状态，保证线路正常运行，避免事故发生，并为在线调整故障检测参数提供技术手段。

1.2.2当电缆线路发生故障时：

系统能够及时判断出短路、过流和接地故障点，并将动作信号、短路动作电流、首半波尖峰突变电流、接地动作电流、线路对地电场（局部放电）等故障信息处理后发送至主站，在主站能购方便地查询有关历史数据和故障信息。

为方便快捷查找故障点，避免了事故进一步扩大。

1.2.3故障定位应准确，不应有误动和拒动。

当误发或拒发动作信号时，可在线调整数字故障指示器的故障检测参数，并通过主站收集到的故障电流历史曲线来辅助分析判断故障的位置。

1.2.4主站软件应运行可靠，使用简单，维护方便。

1.2.5电缆线路的现场设备采用开口CT取电，运行稳定可靠。

1.2.6实时运行数据（历史曲线）和故障信息（SOE记录）可以在电脑上查询，也可以在手机上获悉故障定位信息，也可以在现场确认，整个系统的运行应能够保持各方获得的信息一致，并且符合实际情况。

1.2.7根据用户需要，可以加装无线温度传感器，可以在线监测导线（电缆头）的运行温度。

1.3供货清单

本期工程试点线路为宾招线和车站线两条主干手拉手环网线路，其中宾招线有2个开闭所（环网柜）、7个分支箱，车站线有1个开闭所（环网柜）、7个分支箱。

1.3.1宾招线设备配置方案

站号

开闭所（分支箱）

线路数量

设备名称

数量

1

1#开闭所

5

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

2

LPK2-C数字故障指示器

15

LPK2-E数字故障指示器

5

2

2#开闭所

5

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

2

LPK2-C数字故障指示器

15

LPK2-E数字故障指示器

5

3

统计宾招高分箱

3

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

1

LPK2-C数字故障指示器

9

LPK2-E数字故障指示器

3

4

锦江高分箱

3

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

1

LPK2-C数字故障指示器

9

LPK2-E数字故障指示器

3

5

金刚山宾馆高分箱

3

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

1

LPK2-C数字故障指示器

9

LPK2-E数字故障指示器

3

6

金叶高分箱

3

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

1

LPK2-C数字故障指示器

9

LPK2-E数字故障指示器

3

7

干部学院高分箱

3

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

1

LPK2-C数字故障指示器

9

LPK2-E数字故障指示器

3

8

环保高分箱

2

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

1

LPK2-C数字故障指示器

6

LPK2-E数字故障指示器

2

9

乐达康高分箱

3

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

1

LPK2-C数字故障指示器

9

LPK2-E数字故障指示器

3

1.3.2车站线设备配置方案

站号

开闭所（分支箱）

线路数量

设备名称

数量

1

1#开闭所

4

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

2

LPK2-C数字故障指示器

12

LPK2-E数字故障指示器

4

2

统计车站高分箱

3

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

1

LPK2-C数字故障指示器

9

LPK2-E数字故障指示器

3

3

农发行高分箱

3

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

2

LPK2-C数字故障指示器

9

LPK2-E数字故障指示器

3

4

笔架山大酒店高分箱

3

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

1

LPK2-C数字故障指示器

9

LPK2-E数字故障指示器

3

5

环山高分箱

4

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

1

LPK2-C数字故障指示器

12

LPK2-E数字故障指示器

4

6

天乐府高分箱

4

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

1

LPK2-C数字故障指示器

12

LPK2-E数字故障指示器

4

7

景园高分箱

3

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

1

LPK2-C数字故障指示器

9

LPK2-E数字故障指示器

3

8

体育场高分箱

4

LPK-DCU0远程通讯终端

1

LPK2-PCT取电装置

1

LPK2-C数字故障指示器

12

