电缆故障预警与精确定位系统

系统概述

随着电网建设的不断发展，高压电缆供电线路被越来越多的应用到应用到城市电网建设当中。目前高压电缆出现接地故障后，整个系统接地故障区段很难查找，确定故障电缆区段后，还需查找电缆故障点，传统的离线故障定位方法工作量大、安全性低，停电测试会造成一定的经济损失。高压电缆双端自动测距技术可以快速有效的查找故障隐患、准确定位故障点，同时具备支路选线功能。

  利用故障时产生的电流行波信号测量故障距离是一种较为成熟的技术，已在输电线路和部分结构简单的配电线路中获得成功应用。但高压电缆铺设距离长，中间接头多，故障初始行波衰减严重、折反射规律复杂，现有常用的双端（需要在变电站母线和主干线路末端处分别安装行波测距装置）与单端（仅在母线处安装行波测距装置）行波测距技术并不能直接应用。针对高压电缆网络特定的结构，在主干电缆接地处安装电缆故障精确定位装置，实现故障的分布式行波测距、选线是一个有效的解决途径。

  电缆故障预警与精确定位系统利用高速暂态行波在线监测和电网拓扑分析的系统方法，实现高压电缆的在线监测，对高压电缆故障进行定位、选线和预警。具体方法是在主干电缆与特定分段位置分别安装电缆故障精确定位装置，将电缆在发生故障前的微弱暂态信号采集到，通过电缆故障精确定位装置分析处理，将信号上传到系统后台，系统后台通过波形分析自动预警并通过双端测距技术自动计算故障点距离，通过系统后台指示故障点位置，并且对馈出支路电缆实现选线功能。

  系统后台可以部署在云服务端或本地主站，电力运维人员可通过局域网或互联网访问、账号登录、手机APP推送、短信息提示等方式实现系统远程监控，实时了解电缆运行状况信息。系统可以做到故障前的测距、选线和预警，从而实现状态检修，使维护人员在线路故障之前对故障进行正确处理，提高电网自动化程度，保证电网的安全性和可靠性，减少了大量的人力物力消耗，节约了运行成本。

系统功能

  1、故障定位：系统采用双端自动测距技术，实现高压主回路电缆的双端测距，并且在系统后台界面指示故障点位置，对故障点进行标注，故障测距精度可达到±1.7m或±0.2%L（取最大）；

  2、故障选线（选配）：实时监测各支路电缆暂态电流变化，根据行波选线原理和拓扑结构确定分支出线故障线路；

  3、故障预警（选配）：系统利用瞬时性故障的暂态行波特征，根据电缆瞬时性接地后的绝缘状态更接近于故障的现象，对电缆的绝缘状态进行监测，保证线路发生接地故障前系统能够可靠预警；

  4、环流监测（选配）：针对单芯电缆，系统可以实现监测线路的外护套绝缘情况，并绘制环流曲线，对外护套绝缘异常电缆进行故障告警；

  5、系统云服务（用户可选项）：针对每个用户提供足够的用户空间，用户可在任何时间地点通过浏览器方式访问现场的系统监测情况，并且系统历史数据存储，方便历史查看；

  6、断电防护（选配）：电缆故障精确定位装置内电源模块处于热备份状态，当供电电源断电后，电缆故障精确定位装置可持续工作≥8h，确保断电瞬间采集的数据完整性；

  7、电子值班（用户可选项）：实现无人值守，报警信息及工作状态可通过发送短信息、APP推送的方式至相关人员；

  8、历史存储：实现实时存储信息，可进行历史数据查询，报警信息打印等；

  9、录波功能（选配）：系统可实时录波，因录波时数据量较大需要稳定的数据传输方式，现场需要敷设光纤。

技术参数

监测装置尺寸：260mm*340mm*88mm

高频电流采样频率：50MHz*8路                  

工频电流采样频率：10KHz*8路

电压采样频率：100KHz*4路

高频监测：50MHz*8路高速采样，可同时监测8条电缆

工频监测（单芯电缆）：10KHz*8路采集，可同时监测8条电缆

高频屏蔽层式传感器测量带宽：100KHz～5MHz

高频芯线式传感器测量带宽：1kHz～100MHz

工频屏蔽层式传感器测量带宽：50Hz-1KHz

系统定位精度：±1.7m或±0.2%L（取最大）

系统选线准确率：≥95%

GPS/光纤/北斗守时精度：20ns

云服务（用户可选项）：阿里云

功耗：≤10W

通讯接口：4G无线通讯/网口*2/光口*2

供电方式：AC 110~220V/ DC 15~60V/CT耦合取电（启动电流＞30A）

电源掉电保持时间：≥8h

装置平均*工作时间MTBF：≥50000h

系统上位机：主站或云

工作温度：-40℃~+70℃

系统的先进性

  1）通过安装高压电缆故障预警及选线定位系统，从故障定位、选线、故障预警等方面可做到自动化，提高了故障排查效率，节省了大量的时间和人力。

  2）提高了配电网自动化水平，可有计划地提前采取措施，保证厂区设备运行安全，保障电网的可靠供电，避免了由于突发停电而造成的不必要的经济损失。

  3）系统软件后台可选择部署在云服务器端，操作人员访问方便，不受时间、地点限制，可实时查看线路运行情况，方便管理。

  4）电缆故障精确定位装置结构紧凑，施工安装方便，可对重点站、重点设备、异常设备进行长期监测，系统配置灵活。

  5）系统安装不改变电缆运行方式和结构，不占用现有系统资源，在电缆接地导体上安装电流传感器安全可靠,可监测长电缆，最大监测电缆长度为40km。

  6）电缆故障精确定位装置采用全网络化设置，通讯方式多样：可通过4G无线通讯、网络通讯、光纤通讯方式对每个装置分配不同的IP地址，能同时对多条回路进行实时在线监测和故障预警。

