一、前言

        我國10KV城市及農村配網架空線路和電纜系統(tǒng)故障比較多，尤其是接地故障，由于其隱性特性， 有時很難查找。有時不得不通過拉分段開關并經過變電所試送電確定故障所在線段，對線路、設備運行 的安全性極為不利。目前利用故障指示器實現(xiàn)線路故障分段定位存在以下缺陷：故障指示器沒有實現(xiàn)故 障信息上傳功能，不具備故障自動定位功能，一旦線路出現(xiàn)故障，需要人工沿線查找，仍然增加了故障 查找難度和時間。而利用配網自動化系統(tǒng)能夠實現(xiàn)故障的自動定位，但成本太大，難以推廣。因此，利 用簡單、成本低廉的通信手段將故障指示器所采集到的故障信息和負荷電流上傳到自動化主站系統(tǒng)，從 而實現(xiàn)故障區(qū)段的自動定位和負荷電流的實時監(jiān)控是十分必要的。

二、檢測原理

        短路檢測原理：配電線路發(fā)生相間短路時，相當于兩個電源直接短接，變電站和故障點直接的回 路上會流過很大的電流，同時變電所的繼電保護裝置會按照實現(xiàn)設定的規(guī)則啟動保護，使得線路跳閘斷電。

因此，短路故障判據(jù)有4個條件：

（1）線路中出現(xiàn)突變電流  It≥300A It為突變量電流啟動

（2）電流變化量不小于短路前線路電流△I≥0.5I0△I為電流變化率，I0為短路前線路電流

（3）大電流持續(xù)時間不超過3秒鐘    0.02s≤△T≤3s△T為電流突變時間

（4）3秒鐘后線路處于停電狀態(tài) I=0       I為線路故障后電流

以上四個條件同時滿足，檢測判斷該位置的線路后出現(xiàn)短路故障。線路出現(xiàn)短路故障后就地翻牌發(fā)光顯示，并把故障信息傳送到工作主站。 

接地檢測原理：線路發(fā)生單相接地時，根據(jù)不同的接地條件（例如金屬性接地、高阻接地等），會出現(xiàn)多種復雜的暫態(tài)現(xiàn)象，包括出現(xiàn)線路對地的分布電容放電電流，接地線路對地電壓下降。綜合以 上情況，我們的產品所使用的接地判據(jù)如下：

（1）線路中有突然增大的暫態(tài)電容電流：檢測接地瞬間的暫態(tài)電容電流大于一定數(shù)值；

（2）接地線路電壓降低3kV以上；

（3）檢測接地電流功率方向判斷；

        以上三個條件同時滿足時，檢測終端判斷該位置的線路后出現(xiàn)接地 故障。線路出現(xiàn)接地故障后就地翻牌發(fā)光顯示，并把故障信息傳送到工作主站。

        負荷電流采集原理：利用單片機作為內核，利用高精度AD采樣對內置互感器輸出電流進行測量，通過FFT計算得到線路負荷電 流；所有測量均為數(shù)字方式，干擾少，精度高。

        架空線路故障遠傳原理：當線路發(fā)生短路，接地、停電和送電等運行狀態(tài)變化時，通信是故障指示 器檢測到變化的信號，通過短距離射頻信號傳輸?shù)郊芸胀ㄐ沤K端，再經由通信終端通過移動無線通信模 塊將信息發(fā)送到工作主站。主站電腦通過線路顏色的變化和故障區(qū)段閃爍直觀顯示故障所在區(qū)段，同時 彈出對話框提示報警，并以短信息的形式發(fā)送故障信息到巡檢員手機。通信式故障指示器可通過翻牌發(fā) 光方式就地顯示故障。