LPK2-E数字故障指示器

4

1.3.3一期工程设备配置方案

电缆线路故障定位及在线监测（控）系统设备配置清单

　设备

名称

型号

数量

主站系统

主站软件（SCADA/FA-WEB）

LPK-1000

1套

主站硬件（DELL380MT）

主站短信猫（LPK-CM310）

UPS不间断电源（1kVA/2h）

在线监测单元

“四遥”数字故障指示器

LPK2-C

174只

LPK2-E

58只

远程通讯终端

数据采集器

LPK-DCU0

17台

CT取电装置

LPK2-P

20套

GPRS通讯SIM卡

中国移动（包月20M流量）

工业卡

17

SMS通讯SIM卡

中国移动（包年200条短信）

工业卡

1

主站静态IP

供电公司服务器对外IP地址

1

DCU端口号

在供电公司服务器上开通

1

WEB端口号

在供电公司服务器上开通

1

备注：

1、1台电缆型数据采集器标配3～30只电缆型“四遥”数字故障指示器。

2、如果线路平均负荷电流低于30A，须将本地无线发射功率设置为11dbm。

此时，本地无线组网可靠通讯距离（半径）为30～60米，空旷、没有无线干扰场合下可达60～100米。

3、如果线路平均负荷电流高于30A，可将本地无线发射功率设置为20dbm。

此时，本地无线组网可靠通讯距离（半径）为60～100米，空旷、没有无线干扰场合下可达100～300米。

4、主站硬件根据在线监测（控）点的具体数量进行灵活配置。

1.4标准和规范

1.4.1除本技术规范书特别规定外，供应商所提供的设备均按下列标准和规定进行设计、制造、检验和安装。

1.4.2本技术规范书是参照以下标准制定的，投标的系统和设备符合本技术规范的要求，本技术规范未作规定的要求按照下述标准执行。

ISO--------国际标准化组织标准

IEC--------国际电子技术委员会标准

ITU-T------国际电信联盟标准

IEEE-------美国电气电子工程师协会标准

EIA--------电子工业协会标准

GB---------中华人民共和国国家标准

DL---------中华人民共和国电力行业标准

1.4.3数字故障指示器符合如下标准要求：

GB/T11022—1999高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求

GB311-83/683《高压实验方法》

GB311.1-1997《高压输变电设备的绝缘配合》

GB11022-89《高压开关设备通用技术条件》

《配电线路故障指示器技术规范》（2010年）国家电力公司农电部、科技部

1.4.4线路故障定位及在线监测（控）系统符合如下通信标准要求：

1）DL5003-91《电力系统调度自动化设计技术规程》

2）DL5002-91《地区电网调度自动化设计技术规程》

3）DL/T635-1997《县级电网调度自动化系统功能规范》

4）DL/T789-2001《县级电网调度自动化系统实用化要求及验收》

5）DL/T814-2002《配网自动化系统功能规范》

6）DL/T721-2000《配网自动化系统远方终端》

7）《农网自动化及通信系统建设技术指导意见（试行）》（2002年）国家电力公司农电部[农电2002-32号]

8）《国家电网公司县城电网建设与改造技术导则》（2003年）国家电力公司农电部、科技部

9）《配电系统自动化规划设计导则》中国电机工程学会城市供电专业委员会

10）《10千伏配网自动化发展规划要点》国电公司发输电运营部

11）《远动设备及系统-传输规约：

第101篇基本远动任务配套标准》（IEC60870-5-101规约）

12）《远动设备及系统-传输规约：

第104篇采用标准传输文件集的IEC60870-5-101网络访问》（IEC60870-5-104规约）

13）《配电线路故障指示器技术规范》（2010年）国家电力公司农电部、科技部

1.5工作原理

系统应采用以下原理工作，当线路发生故障时，线路中会流过稳态和暂态故障电流并且线路电压会发生改变，根据这些暂态现象可以判断该位置的线路是否发生故障。

1.5.1永久性相间短路故障检测判据

线路发生相间永久性短路时，相当于两个电源直接短接，变电站和故障点连接的回路上会流过很大的电流，同时变电所的继电保护装置会按照速断、过流定值启动保护，使得线路跳闸断电。

永久性短路故障采用自适应负荷电流的过流突变判据时，应有4个条件：

（1）线路正常运行（有电流，或有电压）超过30秒钟

（2）线路中出现100A以上的突变电流，或者超过设定的短路故障检测参数（标准的速断、过流定值）

（3）大电流持续时间不超过10秒钟，即0.02s≤△T≤10S，△T为电流突变时间

（4）10秒钟后线路处于停电（无流、无压）状态

以上四个条件同时满足，数字故障指示器判断该位置的线路后出现永久性或瞬时性短路故障。

1.5.2单相接地故障检测判据

对于三相电缆线路，主要通过监测稳态零序电流大小来检测单相接地故障，同时通过“捕捉”暂态零序突变电流的大小来辅助判断单相接地故障。

三相电缆接地故障判据为：

（1）零序电流速断或过流启动（两段式）：

0～60A/0～9.99S（在线可设）；出厂默认参数为速断10A/500ms、过流5A/1S。

（2）暂态零序电流增量启动：

0～100A/0.01～3ms（在线可设），本地不指示，只上报接地故障电流。

出厂默认参数为零序暂态电流增量为30A。

同时，安装在单相上的电缆型数字故障指示器还提供基于首半波原理的单相接地故障判据，其前提是要求从电缆头表面引电场感应导线到数字故障指示器上，指示器提供电场引线接口。