  7）系统响应时间短，当电缆发生暂态故障产生放电信号后，高频传感器在5s之内即可将采集到的故障信号通过网络通讯传递给上位机软件并实时显示故障波形，便于值班人员快速分析故障点。

  8）单芯电缆实时监测护层接地电流，实现对电缆护层接地电流异常报警。

系统构成

  1、电缆故障定位在线装置

  电缆故障定位在线装置由主控单元（CPU模块）、高速信号数据采集单元（DAU模块）、GPS/光纤/北斗守时模块、4G/光纤/网络通讯模块、电源管理模块等部分构成，电缆故障精确定位装置通过高频传感器获取暂态行波电流信号，记录采集时的时间标签,同时，在现场条件具备的前提下，可增采 Ua、Ub、Uc、工频电压信号及零序分量，作为对高压电缆故障点定位和预警的辅助条件，为后台运算提供数据支持。

  电缆故障精确定位装置融合先进的数字化传感器技术、高速数据采集、数据分析、通信技术和计算机技术为一体，将本地数据通过4G/光纤/网络通讯模块实时上传至系统后台。电缆故障精确定位装置能够适应恶劣的运行环境，为配电网安全运行提供有力的保障。装置外观如下图所示：

  2、传感器

  2.1高频信号采集传感器（分为高频屏蔽层式传感器和高频芯线式传感器两种）

   高频屏蔽层式传感器：传感器安装在被监测电缆金属屏蔽层接地线上，负责监测被测电缆的暂态电流行波信号，传感器按照一致方向固定在电缆屏蔽线上，并注意屏蔽线处安装传感器之前需要做绝缘处理。传感器与采集单元间通过多芯屏蔽线连接。装置外观如下图所示：

  ●安装在电缆金属屏蔽层接地线处

  ●测量带宽：100KHz～5MHz

  ●输出阻抗：50Ω

  高频芯线式传感器：传感器安装在被监测电缆本体上，负责监测被测电缆的暂态电流行波信号,传感器与采集单元间通过多芯屏蔽线连接。装置外观如下图所示：

  ●安装在被监测电缆本体上，每一处监测点配置3个传感器

  ●测量量程:5A～5000A

  ●测量带宽：1kHz～100MHz

  ●绝缘隔离水平：DC 10kV/1min

  ●安装方式：开合式

  ●匹配阻抗：50Ω

  2.2工频屏蔽层式传感器

  传感器安装在被监测电缆金属屏蔽层接地线上，负责监测单芯电缆外护套环流信号。传感器采用开口铁芯结构设计，不需断开被测电缆即可快速、方便安装拆除。装置外观如下图所示：

  ●安装在电缆金属屏蔽层接地线处（单芯电缆使用）

  ●额定初级电流：5-400Aac

  ●额定次级电压:0.333Vac

  ●测量带宽：50Hz-1KHz

  3、系统主站

  主站包含有系统监测后台、其他辅助监测单元等，利用*算法，通过对现场的上传数据进行分析，实现故障点精确定位、预警等各项功能。

  4、系统软件后台

  软件平台采用B/S的结构搭建，通过自组局域网或采用云服务来实现各项功能。用户可在自己的客户端（主站电脑）用浏览器的形式访问系统监测后台，如选用云服务则可在任何时间地点通过浏览器登录系统监测后台，查看线路运行情况，并且系统的历史数据长期存储，方便查看。

系统可自动预警电缆故障和故障精确定位，并通过弹窗告警，也可选择手机

短信方式或者APP软件推送将故障信息通知相关人员。值班人员可在监控中心或通过远程访问的方式，直观查看各条电缆线路运行情况，当出现异常时系统会自动弹出告警提示，极大的方便了工作人员对电缆日常的监测和维护，并且系统自动保留原始数据以便后期的利用。

  系统可根据现场监测线路情况，配置本用户的系统网络拓扑，用户值班人员可通过监测界面直观的查看监测范围内线路的运行情况。当监测线路出现异常时系统会在相应线路处进行变色闪烁提示以及弹出告警弹窗提示故障点位置。

  后台软件功能:

  ●定位：系统通过双端自动测距功能计算故障点距离；

  ●选线（选配）：当支路电缆发生故障时，系统根据终端所采集的支线波形方向进行支路选线；

  ●预警（选配）：系统根据高频传感器采集的数据进行分析，结合瞬时故障的能量值与触发频次实现对电缆故障的预警；

  ●电缆运行图显示：

    (1）通过运行图可以直观查看系统已安装并监测的电缆线路及其参数配置，

并可以通过选定电缆线路或选定配电所（箱变）查看电缆自恢复故障记录索引；

    (2）电缆自恢复故障点位置可以在网络运行图上相应位置闪烁显示。

  ●波形分析:

    (1）波形显示：同时显示多个通道波形，具有波形缩放、通道选择、游标显示功能；

    (2）可对可恢复故障波形进行自动分析，以确定电缆自恢复故障点的位置。

  ●电子值班（用户可选项）:

可通过短信、APP推送方式向有关人员发送电缆故障告警信息。

  ●其它功能:(1）设备自检功能；(2）远程维护功能（可选）；(3) 电源管理功能；