1、课程设计正文第一章 设计背景在现代配电系统中，特别是大量使用环网负荷开关的系统中，如果下一级配电网络系统中发生了短路故障或接地故障，上一级的供电系统必须在规定的时间内进行分断，以防止发生重大事故。通过使用故障指示器，可以标出发生故障的部分。维修人员可以根据此指示器的报警信号迅速找到发生故障的区段，分断开故障区段，从而及时恢复无故障区段的供电，可节约大量的工作时间，减少停电时间和停电范围。线路故障指示器是应用在输配电线路、电力电缆及开关柜进出线上，用于指示故障电流流通的装置。一旦线路发生故障，巡线人员可借助指示器的报警显示，迅速确定故障点，排除故障。彻底改变过去盲目巡线，分段合闸送电查找故障的落
2、后做法。第二章 设计要求针对典型的10 kV架空配电线路，设计基于故障指示器的线路故障定位系统方案。具体要求如下：1、整个系统包括包括故障指示器、通信网络和故障定位主站三大部分；2、通信网络采用无线通信技术（如GSM/GPRS、CDMA等）；3、系统主站可以显示被监视线路的电气接线图；4、系统主站可以借助地理信息系统（GIS）平台显示线路故障点的具体地理位置。第三章 概述本文介绍了10kv架空配电线路故障自动定位系统的构成及其实现方案，提出了基于故障指示器技术、GSM通信技术和GIS（地理信息系统）技术的一套自动高效的故障点检测及定位系统，实现短路故障、接地故障点检测及定位和故障点区间信息的快
3、速上传功能，为调度人员和应急指挥人员提供详细的故障类型和故障区间信息，大大降低故障查找时间。该技术可广泛应用于10kv配电网的故障查找，有效提高了配电网线路信息化的管理水平。该系统包括故障点的确定，融合故障指示器技术、GSM通信技术和GIS（地理信息系统）技术的故障点检测及定位系统。主要用于配电系统相间短路和单相接地故障检测和定位，配电控制中心的故障定位软件系统与大量现场的故障检测和指示装置相配合，通过GSM通信技术传输到主站系统，在故障发生后的几分钟内即可在控制中心通过与地理信息系统的相结合，显示出故障位置和故障时间等信息，并可把故障信息通过无线通信网络发送到线路管理和运行人员的电脑上，帮助
4、抢修人员迅速赶赴现场，排除故障，恢复供电，提高了供电的可靠性和服务质量。第四章 故障指示器1、故障指示器的发展与原理：配电网线路故障指示器的发展史，主要可以分为两个阶段，第一代就是90年代之前基于“过流法”设计的短路故障指示器，第二代就是90年代出现的基于”电流突变法”。有的厂家采用“电流跳变率法”(电路突变量与突变时间的比值)，其实质采用的也是”电流突变法”设计的。虽然最近几年出现了所谓的“二合一”故障指示器即接地短路故障指示器，但这些产品的检测技术仍然是第二代设计技术。第二代故障指示器的短路故障检测原理在一定程度上突破了第一代产品采用“过流法”的局限性，目前几乎所有故障指示器的短路故障检测
5、原理都是采用”电流突变法”。这个原理的核心就是通过检测到输配电线路的电流出现一个突变增量，线路跳闸停电(电流为零)从而判定为线路短路故障的发生，这个突变增量是一个常量或者在一定范围内是一个常量。这一短路故障检测方法虽然从一定程度上解决了过流法存在的误报警、漏报警的局限性，但解决得不彻底，因为不同结构的线路、同一线路不同的运行管理方式、不同的地理环境、甚至不同的运行时刻都会导致短路故障电流突变增量的不同，因此以一个常数化的电流突变量作为短路故障判断依据显然存在局限性，不可避免会出现误判或漏判。随着国民经济发展，电网改造、新网建设的规模越来越大，结构越来越复杂，线路运行管理方式、负载、环境千变万化
