一、    概述

智能電網配電在線監控系統采用了數字化的故障指示器和數字化的無線通訊技術，主要用于中高壓輸配電線路上，可檢測短路和接地故障并指示出來，可以監測線路和變壓器（高壓側）運行情況，可以對兩路同桿架設的兩路電動開關進行遙控（合分閘）、遙信（采集開關位置）操作。該系統可以幫助電力運行人員實時了解線路上各監測點的電流、電壓變化情況，在線路出現短路、接地、斷線、絕緣下降等故障或者異常情況下給出聲光或者短信通知報警，告知調度人員進行遠程操作以隔離故障和轉移供電，通知電力運行人員迅速趕赴現場進行處理。主站SCADA系統除了顯示線路故障電流途徑和位置，還能顯示線路負荷電流、系統電壓（電場）的變化情況并繪制曲線圖，用戶根據需要還可以增加其他監測內容，例如開關位置、變壓器溫度和環境濕度等。

二、    系統特點

1.     采用數字化的故障指示器技術，適用范圍廣，可靠性高，并且免維護；

2.     對于小電流接地系統，可以通過監測架空線路的接地暫態電流，結合小電流接地選線裝置，可以大大提高接地故障檢測的準確性；

3.     無線通訊終端采用太陽能電池板供電和后備大容量免維護鋰電池，確保隨時隨地都能保持數據通訊暢通無阻；

4.     主站SCADA系統可以實時對現場的數字化故障指示器和兩路電動開關進行“四遙”（遙控、遙信、遙測、遙調）和參數讀寫操作；

5.     顯示線路電流、電壓變化曲線；

6.     SOE記錄；

7.     采用短距離無線調頻通訊進行本地組網，然后再通過中國移動GPRS與主站通訊，維護方便；

8.     帶電裝卸，不用停電；

9.     主站軟件采用電力SCADA組態軟件，易學易用，功能強大；

10. 主站硬件采用工業控制計算機，運行可靠，防死機，運行壽命長。

三、    主要功能

1.     監測線路短路、接地、過負荷、斷線、停電、盜割等，幫助電力運行人員迅速查找故障點，避免了事故進一步擴大；

2.     監測線路負荷電流的變化情況，并在計算機上顯示電流變化曲線，對線路負荷情況進行分析，防患于未然；

3.     監測線路電壓（電場）的變化情況，在計算機上顯示線路電壓變化曲線，對線路絕緣情況進行分析，防患于未然；

4.     可以根據客戶需求增加溫濕度等監測內容；

5.     在有電動開關的地方，可以增加遙控、遙信功能（還需增加一個PT或太陽能操作電源箱）；

6.     可以根據客戶需求打印操作票。

四、    系統組成

l       若干個線路監測點、若干臺變電站接地選線裝置和1套主站系統。

l       每個線路監測點的設備包括：3～32只數字化的故障指示器，1臺無線通訊終端（含太陽能電池板和后備鋰電池）。

l       主站系統包括：1臺工業計算機，1套主站軟件。

FCI：Digital FaultCurrent Indicator 數字化的故障指示器

DCU：DataCollecting Unit 數據采集器（內置低功耗GPRSDTU），可選電動開關儲能和遙控功能

GPRS DTU：GPRS Data Terminal Uint GPRS通訊終端

EFU：Earth FaultLine Select Unit 接地選線裝置

五、    系統工作原理

數字化的故障指示器FCI主要安裝在變電站出線、重要分支線和重要電力設備處，每條線路裝1組（共3只），以實現這些點的遠程監測和故障定位，同時在附近安裝1臺數據采集器DCU。FCI都帶有四字節通訊地址，用于DCU對FCI的識別；DCU也帶有一字節地址，用于DCU與主站（GPRS DTU）之間的地址識別。DCU與FCI采用短距離無線調頻通訊，DCU與主站之間采用GPRS公網通訊。

當線路正常運行時，DCU向下采用POLLING規約輪詢每只數字化故障指示器（FCI），FCI按預設的通訊策略進行應答，將實時采集到的數據發送到DCU。通訊策略的含義是：FCI采用低功耗電路和程序設計，設計壽命為10年以上，但無線通訊能量較大，不能*依靠內部鋰電池供電，大部分能量要從高壓導線感應取電。當負荷電流大于20A時可以*取到通訊能量，在通訊時可以做到“有問必答”或者定時主動發送；當負荷電流小于20A時，只能取到有限的電能，在通訊時會出現“兩問一答”、“十問一答”或者不定時主動發送的情況，其它時間FCI內部無線通訊模塊都在休眠以減少電池損耗。值得一提的是，由于無線通訊劃分為64個獨立信道，對于主動發送不存在互相干擾而導致通訊不上的情況。

