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城市智能電網(wǎng)故障在線監(jiān)控
在城市的供電系統(tǒng)中，各種各樣的電力電纜越來(lái)越多，配電線路傳輸距離遠(yuǎn)，支線多、電纜接頭多，環(huán)境和氣候條件惡劣、由于設(shè)備故障、老化和其它自然災(zāi)害常常造成故障。研究智能終端監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集輸電線路線路的運(yùn)行數(shù)據(jù)及故障信息，并通過(guò)GPRS等通信方式發(fā)送到遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，最終實(shí)現(xiàn)輸電線路的綜合信息實(shí)時(shí)監(jiān)控及線路故障預(yù)警報(bào)警、短信通知等多種功能，為供電部門(mén)或者企業(yè)提供技術(shù)支持，縮短故障排查時(shí)間、減小停電損失、提高供電可靠率。
1 研究目的和意義
在城市的供電系統(tǒng)中，電力電纜越來(lái)越多，配電線路傳輸距離遠(yuǎn)，支線多、電纜接頭多、大部分是架空線和電纜線，環(huán)境和氣候條件惡劣，外破、設(shè)備故障和雷電等自然災(zāi)害常常造成故障率較高。如果發(fā)生故障停電事故，不但影響了人們的正常生活，干擾了企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)；而且給供電公司造成巨大損失。更為嚴(yán)重的是如果因?yàn)榫€路故障問(wèn)題引發(fā)大的安全事故，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)損失。因此電力的安全問(wèn)題是電網(wǎng)的重中之重，由于電力設(shè)備連接或接觸部位，由于超負(fù)荷運(yùn)行、冷熱變化、環(huán)境污染、設(shè)備老化等原因造成接觸部分發(fā)生變化、接觸電阻增大，在通過(guò)大電流時(shí)，引起絕緣老化或燒壞設(shè)備，甚至?xí)斐梢鹪O(shè)備短路起火，輸電線路的接地故障、短路故障等嚴(yán)重影響電力設(shè)備的安全運(yùn)行。研究開(kāi)發(fā)城市智能電網(wǎng)故障在線監(jiān)控系統(tǒng)就顯得十分必要且重要。智能型終端監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集線路故障信息及運(yùn)行參數(shù)，并可通過(guò)GPRS等通信方式發(fā)送到遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，最終實(shí)現(xiàn)輸電線路的綜合信息實(shí)時(shí)監(jiān)控及線路故障預(yù)警報(bào)警、短信通知等多種功能，為城市電網(wǎng)的安全提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，保障供電線路安全、可靠運(yùn)行。
2研究目標(biāo)
研究利用數(shù)字無(wú)線調(diào)頻/跳頻組網(wǎng)通訊技術(shù)、軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將城市配電網(wǎng)上的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障報(bào)警數(shù)據(jù)和GIS信息等進(jìn)行整合處理，形成功能強(qiáng)大的電網(wǎng)故障監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的控制和監(jiān)測(cè)。通過(guò)該系統(tǒng)的實(shí)施實(shí)現(xiàn)城配電網(wǎng)運(yùn)行和管理的現(xiàn)代化，確保配電網(wǎng)絡(luò)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
1）通過(guò)智能電網(wǎng)故障監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施真正提高供電企業(yè)及用電企業(yè)的用電安全問(wèn)題，減少甚至杜絕重大事故發(fā)生，保障企業(yè)的正常安全生產(chǎn)；