6、，第一代、第二代故障指示器的故障检测技术已无法适应电网的发展趋势，显然也越来越无法适应用户对供电可靠性的需求，因此一种不受线路结构、运行管理方式、地理环境、负载变化、甚至运行时刻影响的新一代故障指示器成为广大供用电客户的迫切需求，这就是第三代故障指示器智能故障指示器。配电网故障指示器突破了第一代和第二代故障指示器在故障检测方面的局限性。在短路故障检测方面，将微机保护原理引入故障指示器的设计技术中，采用检测电流变比率If/I0(故障电流与负荷电流的比值)突变值的方法并结合线路跳闸停电来检测短路故障，这个变比率突变值按照故障指示器内置的曲线算法并根据负荷电流的大小自动动态整定，克服了”电流突变法”
7、采用的电流突变值静态固定不变的缺陷，因此不受线路结构、运行管理方式、地理环境、甚至运行时刻的影响，从根本上克服了目前市场上基于过流法或”电流突变法”设计原理的故障指示器存在的误报警或漏报警的缺陷，因此短路故障检测准确可靠。相对于第二代故障指示器来讲，智能故障指示器对线路跳闸停电的判断依据也做了彻底的改进，将线路电压为零作为跳闸停电的主要依据，因为线路电压为零是线路跳闸停电的充分必要条件，这是相对于第二代故障指示器的另一个重要发明。在中性点非接地系统单相接地故障检测方面，智能故障指示器发明了暂态量突变法。这个方法主要是利用线路接地故障发生瞬间线路暂态量各信号频率分量(300Hz4000Hz的信号
8、分量)均方根值发生突变这一特征，检测这些信号的均方根值的突变增量，并将这个突变增量结合线路电压(对地电压)下降的现象作为检测接地故障的主要依据。因为接地瞬间的突变量，不受线路存在的各高频干扰信号以及线路励磁涌流影响，易于可靠检测，因此采用这个方法克服了目前市场上以暂态量大小为判据的接地故障检测方法的局限性，也克服了首半波法的不准确性，抗干扰能力强，故障检测准确可靠。线路故障指示器采用12位A/D转换器对故障波形进行采样，利用小波变换提取接地脉冲信息，使得装置对单相接地故障的检测具有很高的灵敏度和可靠性。对绝缘击穿造成的接地故障检测准确率很高。采用自适应算法，安装没有方向要求，避免了环网供电时导
9、致的拒动问题和操作错误。 根据是否将故障信息进行无线通讯传输，分为不带通讯故障检测系统、带通讯故障检测系统两类。这次线路故障检测与定位系统的设计采用带通讯故障检测系统，提高了可靠性与快速性。2、特点与功能：生产线路故障指示器的厂家有很多，例如广州比优特电力电力公司、超薄电力科技有限公司、河北天扩电气有限公司、上诚电气有限公司等等。所有生产线路故障指示器的厂家所生产的指示器差不多都有一样的特点和功能：迅速指明故障线路和故障点，减小停电面积；缩短故障排除时间，提高售电量和供电可靠性； 准确指示瞬间故障，利于排除供电隐患； 为查找隐蔽永久性故障点提供了技术手段； 缩短故障点的查找时间，减轻了巡线人员
10、劳动强度； 界定故障责任区，明确责任人； 避免传统多次拉路合闸巡线给电力设备带来的影响，为线路发生故障期间排查故障提供帮助和便利。根据线路负荷大小及线路走势分布情况，合理制定故障指示器安装位置。线路正常运行时，指示器处于复位状态，无任何指示。 当线路发生短路或接地故障后，白天指示器自动转动指示转碗，变为红色报警指示状态， 线路故障抢修人员根据指示器指示状态排查出故障所在区域。自动识别短路故障，准确检测接地故障，单相接地故障的检测灵敏可靠。安装没有方向要求，避免了环网供电时的拒动和误动。可以自动复位、确认故障，全天侯指示采用涌流制动算法设备可以带电装卸故障点位置的判断与安装故障指示器的位置有密切
11、的关系。首先，在线路上安装的故障指示器数量越多，定位的故障区段就越精确。其次，在合理的位置安装故障指示器可以更快捷准确的定位故障点。3、型号与技术指标：YMJ系列接地短路故障指示器：短路动作电流： 电流300A(误差10%，可根据需求调整)适用电压等级： 0.4-220kv（通用10kv）短路动作响应时间 ： 0.01sT4S工作环境范围 ： -40+85故障显示方式： 窗口适用截面 ：25-400mm2工作电源：高性能进口锂电池自动复位时间 12小时（可选，用户可在订货时确认）壳体 航空材料动作次数3000次SJWL-SGFI/II 接地短路二合一指示器适用电压等级：6KV35KV适用导线电