對于10kV中性點各種接地系統，當線路出現短路故障時，FCI可以檢測到短路故障電流，如果符合特定的短路故障判據，則本地翻牌顯示，并按照預設的時間參數自動復歸，也可以通過主站遙控復歸。同時，在DCU輪詢到自己時將“及時應答”或者立即主動發送動作信息，將動作信號等數據發送到DCU。

對于10kV小電流接地系統，當線路出現接地故障時，FCI可以檢測到接地故障暫態電流，如果符合特定的接地故障判據，則本地翻牌顯示，并按照預設的時間參數自動復歸，也可以通過主站遙控復歸。同時，在DCU輪詢到FCI時將“及時應答”或者立即主動發送動作信息，將動作信號等數據發送到DCU。

DCU在收到FCI的動作信息以后，將動作分支的FCI地址信息通過GPRS通訊方式發給配網主站SCADA或GIS系統，并進行報警顯示和自動短信通知。

l       短路故障檢測原理

對于短路故障，FCI提供兩種可選擇的故障判據：一種是電流突變法，一種是過流速斷定值法。

目前市面上絕大多數模擬電路的故障指示器主要是采用電流突變法，其判據為：

a)       線路穩定時間：≥30S

b)       短路故障電流增量

c)       當負荷電流IL小于等于200A時，ΔI≥100A

d)      當負荷電流IL大于200A時，ΔI≥1/2*IL

e)       短路故障持續時間：≤10S

f)        短路故障結束電流：≤2A

該方法的優點是自動跟蹤負荷電流大小，不用整定參數；其缺點一是在有些接地短路情況下，短路電流是逐漸增大的，指示器因無法檢測到電流突變而導致拒動；其缺點二是在有些接地短路情況下，非故障出線、非故障分支、故障點后面的線路如果帶有大型容性負載（例如高壓電容器）和感性負載（如大型電動機、水泵等），則會向故障點反饋送電，導致非故障線路誤動。
由于FCI的動作參數可以通過主站在線修改，因此在管理比較規范的電力公司，我們推薦過流速斷法。該方法與變電站微機保護裝置的故障檢測原理*，只要變電站出口跳閘，FCI也能檢測到并給出故障指示。為了防止合閘涌流，FCI采取了電壓閉鎖條件，只有檢測到線路停電（無流無壓）以后才會動作。其檢測原理如下：

參數說明：

Ik參數：當前負荷電流采樣值

Iset參數：包含Iset1（速斷值）、Iset2（過流值）

Tset參數：包含Tset1（速斷延時）、Tset2（過流延時）

TfMAX參數：從變電站出口保護啟動到保護跳閘停電的zui大延時

Iaver參數：保護啟動前的平均負荷電流

Uk參數：當前電場采樣值

Un參數：正常運行時的電場

l       接地故障檢測原理：

對于線路接地故障，目前比較常見的方法是首半波法和信號注入法。經過兩、三年的實踐檢驗，首半波或者接地暫態法存在技術原理上的缺陷，經常導致誤動。雖然信號源注入法相對穩定，但由于設備費用高昂和安裝不便而推廣困難，對于負荷波動大的線路也經常誤動，接地阻抗高較高和接地線接地不牢時時可能發不出信號。FCI主要采用接地暫態電流測量法，通過通訊網絡將各個監測點的接地暫態電流、變電站接地選線裝置的接地報警和選線信息都匯總到主站，由主站進行智能和人工決策判斷。