三、系統(tǒng)組成架構及配套詳細介紹

3.1 系統(tǒng)組成

        配網故障定位及負荷監(jiān)測系統(tǒng)包括：架空二遙故障指示器、架空故障指示器通信終端（以下簡稱架空通信終端）、主站軟硬件系統(tǒng)等。

3.2 系統(tǒng)架構

3.3 對應裝置的詳細介紹

        配網故障定位及負荷監(jiān)測系統(tǒng)是一套具有遠程傳輸能力的可分布監(jiān)控、集中管理、即時通知型的智能化故障及負荷管理系

統(tǒng)。它融合了線路故障檢測、通信傳輸技術，將信息發(fā)到主站系統(tǒng)和手機上，使線路故障點的定位變得更加快捷。   

        架空二遙故障指示器掛裝于架空線路上，主要由檢測電路、分析算法電路、觸發(fā)電路、無線傳輸電路模塊、電源電路等構成。作用是將檢測到的送電、停電、接地、短路及負荷電流信息通過短距離無線射頻模塊傳輸?shù)郊芸胀ㄐ沤K端。故障指示器三只為一組。利用專用安裝工具，可直接帶電安裝和拆卸。

        故障指示器正常情況下處于休眠狀態(tài)，當線路狀態(tài)發(fā)生變化時，通過故障檢測電路檢測到送電，停電，短路和接地信息時觸發(fā)電路將單片機喚醒，單片機被喚醒后采集狀態(tài)數(shù)據(jù)信息進行處理，確定為線路狀態(tài)發(fā)生變化后，啟動無線射頻發(fā)射模塊，頻率調制器將信息以數(shù)據(jù)包的形式安全準確的發(fā)送出去，信號傳輸終端的無線射頻收發(fā)模塊的帶解調的接收器將收到數(shù)據(jù)進行解調后返回一個“收到”信號，故障指示器接收到這個信號后，恢復到休眠狀態(tài)。

        內置定時器每15分鐘喚醒一次單片機，采集線路負荷電流發(fā)送到通信終端。在收到肯定確認后，轉入休眠狀態(tài)。

        二遙故障指示器采用太陽能和充電鋰電池雙重供電模式。正常工作時裝置采用太陽能供電，并且對鋰電池進行充電。只有在陰雨天或太陽光照不足的情況下才啟動充電鋰電池供電。

        架空通信終端主要由單片機系統(tǒng)、GSM/GPRS模塊、無線射頻通信模塊和太陽能供電裝置構成。該裝置安裝于距通信故障指示器小于100米的電桿上,直接利用抱箍固定。作用是接收故障指示器發(fā)送過來的信號，并通過GSM/GPRS將信息發(fā)送到工作主站。

        通信終端尺寸高× 寬×深=300×200×120mm

        每臺信號架空通信終端在100米范圍內可以配套多組通信故障指示器。

        架空終端采用太陽能供電模式。在晴朗的白天。太陽能電池板為其提供充足電量，同時對蓄電池充電。在夜晚和陰天時，信號傳輸終端是由蓄電池進行供電。

        太陽能供電是利用無數(shù)個串起來的感光電池組件將太陽能直接轉變?yōu)殡娔艿难b置。太陽能電池組件是利用半導體材料的電子學特性實現(xiàn)P-V轉換的固體裝置。它是對光有響應并能將光能轉換成電力的器件，選用產生光伏高效應的多晶硅材料。它的發(fā)電原理是P型晶體硅經過摻雜磷可得N型硅，形成P－N結。當光線照射太陽能電池表面時，一部分光子被硅材料吸收；光子的能量傳遞給了硅原子，使電子發(fā)生了越遷，成為自由電子在P－N結兩側集聚形成了電位差，然后直接連接終端內的蓄電池，直接為蓄電池充電。

        產品選用的433M無線射頻通信模塊同時具有收發(fā)功能。它是由一個集成的頻率調制器，一個帶解調的接收器，一個晶體振蕩器和一個調節(jié)器組成。

四、系統(tǒng)技術參數(shù)及功能特點

4.1 架空二遙故障指示器技術參數(shù)和功能特點

4.1.1 二遙故障指示器技術參數(shù)