2）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路負(fù)荷電流、瞬時(shí)接地尖峰電流、線路對(duì)地電場(chǎng)，對(duì)過(guò)負(fù)荷、過(guò)流、過(guò)溫、局部放電、絕緣下降和瞬時(shí)性單相接地故障進(jìn)行預(yù)警，為安全供電提供決策依據(jù)；實(shí)時(shí)檢測(cè)線路短路、接地、斷線、停電等永久性故障并上報(bào)故障電流和異常電壓（高壓線路或電纜頭對(duì)地電場(chǎng)），幫助檢修人員快速查找到故障點(diǎn)，提高配調(diào)和搶修效率，提高供電可靠性。
3.2 系統(tǒng)工作原理
數(shù)字故障指示器FCI（Digital Fault Current Indicator）主要安裝在各種重要的線路轉(zhuǎn)接處及需要監(jiān)測(cè)的線路上，電纜進(jìn)出線和主干線路分段處各裝1組（共3只），以實(shí)現(xiàn)這些線路的在線監(jiān)測(cè)（遙測(cè)）、故障檢測(cè)與定位（遙信），同時(shí)在附近安裝1臺(tái)數(shù)據(jù)采集器（Data Collect or Control Unit）。FCI和DCU通過(guò)無(wú)線進(jìn)行通訊，F(xiàn)CI帶有唯一的識(shí)別編號(hào)DCU對(duì)其的識(shí)別；DCU還帶有一字節(jié)101協(xié)議通信地址，用于DCU與主站之間的地址識(shí)別。DCU與主站之間可采用靜態(tài)IP、動(dòng)態(tài)域名、GPRS公網(wǎng)通信， APN專線等多種通訊方式。
當(dāng)線路正常運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)采集器和數(shù)字故障指示器通過(guò)設(shè)定的通訊方式進(jìn)行通訊，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送到DCU。FCI采用極低功耗設(shè)計(jì)，但無(wú)線通訊能量較大，不能完全依靠?jī)?nèi)部鋰電池供電，主要依靠從高壓導(dǎo)線感應(yīng)取電。當(dāng)線路負(fù)荷電流大于20A時(shí)可以完全滿足通訊需要功率；當(dāng)負(fù)荷電流小于20A時(shí)，只能取到有限的電能，在通訊時(shí)會(huì)出現(xiàn)“兩問(wèn)一答”或者定時(shí)主動(dòng)發(fā)送的情況，其它時(shí)間FCI內(nèi)部無(wú)線通訊模塊都在休眠以減少電池?fù)p耗。
當(dāng)線路出現(xiàn)短路故障時(shí)，F(xiàn)CI可以檢測(cè)到短路故障及接地故障時(shí)，如果符合特定的短路故障或者接地故障判定依據(jù)，發(fā)送故障信息等數(shù)據(jù)發(fā)送到DCU，DCU再通過(guò)GPRS、CDMA 、SMS（短信）、3G等方式將故障動(dòng)作信息和故障數(shù)據(jù)打包發(fā)到用戶手機(jī)或主站系統(tǒng)。
1 研究目的和意義
在城市的供電系統(tǒng)中，電力電纜越來(lái)越多，配電線路傳輸距離遠(yuǎn)，支線多、電纜接頭多、大部分是架空線和電纜線，環(huán)境和氣候條件惡劣，外破、設(shè)備故障和雷電等自然災(zāi)害常常造成故障率較高。如果發(fā)生故障停電事故，不但影響了人們的正常生活，干擾了企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)；而且給供電公司造成巨大損失。更為嚴(yán)重的是如果因?yàn)榫€路故障問(wèn)題引發(fā)大的安全事故，將會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)損失。因此電力的安全問(wèn)題是電網(wǎng)的重中之重，由于電力設(shè)備連接或接觸部位，由于超負(fù)荷運(yùn)行、冷熱變化、環(huán)境污染、設(shè)備老化等原因造成接觸部分發(fā)生變化、接觸電阻增大，在通過(guò)大電流時(shí)，引起絕緣老化或燒壞設(shè)備，甚至?xí)斐梢鹪O(shè)備短路起火，輸電線路的接地故障、短路故障等嚴(yán)重影響電力設(shè)備的安全運(yùn)行。研究開(kāi)發(fā)城市智能電網(wǎng)故障在線監(jiān)控系統(tǒng)就顯得十分必要且重要。智能型終端監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和采集線路故障信息及運(yùn)行參數(shù)，并可通過(guò)GPRS等通信方式發(fā)送到遠(yuǎn)程主站系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，最終實(shí)現(xiàn)輸電線路的綜合信息實(shí)時(shí)監(jiān)控及線路故障預(yù)警報(bào)警、短信通知等多種功能，為城市電網(wǎng)的安全提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持，保障供電線路安全、可靠運(yùn)行。