其单相接地判据如下：

（1）电缆线路正常运行（有电流，或有电压）超过30秒钟

（2）线路中有突然增大的杂散电容放电电流，并超过设定的接地故障检测参数（接地电流增量定值）

（3）接地电缆出线接地相电压降低，并超过设定的接地故障检测参数（线路对地电场下降比例、对地电场下降延时）

（4）接地电缆线路依然处于供电（有电流）状态

以上四个条件同时满足时，数字故障指示器判断该位置后面有单相接地故障。

1.5.3过流

雷击、外破、线路瞬时故障等原因，造成线路瞬时过流跳闸，但又恢复正常供电,没有造成永久短路。

其故障判据与永久性故障判据一致。

瞬时性故障动作以后，可以通过主站系统遥控复归，不必等到24小时以后才定时复归。

1.5.4瞬时性接地故障查找

对于单相电缆，通过数字故障指示器捕捉并主动上报瞬时性接地和间歇性接地故障的首半波接地尖峰突变电流、电缆头对地电场（需安装电场引线），以便人工参与分析、判断故障位置，及时排除隐患。

对于三相电缆，通过数字故障指示器捕捉并主动上报瞬时性接地和间歇性接地故障的暂态零序电流，以便人工参与分析、判断故障位置，及时排除隐患。

1.5.5局部放电监测

电缆型“四遥”数字故障指示器带电场引线接口，根据需要可以引出电场线，并固定到电缆头上，可以实现以下三个功能：

1、实时检测电缆头是否带电，并测出电缆头对地电场值的大小；

2、启动首半波的接地故障判据，判断接地故障；

3、通过实时采集和观察电缆头对地电场的变化趋势，可以判断电缆头是否有绝缘破坏和局部放电现象。

1.6主站系统

主站系统主要实现数据采集与控制SCADA、馈线自动化FA、故障定位FLS、远程浏览WEB、与其它系统（GIS等）接口功能。

1.6.1功能要求

◆数据采集

◆数据处理（包括计算量的处理）

◆控制和调节（可选）

◆事件顺序记录（SOE）及报警处理

◆系统时钟和时钟同步（可选）

◆网络拓扑和动态着色

◆历史曲线

◆故障信息实时检测和故障定位

◆故障指示器的动作信号纠错和补漏

◆无人值班短信通知

◆权限管理

◆通道监视与统计

◆运行状况WEB浏览（可选）

◆故障通知和故障信息WEB浏览（可选）

◆运行数据和故障信息通过WEB历史查询（可选）

◆向GIS系统转发“二遥”实时数据（可选）

◆接收并执行GIS系统下发的遥控、遥调命令（可选）

1.6.1主要性能

1.6.1.1主站系统容量

◆数字量10000

◆模拟量10000

◆累加量10000

◆遥控量1000

◆虚拟量10000

◆转发量10000

◆监测（控）点数量254

1.6.1.2主站系统可靠性

◆遥测合格率＞98%

◆遥信准确率＞99%

◆遥控正确率＞99.99％

◆遥调正确率＞99.99％

1.6.1.3主站系统实时性（GPRS通讯方式）

◆遥测越限和遥信变位传送≤5秒

◆遥信量变化传送≤10分钟

◆遥测量变化传送≤10分钟

◆遥控命令响应时间≤10秒

◆故障定位响应时间≤5分钟

◆事故推画面时间≤3秒

◆调用画面响应时间≤2秒

◆画面自动刷新周期≤5秒

◆模拟量和数字量的召唤周期5分钟

1.7数据采集器

主要用于10kV配电线路，通过短距离无线跳频通讯方式，实时采集附近60米范围内安装的3～30只数字故障指示器的运行数据和故障信息（、负荷电流、短路动作电流、首半波尖峰突变电流、接地动作电流、短路故障动作标志、接地故障动作标志、稳态零序电流、暂态零序电流等）、电缆头对地电场（局部放电）以及数据采集器本身的运行状态（开口CT取电电压、电池电压等），然后将打包数据通过GPRS通讯方式发送到远程主站系统进行分析和处理。

不带开关遥控的电缆型数据采集器LPK-DCU0基本配置：

40VA开口CT取电装置；10Ah/3.7V锂电池；超低功耗GPRS和双向无线调频通讯模块；管理周边60米范围内3～30只LPK2-C（带电缆头测温功能的型号为LPK2-TC）、LPK2-E电缆型“四遥”数字故障指示器,相当于同时实现多达10条电缆线路的故障定位和实时在线监测功能。