■線路電壓：10kV

■絕緣耐壓：125kV

■短耐受電流能力：31.5kA/2s

■適應環(huán)境溫度：-30℃~70℃

■翻牌/閃光夜間可視距離：≥300m

■翻牌顯示可動作次數(shù)：無限次（太陽能取電）

■連續(xù)閃光時間：≥5000小時

■閃光時間間隔：≤5s

■無線通信距離：≤100m

■重量：≤550g

■抗風能力：風力150km/h不可松脫

4.1.2 二遙故障指示器功能

■識別故障：具有識別短路、接地故障的功能；

■負荷檢測：監(jiān)測線路負荷電流功能； tc "識別故障 具有識別短路故障的功能，無需設定動作值

■顯示方式：翻牌顯示或發(fā)光顯示360°范圍內均可觀察，翻牌方式時，顯示牌采用夜視反光技術；

■自動復位：故障指示器探頭具有延時自動復位或（和）遙控復位的功能，自動復位時間可由用戶指定或出廠前設定；故障發(fā)生時自動開始計時，返回時間誤差不大于±20%；

■抑制涌流：杜絕合閘勵磁涌流引起的誤動現(xiàn)象；

■在線運行：直接安裝在電力線上；

■防銹耐蝕：結構零件采用防銹防蝕材料；

■帶電裝卸：可帶電安裝和摘卸，裝卸過程不發(fā)生誤報警。

■信號遠傳：內置無線通信模塊，可將動作信號遠傳至架空通信終端；

■防護等級：IP68；

4.1.3 二遙故障指示器結構特點

■塑料外殼表面無明顯的劃痕、缺陷、變形、變色等現(xiàn)象；

■環(huán)氧灌封面無缺陷、溢流等現(xiàn)象；

■采用防紫外線外殼材料，可長期戶外運行；

■顯示窗內應無異物，可旋轉部分顏色均勻、不褪色且轉動靈活；

■金屬部件表面涂層無起泡、龜裂、脫落，，金屬零件無銹蝕及其他機械損傷，緊固件緊固無松動；

■指示器卡線結構采用抗銹蝕材料，根據(jù)安裝場合不同，適用的導線范圍符合表1的規(guī)定。

表1 指示器卡線結構適用范圍

4.2 架空通信終端技術參數(shù)和功能特點

4.2.1 通信終端技術參數(shù)

■每臺通信終端可以接入多組故障指示器

■工作電源

√配置太陽能電池板為蓄電池充電

√太陽能電池標稱功率：10W

√太陽能電池工作電壓：18V

√蓄電池使用壽命：大于5年

√靜態(tài)功耗：不大于0.6W

■通信

√通信方式：GSM、以太網、串口、無線公網等

√通信規(guī)約：IEC60870-5-101、 IEC60870-5-104或CDT等

■適應環(huán)境

√環(huán)境溫度：-30℃~70℃；日溫差25℃

√海拔高度：小于2000m

√環(huán)境濕度：5%~99%

√抗震能力：地面水平加速度0.3g，地面垂直加速度0.15g

■防護等級：IP54

4.2.2 通信終端功能

■無線接收：接收無線發(fā)射探頭發(fā)回的故障點號信息

■信息發(fā)送：向中心站發(fā)送故障信息，可采用短消息、GPRS及RS232等通信方式

■后備電源：配置太陽能電池板，用以給蓄電池充電。在失去主電源情況，后備電源無縫接入，保證終端正常工作

4.2.3 通信終端結構特點

■重量(含太陽能電池板)：7kg

■安裝方式：安裝在架空線桿塔上

■防銹耐蝕：結構零件采用防銹防蝕材料

五、安裝

5.1編碼說明

        每只故障指示器都粘貼有一個代碼，詳細注明了故障指示器通信的編碼、所安裝的相位（A、B、C）。比如：A1234567，代碼中的“A”指的是該故障指示器必須安裝在A相架空線上；代碼中的“1234567”指的是該故障指示器自身的編碼。安裝時，必須詳細記錄此代碼。