2研究目標(biāo)
研究利用數(shù)字無(wú)線調(diào)頻/跳頻組網(wǎng)通訊技術(shù)、軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將城市配電網(wǎng)上的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)、故障報(bào)警數(shù)據(jù)和GIS信息等進(jìn)行整合處理，形成功能強(qiáng)大的電網(wǎng)故障監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)的控制和監(jiān)測(cè)。通過(guò)該系統(tǒng)的實(shí)施實(shí)現(xiàn)城配電網(wǎng)運(yùn)行和管理的現(xiàn)代化，確保配電網(wǎng)絡(luò)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
1）通過(guò)智能電網(wǎng)故障監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)施真正提高供電企業(yè)及用電企業(yè)的用電安全問(wèn)題，減少甚至杜絕重大事故發(fā)生，保障企業(yè)的正常安全生產(chǎn)；
2）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)線路負(fù)荷電流、瞬時(shí)接地尖峰電流、線路對(duì)地電場(chǎng)，對(duì)過(guò)負(fù)荷、過(guò)流、過(guò)溫、局部放電、絕緣下降和瞬時(shí)性單相接地故障進(jìn)行預(yù)警，為安全供電提供決策依據(jù)；實(shí)時(shí)檢測(cè)線路短路、接地、斷線、停電等永久性故障并上報(bào)故障電流和異常電壓（高壓線路或電纜頭對(duì)地電場(chǎng)），幫助檢修人員快速查找到故障點(diǎn)，提高配調(diào)和搶修效率，提高供電可靠性。
3 研究?jī)?nèi)容
3.1 系統(tǒng)組成
由若干個(gè)故障監(jiān)測(cè)點(diǎn)和1套主站系統(tǒng)組成。3.2 系統(tǒng)工作原理
數(shù)字故障指示器FCI（Digital Fault Current Indicator）主要安裝在各種重要的線路轉(zhuǎn)接處及需要監(jiān)測(cè)的線路上，電纜進(jìn)出線和主干線路分段處各裝1組（共3只），以實(shí)現(xiàn)這些線路的在線監(jiān)測(cè)（遙測(cè)）、故障檢測(cè)與定位（遙信），同時(shí)在附近安裝1臺(tái)數(shù)據(jù)采集器（Data Collect or Control Unit）。FCI和DCU通過(guò)無(wú)線進(jìn)行通訊，F(xiàn)CI帶有唯一的識(shí)別編號(hào)DCU對(duì)其的識(shí)別；DCU還帶有一字節(jié)101協(xié)議通信地址，用于DCU與主站之間的地址識(shí)別。DCU與主站之間可采用靜態(tài)IP、動(dòng)態(tài)域名、GPRS公網(wǎng)通信， APN專線等多種通訊方式。
當(dāng)線路正常運(yùn)行時(shí)，數(shù)據(jù)采集器和數(shù)字故障指示器通過(guò)設(shè)定的通訊方式進(jìn)行通訊，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送到DCU。FCI采用極低功耗設(shè)計(jì)，但無(wú)線通訊能量較大，不能完全依靠?jī)?nèi)部鋰電池供電，主要依靠從高壓導(dǎo)線感應(yīng)取電。當(dāng)線路負(fù)荷電流大于20A時(shí)可以完全滿足通訊需要功率；當(dāng)負(fù)荷電流小于20A時(shí)，只能取到有限的電能，在通訊時(shí)會(huì)出現(xiàn)“兩問(wèn)一答”或者定時(shí)主動(dòng)發(fā)送的情況，其它時(shí)間FCI內(nèi)部無(wú)線通訊模塊都在休眠以減少電池?fù)p耗。
當(dāng)線路出現(xiàn)短路故障時(shí)，F(xiàn)CI可以檢測(cè)到短路故障及接地故障時(shí)，如果符合特定的短路故障或者接地故障判定依據(jù)，發(fā)送故障信息等數(shù)據(jù)發(fā)送到DCU，DCU再通過(guò)GPRS、CDMA 、SMS（短信）、3G等方式將故障動(dòng)作信息和故障數(shù)據(jù)打包發(fā)到用戶手機(jī)或主站系統(tǒng)。