故障定位系统综述

第一章 系统设计概述 1. 1系统概述 本项目利用现代科技、电子信息和通信技术，对配网线路的短路和单相接地故障进行监测，能迅速给出故障具体地理位置和故障时间的指示信息，帮助维修人员迅速赶赴现场，排除故障，恢复正常供电，大大提高供电可靠性。该系统的建成还能有效地提高配网设备健康水平和运行管理水平，降低故障判断对人的经验依赖，减少和缩短设备检修停电操作时间和范围。

本系统基于故障指示器技术、单相接地故障检测技术和现代通信技术，在配网故障后，它能够在故障后的几分钟内将故障线路和故障地点等信息通过GSM网络传送至控制中心的计算机，在屏幕上显示出故障具体地理位置和故障时间的指示信息，帮助维修人员迅速赶赴现场，排除故障，恢复正常供电

1. 2系统实施意义 配电网直接联系用户，其可靠供电能力和供电质量既是电力企业经济效益的直接体现，又对应着不可估量的社会效益。配电网故障自动定位作为配电自动化的一个重要内容，对提高供电可靠性有很大影响，也得到了越来越多的重视。

配电系统因为分支线多而复杂，在中国发生短路故障时一般仅出口断路器跳闸，即使在主干线上用开关分段，也只能隔离有限的几段，要找出具体故障位置往往需耗费大量人力、物力和时间。故障查找在中国虽研究较多，也有各种成型产品提供，但基本上都需人工现场查找，自动化水平不高。

故障定位系统是基于故障指示器技术和GIS（地理信息系统）技术的一套自动高效的故障点检测及定位系统，主要用于配电系统各种短路故障点的检测和定位，包括相间短路和单相接地故障。配电控制中心的故障定位软件系统与大量现场的故障检测和指示装置相配合，在故障发生后的几分钟内即可在控制中心通过与地理信息系统的结合，给出故障位置和故障时间的指示信息，帮助维修人员迅速赶赴现场，排除故障，恢复正常供电，大大提高供电可靠性，同时大大减少故障巡线人员的劳动强度，提高工作效率。

1. 3层次结构 故障定位系统由以下几部分组成：安装在局内的主站（后台）监控系统、安装在线路上的故障指示器及故障信号接收处理的数据转发站、安装在变电站内(或线路上配电变压器附近)的配电自动化柜、提供中心站和数据转发站之间通信联系的通信系统。

1. 4与其他系统的互联 系统具有标准的对外接口和通信协议，便于与目前的GIS和DMS系统进行对接，实现故障信息共享。

信息数据的共享可以通过通信进行数据交换实现，也可以通过共享数据库的形式实现。通过通信实现时，系统通过RS-232口，以IEC8705-101协议向其他系统汇报故障信息（故障点位置和发生时间）；通过共享数据库实现时，系统主站直接将故障信息以特定格式写入数据库，供其他系统调用。

1. 5系统的原理 整个系统图如下图所示：

中心站部分： 设备组成：由计算机、系统软件、应用

软件、中心站、UPS等组成 通信系统：

设备组成：由GSM网络、短信息通信故障探测部分：

设备组成：由信号发生装置、故障探头、

故障指示器组成 FD FD FD FD FD ST ST ST

RBS 中 心 站 FTU

SFI-RS FD FD FD

FD

DMS 中心

监控 主站 ST

信号源 故障探头（FD）安装在各线路分支处的分支线上,系统出现短路或单相接地故障时，故障探头检测到短路故障电流，驱动显示回路，给出当地指示。同时架空线路的故障指示器通过内置的短距离无线通讯装置，将动作信号传送给相隔2-30m的数据转发站。数据转发站安装在线路的分支处，通过无线接收装置，可以接收6只故障探头（分别在两个分支的6相线路上）发送过来的动作信息。数据转发站具有独立的电源和标准的通讯接口（RS232），在收到动作信息后，将地址信息和故障信息通过通讯口，借助于GSM网络，发回中心站。电缆系统的故障指示器将故障信息通过本地光纤网送给FTU，FTU利用GSM网将该信息发给中心站。

通讯系统可借助于GSM网络，在数据转发站和主站处配备具有RS232接口的可接入GSM网络的无线通讯模块，为中心站系统及各数据转发站建立通信联系。中心站接收数据转发站发来的信息，并将故障信息送给主站。

主站监控软件将从中心站接收到的这些故障信息，进行网络拓扑计算分析，容错处理，显示故障点地理位置信息，运行维修人员可以根据这些信息直接到故障点排除故障。

为检测中性点不直接接地系统的单相接地故障，需要增加一个配电自动化柜，用于在单相接地故障发生时在变电站自动向相应线路注入用于单相接地故障探测的信号。

1. 6系统的特点

FD： Fault Detector 故障探头 图系统特点可以归结为以下几点： 1． 采用GSM进行通信，降低用户的通信系统维护费用 2． 数据转发站采用微功耗设计，简化了安装工作，减少传统取能方式（安装PT）给系统带来故障隐患的可能