12、流：I1000A适用导线线径：16md450m动作响应时间：0.02ST3S动作复位时间：6H，12H，24H，36H可选（复位时间可根据客户需求选择）动作次数：5000次电池寿命：8年DS-JDSX DL-1DX 接地短路二合一故障指示器适用电压等级：U6-35KV动作复位时间：6、12、24、36小时.来电复位.可选。适用导线电流：I200A（可定做）使用环境温度：-35T+70适用导线线径：16mm2d240mm2动 作 次 数：5000次动作响应时间：0.06St3S静 态 功 耗：10W4、设备选型考虑了各种因素，本次设计的方案选用上海逸明电力科技有限公司的YMJ系列接地短路故障指示
13、器。该系列的故障指示器的动作原理是：采样接地瞬间的电容电流首半波与接地瞬间的电压首半波，比较其相位，当采样接地瞬间的电容电流突变且大于一定数值，并且与接地瞬间的电压首半波同相，同时导线对地电压降低，则判断线路发生接地，否则线路未发生接地。短路检测原理：根据短路现象；在短路瞬间电流正突变、保护动作停电作为动作依据。该故障指示器系列产品主要用于电力线路中指示故障区段和地点，能够检测短路和接地故障。经国家电力设备及仪表检验测试中心检测，各项技术指标达到先进水平。广泛应用于架空线路。能准确判断故障线路和故障点，具有性能稳定、精度高、抗干扰能力、外型美观，安装方便等特点。不受线路励磁涌流、高次谐波、电流
14、波动、电缆分布电容旁路等的影响。故障指示：正常运行时，窗口为白色显示；发生短路、接地故障时，窗口为红色显示(或指示灯闪烁)。自动复位：故障指示器会自动复位，复位时间可根据线路环境、巡线长度、部门要求等由客户选择。第五章 通信网络本系统包括故障检测探头（FD）、通信系统、监控中心3部分，其中通信系统又分为短距离无线数字通信收发系统、公共通信（GSM）短消息通信及中心站与主站之间的RS232通信系统。当用于中性点不直接接地系统的单相接地故障点定位时，还需要增加一个信号源子系统，当单相接地故障发生时，它会自动向系统注入用于故障点探测的信号。故障探头（FD）安装在各线路分支处的分支线上,系统出现短路故
15、障时，FD检测到短路故障电流或特定信号电流流过，通过短距离无线收发系统，将动作信号传送给相隔530m的子站。当线路上任何一点发生单相接地故障时，信号源向线路中注入特殊的脉冲共频信号，FD检测流过本线路的特定信号时有翻牌指示，并向相应子站发送无线信息。子站在收到动作信息后，将动作分支的FD地址信息通过短消息发送给中心站。中心站接收到子站发来的信息后，进行初步处理分析，可就地显示地址信息并保存，同时将该信息以RS232的方式送给监控主站。监控主站得到这些动作信息后，进行网络拓扑计算分析，与地理信息系统相结合进行故障定位。故障点地理位置信息可直接显示在地理背景上，还可以打印输出。同时监控主站将定位信
16、息送给中心站，中心站以中文短消息的方式发送给事先设定好的10个相关人员的手机。运行维修人员根据这些信息可以直接到故障点排除故障。1、故障探头故障探头FD的短路检测部分根据短路电流的特征，通过电磁感应方法测量线路中的电流突变及持续时间判断故障。因而它是一种适应负荷电流变化、只与故障时短路电流分量有关的故障检测装置，它的判据比较全面，可以大大减少误动作的可能性。单相接地故障发生时，装在变电站内的信号源检测到3U0升高后,首先判断出故障相,然后对故障相施加特定信号，安装在线路上的FD检测流过本线路的特定信号，若满足故障特征则启动FD，给出红色显示，同时发出一无线编码信息。2、子站子站一般安装在线路分