        每臺通信終端都有一個代碼，代表此通信終端的終端地址，現(xiàn)場需要設置參數(shù)時，需要用無線射頻工具通過此地址對終端進行設置。安裝時，必須詳細記錄此代碼。

5.2安裝前的檢驗

        安裝前一定要確認二遙故障指示器是否在正常狀態(tài)（沒有翻牌顯示、偶爾發(fā)光屬于正?，F(xiàn)象）。如果發(fā)現(xiàn)有不復位（翻牌顯示）的故障指示器請務必將該故障指示器的代碼信息反饋給生產廠家，并在安裝過程中詳細記錄安裝點信息。以便于廠家及時更換。

        安裝前打開通信終端工作電源，確保電源指示燈閃爍才屬于正?，F(xiàn)象。如果發(fā)現(xiàn)有通信終端異常，請務必將該通信終端的代碼信息反饋給生產廠家，并在安裝過程中詳細記錄安裝點信息，以便于廠家及時更換；

5.3二遙故障指示器的安裝和拆卸

5.3.1 結構說明

               二遙故障指示器                         二遙故障指示器安裝托架

5.3.2二遙故障指示器的帶電安裝

        打開包裝箱，每只指示器和通信終端上都有對應的代碼編號，分別安裝在不同的地點。請按包裝指示和本安裝說明逐點安裝。

具體安裝過程如下：

        將托架通過接頭螺栓緊固在絕緣操作竿上。兩側橫銷同時橫向向外拉，使兩側擋板自動向上彈起，用手擰緊頂絲，使頂絲頂?shù)降装逑路降臋M桿上，確保底板在最上端位置固定。

        將壓簧用手搬起，向箭頭所指的方搬至塑料彈片的槽中即可。用同樣的方法把另一邊壓簧勾住。

        將帶有指示器的托架舉起，對準電線向上推，在壓簧夾住電線后，拿走帶有托架的操作竿，安裝完畢。

嚴禁在安裝過程中設備底部站人，以免指示器脫落砸傷人員。

特別注意:如果需要生產廠家更換故障指示器，請詳細記錄拆卸的指示器代碼和所安裝的地點。

5.3.3二遙故障指示器的帶電拆卸

        將托架通過接頭螺栓夾在絕緣操作竿上。兩側橫銷同時橫向向外拉，使兩側擋板自動向上彈起，用手將頂絲擰松至根部，確保外拉橫銷沒有彈出。舉起裝有工具的絕緣桿對準線路上的指示器向上頂，橫銷自動向彈出，然后向下拉，故障指示器即可拆卸。

5.4通信終端的安裝

        通信終端：安裝在和故障指示器相同或相鄰的電桿上，直接利用抱箍固定，距離故障指示器小于100米。

        通信終端主要指太陽能控制箱。打開包裝箱，每個太陽能控制箱都有不同的代碼編號，必須按本說明提示的信息安裝。

具體安裝過程如下：

        打開通信終端，打開電源開關，電源控制器指示燈亮、太陽能板指示燈和負載指示燈正常亮，終端正常，關上終端并鎖好。取下連接太陽能板支架板上的螺絲，固定好太陽能板

        拆掉抱箍上螺桿的螺母，將抱箍套在電桿上，并把通信終端通過螺桿與抱箍稍緊連接（抱箍可以在電桿上相對轉動），將終端轉動到讓太陽能板對著正南偏西10度方向（旋轉角允許偏差正負10度），然后擰緊連接抱箍與終端的螺絲。必須確認已經連接牢固。

嚴禁在安裝過程中設備底部站人，以免設備脫落砸傷人員。

特別注意:如果需要生產廠家更換通信終端，請詳細記錄拆卸的通信終端代碼和所安裝的地點。