3． 系统可以实现工厂化生产，减少现场通信调试工作 4． 系统自成体系，既可独立运行，也可与GIS和DMS系统互连，实现数据共享 5． 特殊的低功耗设计，使等候功耗仅为20mW 6． 完善的主站容错软件，使系统出现某些故障时，依然能够正确判断故障位置，并防止误报

7． GIS支撑环境，使故障可以进行直观的显示 8． 可靠的数据转发站和中心站系统，即使在主站不能正常工作的情况下，也可以保证信息不被丢失

9． 强的抗恶劣环境性能，探头和子站可以在-30~70度的环境下正常工作 1. 7系统的环境条件 系统的使用环境： 户外部分：子站工作温度 -30C~70C，湿度5%~95%，无凝露 探头工作温度 -45C~70C 户内部分：主站工作温度 0C~55C，湿度5%~95%，无凝露 中心站工作温度 -10C~70C，湿度5%~95%，无凝露 通信部分：GSM信号覆盖到的区域 1. 8系统的标准和设计思想 1.8.1 标准 本系统依据以下标准： 《远动终端通用技术条件》GB/T13729 《地区电网调度自动化功能规范》DL/T550 《配电自动化系统远方终端》DL/T721 《配电自动化系统功能规范》DL/T814 《循环式远动规约》DL451 《电信设备和系统的高低频电磁兼容性改善技术要求》YDC 029 1.8.2 设计思想 （1） 系统的目的是解决在分支较多、结构复杂的配电网中查找接地和短路故障点较难的问题，为线路维护人员在短时间内提供直观、可靠的故障信息。

（2） 系统安装方便，便于带电操作，安装维护不影响正常供电。 （3） 采用GSM进行信息传送，降低用户自建通信系统的费用和对通信系统的日常维护。 （4） 数据转发站采用微功耗设计，避免系统设备与线路一次设备有直接的电气连接，减少系统故障点，降低系统造价，提高系统的可维护性。

（5） 主站采用GIS背景的显示方法，使故障点显示的更加清晰和直观。软件设计上，采用了面向对象的技术，大大提高了软件的可靠性、可继承性、可维护性和可扩充性。

（6） 在目前配网自动化系统的其他软件（如GIS，DMS）不太成熟的情况下，系统自成体系，尽量避免故障判断、显示、存储对其他系统的依耐性。 第二章 主站系统 故障定位系统主站系统的主要作用是搜集中心站传送的故障信息，对其进行纠错、校正后，通过网络拓扑分析和计算找出故障位置及故障通路，并在GIS的地理背景上进行显示，给出直观的故障信息，同时进行记录和保存，便于以后查找。

2. 1主站系统的技术原则 主站系统依据的原则是： （1） 具有友好的人机界面，便于运行人员的使用、故障查询和日常维护。 （2） 采用基于MAPOBJECT的地理信息系统，对系统资源占用小，更有利于系统软件的稳定运行。 （3） 采用了面向对象的技术，大大提高了软件的可靠性、可继承性、可维护性和可扩充性。 （4） 系统支持windows2000等目前主流操作系统，具有声、光报警等明显提示。 2. 2主站系统的总体结构

主站系统的总体结构可以表示成如下的形式： 该系统采用层次式结构，硬件/软件平台主要用来实现程序启动、通信物理链路层处理，得到的数据进行校验处理后进入数据库（实时数据库、历史数据库和GIS数据库），这些数据库的数据结合配电网的网络模型和SCADA系统，在FLS应用系统中进行容错判断、修补等处理后，在GIS背景系统中进行显示，同时驱动声光报警装置，并生成相应的报表、记录等。 2．3主站系统的硬件配置

主站硬件具体配置如下：

1台 华北工控RackMount PC工控机：  CPU 为PIII 600  512 MB主存  80GB硬盘  48倍速光盘驱动器  2*10MB/100MB自适应网卡  1台17”的液晶显示器 2．4主站系统软件的功能介绍

主站的主要功能有： 1．故障指示器动作信息和网络拓扑数据的实时搜集 故障定位系统在收集故障指示器动作信息和网络拓扑数据时，要遵循以下两个基本原则：

 故障指示器动作信息的完整性原则 一般来讲，各故障指示器的动作信息到达通讯主站的时间是不同步的，在一个采样周期内采集到的故障指示器动作信息很可能是不完整的。因此，该系统假定：如果在若干个周期内没有新的故障指示器动作信息到达，则故障指示器动作信息已经搜集完整。这样，即使在系统发生多重故障时，也能够保证故障指示器动作信息的完整性。

 故障指示器的动作信息和网络拓扑数据的一致性原则 由于故障指示器的动作信息和开关动作到达通讯主站的时间也是不同步的，而故障定位是以故障前的网络拓扑状态为基础的。因此，系统在实时数据采集时随时保留故障前的开关状态，待搜集到完整的故障指示器动作信息时，作为拓扑分析的基础。

2．故障通路和故障点的查找