接地故障暫態電流測量法判據為：

                                                     i.             線路穩定時間：T0≥30S

                                                   ii.             接地暫態電流增量：ΔIzt≥ΔIset

                                                 iii.             電場下降比例：ΔUk%≥ΔUset%

                                                 iv.             電場下降持續時間：Tk≥Tset

                                                   v.             故障結束穩態電流：≥2A

該方法的特點是能夠實時監測接地故障暫態電流變化，和變電站接地選線裝置，并根據系統結構和不同的安裝位置在線修改接地故障判據參數。

六、系統主設備介紹

（一）數字化的故障指示器

1、功能特點

l             從高壓導線小負荷電流開始取電；

l             檢測相間短路；

l             檢測小電阻、中電阻接地故障 ；

l             檢測小電流接地系統單相接地故障（與接地選線裝置、主站配合完成） ；

l             檢測斷相故障（與主站配合完成） ；

l             檢測線路停電（與主站配合完成） ；

l             監測線路負荷（電流） ；

l             監視線路絕緣水平（電場） ；

l             帶電裝卸 ；

l             本地顯示 ；

l             自動/遙控復歸，可遙控翻牌/復歸、指示燈點亮/熄滅 ；

l             無線中繼通信；

l             在線設置參數；

l             防死機和免維護設計 。

2、技術參數

l       電源：2.5Ah/3.6V一次性鋰電池*2；

l       取電功率：50uA-20mA/3.6V(一次負荷電流3A-600A)；

l       靜態平均功耗：25uA（FCI），20uA（短距離無線模塊） ；

l       通訊平均功耗：50uA（每分鐘發送一次數據時）；

l       電流精度：±1.5%（負荷電流大于10A時）或者±1A（負荷電流小于10A時）；

l       電壓線性度：優于±95%；

l       通訊頻率（短距離無線）：433MHz（64個獨立信道自動跳頻）；

l       通信距離（RF）：100-1000m（空曠地帶）；

l       電壓等級：任意（出廠前確定）；

l       負荷電流：0～600A；

l       導線直徑：8～40mm；

l       短時耐受電流：40kA/4S；

l       故障復位時間：12h(6h，24h,48h)；

l       可動作次數：不小于3000次 ；

l       環境溫度：-35℃～85℃ ；

l       環境濕度：5～95%；

l       防護等級：IP65；

l       EMC等級：±8kV靜電放電 ；

l       重量：不大于500g ；

l       尺寸：不大于Ф75*150mm；

l       設計壽命：10年以上。

（二）數據采集器

主要用于輸配電線路故障定位與負荷監測系統，也可用于變電站高壓開關柜無線測溫等應用場合，通過短距離無線調頻、跳頻通訊方式實時采集附近安裝的1～30只數字化故障指示器的信息（系統電壓、負荷電流、接地暫態電流及其增量、溫濕度、短路故障動作狀態、接地故障動作狀態），然后將打包數據通過GPRS通訊方式發送到配網主站SCADA或者GIS系統進行分析和處理。同時，根據用戶需要，數據采集器可以連接1~2臺電動開關，主站系統可以通過GPRS對其進行遙控、遙信操作。

l       技術參數

（1）、 電源：18V/20~100W太陽能電池板組件

（2）、 電池：10~50Ah/3.6V可充電鋰電池

（3）、 整機平均功耗： ＜50mA

（4）、 短距離調頻發送功率：＜20mA（持續向指示器發送巡檢命令時）；

（5）、 GPRS發送功耗： ＜150mA（持續向主站發送實時數據時）

（6）、SMS短信平均功耗： ＜1mA（每天向主站發送一條短信時）

（7）、 遙測：電流精度為±1.5%（電流大于20A時）或者±1A（電流小于20A時）；電壓線性度優于±95%

（8）、 遙控：4路繼電器空接點輸出，AC2kV光電隔離，帶0.1F/DC24V可控開關操作電源和7.2Ah/DC24V開關儲能電源；

（9）、 遙信：6路開關位置輔助接點輸入，AC2kV光電隔離，帶DC24V可控遙信電源；

（10）、 遙調：可在線設置1~30只數字化故障和數據采集器本身的參數

（11）、 通訊頻率（短距離無線）：433MHz（64個獨立調頻信道，自動跳頻），20~100k（雙向），100~1000米可調

（12）、 建議帶數字化故障指示器個數：1~30個

（13）、 重量：DCU0、DCU1＜5kg； DCU2＜10kg； DCU3＜20kg

（14）、 尺寸： DCU0、DCU1 ＜250mm×150mm×100mm（長×寬×高）； DCU2 ＜300mm×250mm×100mm； DCU3 ＜450mm×350mm×250mm；

（15）、 設計壽命：10年以上（可充電鋰電池為5年壽命）

（16）、 環境溫度：-35℃～85℃

（17）、 環境濕度：5～95%

（18）、 防護等級：IP65

（19）、 EMC等級：±8kV靜電放電

l       功能特點

（1）、 體積小，重量輕

（2）、 不停電裝卸

（3）、 太陽能取電，后備大容量鋰電池

（4）、 在線設置參數，可擴展遙控翻牌/復歸、指示燈點亮/熄滅、開關合、分閘（增加開關合分閘驅動電容和開關儲能電機后備電池） 等實用的配網自動化功能

（5）、 防死機和少維護設計

（6）、 對主站采用SMS短信（DCU0）、GPRS（DCU1、2、3）通訊方式和標準101通訊協議

（7）、 對指示器采用短距離無線調頻、調頻通訊方式和仿101協議POLLING規約

七、系統配置清單