17、支点处，它能接收2个分支共6个FD的编码信息。1个子站与6个FD为一组，收到的动作信息通过处理后，经过地址编码和时序控制，由一个GSM数据传输装置（相当于手机）以短消息的方式发送给中心站。子站装在一个铁箱内，由太阳能电池供电，太阳能电池同时给蓄电池充电。蓄电池在充足电后，可以维持子站连续20天工作而不需补充能量。3、中心站中心站主要是接收子站发来的短消息，并对数据进行处理，最后将数据送往相关设备。通信主站本身带有LCD显示及两个操作键，通过它们可直接查询故障线路信息，及在必要时清除内存等；在接收到故障信息后还可以给出声音报警。第六章 基于GIS平台的故障定位系统后台软件工作人员后台的监控主站系
18、统是集GIS(地理信息系统)和MIS(管理信息系统)于一体,它既可用来实时监测配电网状态和故障,并自动确定故障位置,便于电路的维护和事故抢修,又可用来对配电网设施进行管理,便于设施信息的录入、查询和统计，还可以显示被监测线路的电气接线图。故障定位系统的软件主要作用是搜集中心站传送的地址信息,对其进行纠错、校正后,通过拓扑分析和计算找出故障位置及故障通路,最终显示在GIS的地理背景上。该故障定位系统以地理信息系统GIS为图形支撑平台,既可以单独运行,也可以作为DMS的一个高级应用与SCADA系统集成。系统的核心算法(如拓扑分析、故障查找、纠错和补漏)是采用组件技术实现的,GIS平台采用了MapO
19、bjects2.0组件。除了基本的GIS功能,如显示、放大、缩小和漫游等,本系统在GIS平台上还实现了如下特有的功能:以不同的颜色显示故障通路;可不断闪烁故障支路直至调度员清除;以不同的颜色显示动作不正确的故障指示器以提醒调度员;保存、打印故障信息以便故障重演和分析。第七章 设计结论基于故障指示器的10kv架空配电线路故障自动定位系统，可以迅速定位找出各种故障所在的区段，大大减小了查找故障时间，大幅度提高工作效率，降低劳动强度，提高供电可靠性。但是故障指示器的性能还是不够完善，稳定性有待加强，影响了工作效率。还有通信系统比较落后，可以选择更智能化的GPRS通信系统，以提高通信的可靠性和效率。但
20、是总体来说与传统的配网自动化相比，有较好的性能价格比，尤其适合在农村电网推广使用。本系统在相间短路和单相接地短路故障检测和定位时共用一系统，应用方便。谢辞在此感谢我们的指导老师陈平教授。老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样，老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，这次课程设计的顺利完成离不开老师您的悉心指导。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。参考文献1 徐容明一种基于故障指示器的配电线路故障自动定位系统电力设备，2005，6（10）2 刘树德，郑琰，杨凤民基于GIS的故障指示器实现线路快速故障定位供用电，2006，23（6）3 周强辅，屈莉莉，李斌银，吴茂基于故障指示器的配电线路故障自动定位系统研发南方电网技术，2010，4（5）4 张丹洋，周浩一种用于绝缘子闪络定位的新型无源故障指示器电力系统保护与控制，2012，40（6）5 祝兆丰, 杜美如. CFI 线路故障指示器功能及其应用 J . 天津电力技术, 2004(4) : 44-46.6 陈新岗，袁 涛，陈渝先等。配电自动化系统中的故障指示器应用。黑龙江科技信息，2008 年 04 期。7 梅念，石东源，杨增力, 等. 一种实用的复杂配电网故障定位的矩阵算法J. 电力系统自动化，2007，31（10）：
