RYC-FDS输电线路故障智能诊断系统技术方案

1、概述

本系统将传统的故障定位装置由变电站二次侧搬移至线路上，直接获取故障电流行波，并通过多个故障电流行波检测点协同分析，最终得到故障点位置，与传统的故障定位方法相比，更加真实的提取电流行波，同时结合线路运行状态信息对计算结果进行修正，可大大提高定位精度。本系统可以快速确定故障区段及故障位置，缩短故障修复时间，极大地提高了供电可靠性，减少了因故障造成的直接和间接损失，具有广泛的适用性与推广价值。

2、系统构成

输电线路故障智能诊断系统由分布式故障诊断装置和系统主站两部分组成。

分布式故障诊断装置分布安装于输电线路的导线上，监测输电线路故障发生时刻的故障行波电流与工频故障电流，同时采集这些信号并通过4G网络上传到系统主站。系统主站使用数学模型对装置上传的故障信息报文进行分析、比对、判断，分析结果存储在服务器中数据库中，并通过短信将报警信息发送给专工。可以通过浏览器登录到系统主站查看故障点的信息和故障波形。

系统的框架图如下图所示：

3、设备使用环境

3.1正常工作条件

a)  环境温度：-25℃~+70℃;

b)  环境相对湿度：5％～100％（产品内部，既不应凝露，也不应结冰）；

c)  大气压力：550hPa～1060hPa；

d)  最大风速：35m/s（离地面 10m 高，10min 平均风速）；

e)  最大日温差：25℃;

f)  日照强度：0.1W/cm （风速 0.5m/s）；

g)  覆冰厚度：10mm；

h)  安全要求：符合GB 4943 中的相关规定及计算机机房内的GB 9361中B类安全 规定。

i)  装置（含太阳能板、蓄电池等）在狂风、暴雨、冰冻等恶劣自然环境及强电 磁环境中运行，其工作稳定性、可靠性不应受到明显影响。

3.2特殊工作条件

针对具体工程，用户根据实际需求提出特殊工作条件可协商确定。

3.3安全性要求

a)  装置不应影响输电线路的运行安全；

b)  装置与物联网平台之间的信息通信应满足安全接入要求，监测装置的安全要 求应符合GB4943中的相关规定；

c)  装置与物联网平台及其通信回路均应符合Q/CSG 1204009中对电力设备在线 监测系统的安全防护要求。

4、系统原理及功能

4.1系统原理

输电线路分布式故障诊断系统不同于传统行波定位系统，其核心部件—分布式故障诊断装置安装于输电线路导线上，可以实时捕捉故障瞬间的行波信号。其故障定位基本过程描述如下：

1)根据工频故障电流确定故障区间。设定输电线路在i、j、m、n等杆塔处装设了分布式故障诊断装置，现在第j基杆塔至第m基杆塔间发生了事故并造成线路跳闸。此时，i、j处的工频故障电流相位与m、n处的工频故障电流相位是相反的，利用这一简单的逻辑原理，可以十分准确地确定故障发生在j、m间。

2)在确定的故障区间实施行波精确定位。由于行波定位的故障区间变短，地形弧垂所引起的误差按比例线性缩小。在故障区间确定在j、m间后，只需对j、m段实施行波定位。与此同时，系统采用分布式行波波速在线测量技术，即根据同一行波经过相邻两个分布式故障诊断装置的时间，可准确计算出行波波速，消除了行波波速对行波定位精度的影响，进一步提高了故障行波定位精度。

3)对十复杂网络结构的输电线路，在分支点处可安装分布式故障诊断装置，将复杂网络划分为一些简单的单线结构，之后仍采用上述方法： 先利用工频故障电流定位故障区间，再在故障区间内实施行波定位。

4)由于不同原因(雷击、非雷击等)引发的输电线路跳闸故障，其故障网络通道特性各不相同，这些不同会在同时形成的故障行波中得到体现。因此在故障点附近监测到的故障行波电流(未衰减和畸变)，可以用来辨识故障引起的原因，实现雷击与非雷击故障的辨识。同时也可以实现雷击未跳闸情况下雷击避雷线、杆塔及导线的辨识。

4.2功能性指标

4.2.1故障定位功能

1)能准确确定输电线路故障区间；

 区间定位可靠性>99%

2)能准确确定输电线路故障位置；

 定位误差300米

4.2.2故障原因辨识功能

1）能辨识雷击故障与非雷击故障

 雷击与非雷击故障辨识准确率>95%

2）能辨识绕击故障与反击故障

 雷击故障性质识别准确率>90%

4.2.3系统免维护时间

 系统免维护时间>5年

5、系统总体功能

5.1适用范围

该系统适用于35kV及以上各电压等级的电力线路跳闸故障的区间定位和准确定位。

5.2系统主要功能

分布式故障诊断装置是本系统的重要环节，是实现输电线路故障信号监测的装置，它分布安装于输电线路导线上，一般每间隔 20～30 公里安装1组分布式故障诊断装置。分布式故障诊断装置主要实现以下功能：

监测量的检测和采集功能：主要实现输电线路故障行波信号和工频故障信号 的检测与采集，通过高速循环采集技术实现故障信号的全过程采集；

数据处理功能：对采集的信号进行相应的数据处理和分析；

数据通信功能：根据不同故障监测装置的通讯条件，实时、准确地将数据发送到中心监测站。支持数据校验、误码重发等功能，不丢失数据。在通讯中断时，自动保存测得的数据，待通讯恢复后，及时将存储的数据传回中心站；

自检和自恢复功能：定时自检终端状态上报管理系统；对终端可能出现的死机问题具有自恢复功能，故障监测装置可自动对其全部组件进行自检，并自动向中心 站报告各类故障情况；断电后具有自动复位功能；诊断故障性质是否雷击、若是雷击 属绕击还是反击；

故障监测装置参数设定：支持自动运行时远程设定测量参数；

5.3主要设备技术要求

1）、能准确确定输电线路故障区间，区间定位可靠性≥95%；

2）、能准确确定输电线路故障位置，定位误差≤300米；

3）、有效检测线路长度，最大有效检测线路长度30公里；

4）、雷击与非雷击故障辨识准确率＞95%；

5）、雷击故障性质识别准确率＞90%；

6）、绕击故障与反击故障识别准确率≥90%；

7）、记录未引起跳闸的雷击输电线路次数遗漏率＜10%；

8）、实时性指标：故障信号上传时间＜150 秒 ，故障诊断分析时间＜300 秒

9）、行波传感器宽带1kHz～2MHz；

10）、行波采样率≥5MHz；

11）、行波电流测量范围150A～20kA；

12）、行波电流连续记录时长 ≥500 μs。

5.4系统技术要求

1）可在线准确检测并记录线路单相接地故障距离、相间短路故障距离、断路故 障距离、瞬间故障发生的距离；

2）可在线记录线路雷电流、进行雷击点定位和雷击次数的统计；

3）可在线检测线路负荷电流，包括定时回传及召测负荷电流数据；

4）软件具有自动故障识别、输出报警和数据文件存储功能；

5）具有快速自动定位故障位置、故障距离、故障时间、故障类型等功能；

6）采用双RAM记录技术，消除暂态信号“记录死区 ”，防止雷电流干扰造成漏记 故障数据 ；

7）测距精度不受故障电阻、线路参数不对称、互感器误差、线路分布电容等因 素的影响；

8）可在当地或通过通信网对系统进行配置、管理及维护；

9）故障检测装置检测方法新颖，不仅动作可靠、性能稳定，而且安装和卸落都 极其简单方便。