1系統(tǒng)構(gòu)成

電力線路故障診斷與定位系統(tǒng)方案的核心思想是:采用短距離無線傳輸和GPRS遠程無線傳輸相結(jié)合的通信方式，將線路上的故障指示器和變電站端的接地故障選線設(shè)備有機結(jié)合起來，完成線路故障的判斷和定位。整個系統(tǒng)由4個部分組成。

(1)主站系統(tǒng)主站系統(tǒng)主要完成對整個系統(tǒng)的監(jiān)控及管理，同時包括與接地選線設(shè)備、特征信號注入裝置的協(xié)調(diào)運作。當(dāng)線路發(fā)生大電流故障時，分析故障數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷及顯示故障類型，并在人機交互界面上正確提示故障區(qū)段，幫助電力運維人員縮短故障點查找時間。對于非有效接地的系統(tǒng)，當(dāng)發(fā)生線路故障時，主站通過接地選線設(shè)備確定發(fā)生故障的線路，且控制特征信號的注入，最后由故障指示器采集特征信號，進行故障定位。

(2)接地選線裝置和特征信號產(chǎn)生裝置不同于大電流接地系統(tǒng)，對于非有效接地系統(tǒng)因其故障電流小，所以根據(jù)相電流是否越限的方法進行故障判斷不可取。接地選線裝置安裝在變電站內(nèi)，其主要功能為實時監(jiān)測變壓器中性點的零序電壓及零序電流，當(dāng)檢測值超過設(shè)定值時，判斷是否為穩(wěn)定的單相接地故障，同時選定具體的故障線路中的故障相。隨后特征信號產(chǎn)生裝置投入中電阻，向線路中注入偶次諧波作為特征信號。相應(yīng)線路上的故障指示器通過檢測偶次諧波來進行故障判斷和定位，只不過檢測的對象由原來的電流改為了偶次諧波。

(3)故障指示器故障指示器掛在線路上，其電流互感器線圈可以檢測線路上的負荷電流和偶次諧波信號，同時自帶短距離無線通信模塊，具備無線雙向通信功能。當(dāng)檢測到線路故障時，主動上報故障信息，同時也可接收主站發(fā)送命令。

(4)數(shù)據(jù)集中器出于運行成本及低功耗的考慮，故障指示器采用ISM頻段的中短距無線通信方式。為了與主站進行通信，需要增加數(shù)據(jù)集中器作為長距離的無線通信轉(zhuǎn)發(fā)中繼。數(shù)據(jù)集中器一般采用GPRS方式與主站端通信，并根據(jù)通信距離的要求，下轄多個故障指示器。

2通信組網(wǎng)方案

根據(jù)所采用通信方式的特點，系統(tǒng)使用如下通信組網(wǎng)方案。故障指示器在空曠、無遮擋條件下的單級傳輸距離可達500m，為了彌補通信距離的限制，故障指示器本身支持無線通信轉(zhuǎn)發(fā)功能，并可組成通信級聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，以擴展通信距離。數(shù)據(jù)集中器的作用是管理下級的多組故障指示器，并作為主站與故障指示器間的數(shù)據(jù)通信橋梁。

3故障定位技術(shù)

線路故障的類型可以分為很多種，根據(jù)故障電流的大小，可以把線路故障分為大電流故障和小電流故障兩種類型。大電流故障主要包括相間短路故障和中性點有效接地系統(tǒng)的接地故障;小電流故障主要是針對于中性點非有效接地系統(tǒng)的接地故障，因其接地電阻大，當(dāng)發(fā)生接地故障時，流經(jīng)接地點的故障電流較小。

3.1大電流故障的判斷定位方式在故障診斷與定位系統(tǒng)中，對于大電流故障的判斷和定位相對比較簡單。由于發(fā)生大電流故障時，故障點前的線路電流會產(chǎn)生瞬時突變，當(dāng)故障指示器捕捉到的電流突變大于閾值時，馬上會產(chǎn)生報警信號，并通過級聯(lián)的方式將故障數(shù)據(jù)主動上傳到集中器，由集中器上報給主站。由于故障點前后的故障指示器檢測到的電流值有很大差別，可以以此作為故障點的定位依據(jù)。