1.7.1功能要求

◆体积小，重量轻，带电装卸

◆功耗低，采用开口CT取电，带后备电池，停电以后RF和GPRS可在线7天

◆通过无线跳频或GPRS通信方式可在线设置参数

◆遥控数字故障指示器复归

◆防死机和少维护设计

◆对上采用GPRS通信方式和标准101通信协议

◆对下采用无线跳频通信方式，带CRC校验和数据加密的跳频协议

◆可提供带开关位置遥信采集和开关遥控功能的数据采集器

1.7.2主要性能

◆电源：

标配40VA开口CT取电装置

◆电池：

标配10Ah/3.7V锂电池

◆整机静态平均功耗：

＜55mA/3.6V

◆整机动态平均功耗：

＜80mA/3.6V（RF和GPRS每分钟发送一次数据时）

◆遥测：

负荷电流精度为±2%（100A额定电流时）或者±2A（电流小于20A时）；零序电流精度为±2%（50A额定电流时）或者±1A（电流小于10A时）；电缆头对地电场线性度优于±5%；测温精度为±2℃（-55～150℃）。

◆遥控（可选）：

4路3A/30VDC继电器空接点输出，AC2KV光电隔离，带DC24V可控遥控电源和开关操作电源

◆遥信（可选）：

6路1～15mA/30VDC开关位置辅助接点输入，AC2KV光电隔离，带DC24V可控遥信电源

◆遥调：

远程设置1～30只数字故障和数据采集器本身的参数

◆通信频率（短距离无线）：

420～440MHz（出厂设定434M基频，每个基频有64个独立调频信道，自动跳频），40kbps通信速率（双向），30～100米通信距离可调（灌胶以后、双向通信，11dbm，）

◆带数字故障指示器数量：

3～30只

◆重量：

＜5kg（不带开关遥信和遥控），25kg（带开关遥信和遥控）

◆尺寸（高×宽×厚）：

150mm×110mm×60m（LPK-DCU0）

◆设计寿命：

8年以上（电池除外）

◆环境温度：

-25℃～70℃

◆环境湿度：

5～95%

◆防护等级：

IP55

◆EMC等级：

±8kV静电放电，±4kV雷击浪涌（开口CT取电时）

1.8数字故障指示器

用于10kV小电流接地系统，准确检测线路短路、接地故障并给出闪灯指示，可采集【或捕捉】到线路负荷电流、首半波接地尖峰电流、首半波接地动作电流、稳态零序电流、暂态零序电流等实时数据和故障信息。

同时具备故障定位及在线监测（控）系统无线调频通信接口，为人工参与分析、判断单相接地故障点，实现在线检测瞬时性短路、接地故障，在线监测亚健康运行状态，并可远程调整短路和接地故障检测参数。

1.8.1功能要求

◆小体积和微功耗设计

◆从高压导线小负荷电流开始取电

◆检测相间短路故障

◆检测小电流接地系统单相接地故障

◆监测线路负荷电流、短路动作电流

◆监测线路接地尖峰突变电流、接地动作电流

◆监测电缆头对地电场（局放）

◆监测电缆头表面运行温度（可选功能）

◆本地无线跳频通信，动作信号和故障动作电流主动上报

◆通过无线跳频通信，可在线调整故障检测参数

◆通过无线跳频通信，可在线校准电流精度

◆本地闪灯显示

◆定时和遥控复归

◆防死机和免维护设计

◆带电装卸

1.8.2技术参数

◆电源：

4.8Ah/3.6V长寿命一次性锂亚电池

◆取电功率：

50uA～100mA/3.6V（对应一次负荷电流10A-600A）

◆静态平均功耗：

50uA/3.6V

◆动态平均功耗：

80uA/3.6V（每分钟发送一次数据时）

◆电流精度：

±2%（负荷电流为100A时）或者±2A（负荷电流小于20A时）

◆电缆头对地电场（局部放电）：

0～1023LSB，线性度优于±5%，每5分钟监测一次

◆温度精度：

±2℃

◆通信频率（RF）：

420～440MHz（64个独立信道自动跳频），通信距离（RF）：

30～100m（灌胶以后、双向通信、11dBm一半发射功率，自动跳频）

◆电压等级：

任意（出厂前确定），出厂默认为10～35kV

◆负荷电流：

0～600A

◆零序电流：

0～60A

◆电缆头温度：

-55～150℃

◆导线直径：

8～40mm（单相）；＜110mm（三相）

◆短时耐受电流：

40kA/4S

◆故障复位时间：

24h（1～48h，可在线设置）

◆可动作次数：

不小于3000次

◆环境温度：

-25℃～70℃

◆环境湿度：

5～95%

◆防护等级：

IP65

◆EMC等级：

等电位安装，6级以上

◆重量：

不大于500g

◆尺寸：

不大于Ф75*150mm

◆设计寿命：

8年以上