3.2接地故障的判斷定位方式根據(jù)中性點有效接地系統(tǒng)和中性點非有效接地系統(tǒng)，接地故障的判斷和定位方法分為兩類:在中性點有效接地系統(tǒng)中，接地故障同時將引發(fā)故障相的大電流產(chǎn)生，因此其定位方法與大電流故障的判斷方式相同。而在中性點非有效接地系統(tǒng)中，由于消弧線圈、中性點大電阻等的加入，接地故障發(fā)生時，接地故障電流很小，不會發(fā)生故障相電流突變的情況，因此不能采用檢測電流作為故障發(fā)生的判據(jù)。如果在接地故障發(fā)生時，故障指示器能檢測到一個有明顯特征的電流信號，該信號在接地點前后有明顯幅度差異，則對于中性點非有效接地系統(tǒng)接地故障的定位將變得可行而簡單。基于上述考慮，本方案通過投入二極管串聯(lián)中電阻的方式，對故障線路加注一個電流特征信號，其幅值可達到幾十A，故障指示器可以采集這個信號作為故障發(fā)生的判據(jù)，并確保故障點可靠定位。

4故障指示系統(tǒng)通信技術(shù)

故障指示器一般安裝于戶外，通信方式的選擇是一個需要認(rèn)真考慮的問題。由于故障指示器屬于無法外接電源的戶外設(shè)備，應(yīng)具備低功耗、免維護的特點，其采用的短距離無線通信技術(shù)必須具備功耗低、傳輸距離遠、抗干擾能力強和穿透力強的基本特性，因此故障指示器采用了基于FSK(GFSK)射頻技術(shù)的無線通信模塊，同時其頻率范圍采用ISM頻段。對于需要進行遠傳通信的數(shù)據(jù)集中器，則采用GPRS通信技術(shù)。首先GPRS產(chǎn)品技術(shù)已經(jīng)非常成熟，其次GPRS網(wǎng)絡(luò)基本上覆蓋了所有區(qū)域。相比其他技術(shù)而言，GPRS技術(shù)更經(jīng)濟、更實用，更符合數(shù)據(jù)遠程通信的需求。

5故障診斷

對于線路相間短路故障，主要由線路上的故障指示器來完成判斷。當(dāng)故障指示器檢測到線路電流發(fā)生突變并且滿足相應(yīng)判據(jù)時，就可以判定是否發(fā)生相間短路故障。對于接地故障，特別是中性點非有效接地系統(tǒng)，需要變電站側(cè)的接地選線裝置配合完成。

5.1相間短路故障相間短路故障判斷的原理是:故障指示器通過線路中電流的突變來確認(rèn)是否發(fā)生短路故障，它采用電流突變值和持續(xù)時間作為短路故障的判據(jù)。由于故障指示器能夠較為準(zhǔn)確地檢測故障電流并計算持續(xù)時間，判據(jù)比較全面且易實現(xiàn)，因此可以大大減少誤動作的可能性。其判據(jù)主要為:

(1)線路中的突變電流大于預(yù)設(shè)的電流閾值，并且持續(xù)一段時間;

(2)變電站內(nèi)斷路器的跳閘時間要大于電流突變持續(xù)時間Δt;

(3)斷路器跳閘，檢測到線路電流應(yīng)降為0。根據(jù)以上3點條件，短路判據(jù)可以設(shè)定如下。1)It≥電流閾值;2)ΔI≥0.5o;3)0.02s≤Δt≤0.2s;4)I3s=0。在以上4個判據(jù)中:It為突變電流啟動值，ΔI為電流變化率，Io為故障前電流值，Δt為電流突變持續(xù)時間，需要參照斷路器的動作時間設(shè)定;I3s為自電流突變起3s后所測的的線路電流，此時斷路器已經(jīng)跳閘，線路電流降為0。當(dāng)故障指示器檢測到線路電流同時滿足以上4個條件時，即可認(rèn)為線路發(fā)生短路故障，此時故障指示器主動上報故障信息到主站服務(wù)器。

5.2接地故障目前中性點非有效接地系統(tǒng)接地故障的判斷和定位策略一直是業(yè)界的難點，可靠性、易操作性是主要考慮的問題。本系統(tǒng)方案采用了特征信號注入的方式，通過在變壓器中性點投入二極管串接中電阻，在線路中疊加穩(wěn)定的偶次諧波作為特征信號，并利用故障點前后故障指示器檢測到的偶次諧波差異量來判斷故障點。對于中性點有效接地的系統(tǒng)，其判斷策略可參照短路故障判斷的原理。

6結(jié)語

本文對故障診斷與定位系統(tǒng)的方案做了較為詳細的講解，介紹了系統(tǒng)中的故障診斷與定位算法及通信技術(shù)等關(guān)鍵問題。在發(fā)生線路故障時，該系統(tǒng)能夠快速實現(xiàn)準(zhǔn)確的故障定位功能，為電力部門快速、高效修復(fù)故障提供了技術(shù)保障。

作者：吳愛軍 陳海昆 陳宇 鮑光輝 張振       單位：上海市電力公司松江供電公司上海資和通信科技有限公司