KA2003系列在线式智能配电网故障诊断系统
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北京丹华昊博电力科技有限公司
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目录
1. 引言 (1)
2. 架空线路 (2)
2.1 架空线路故障指示器 (2)
2.2 架空线路电流互感器 (4)
2.3 智能断路器 (5)
2.4 智能配电终端（架空线路） (7)
2.4.1 产品简介 (7)
2.4.2 主要功能 (8)
2.4.3 技术指标 (8)
3. 电缆线路 (9)
3.1 电缆故障指示器 (9)
3.2 充电互感器 (11)
3.3 智能配电终端（电缆线路） (11)
3.3.1 产品简介 (11)
3.3.2 主要功能 (11)
3.3.3 技术指标 (12)
4 系统描述（主站） (13)
4.1 系统特点 (13)
4.2 功能介绍 (14)
5. 应用方案 (17)
5.1 方案一、KA2003-DW/ZX-I (17)
5.1.1 配置原则 (17)
5.1.2 配置表 (17)
5.1.3 系统功能 (17)
5.2方案二、KA2003-DW/ZX-II (18)
5.2.1 配置原则 (18)
5.2.2 配置表 (18)
5.2.3 系统功能 (18)
5.3 方案三、KA2003-DW/ZX-III (18)
5.3.1 配置原则 (18)
5.3.2 配置表 (19)
5.3.3 系统功能 (19)
1. 引言
我国6-66kV配电网绝大多数采用小电流接地方式，包括中性点不接地及中性点经消弧线圈接地方式，且很多配电线路为架空线路与电缆线路组成的混合线路。配电网存在两种故障情况，第一种是短路故障，包括两相短路、两相接地短路及三相短路；第二种是单相接地故障。目前现场的运行方式是：当发生短路故障后，出口断路器跳闸，虽然隔离故障但是会导致大面积区域停电；当发生单相接地故障后，可以带故障运行一段时间，在运行中需要承担较大的风险，如：电弧燃火、人身触电等等，如果是永久性接地故障，通过手动或者自动方式断开出线断路器隔离故障。
现阶段故障处理方式存在以下三个问题：
第一，只要是线路某个位置发生短路故障或者单相接地故障，线路始端的出线断路器就要动作断开整条线路。由于配电线路为辐射状结构，负荷分散在线路的多个位置，因此这种故障处理方式使非故障区段也停电，极大的影响了供电可靠性和经济性。
第二，配电网发生短路故障或者单相接地故障后需要尽快找到故障点并排除故障，这就是故障定位问题。这个问题长期以来困扰运行部门，现在还在采用人工巡线的方法，延长了故障时间，对用户和供电部门都造成了很大的经济损失。
第三，配电网的信息只能在变电站或用户终端获得，调度运行人员不能掌握线路各个分支的情况，不能对线路的运行风险进行有效评估，当线路某一个分支的运行状况不正常时不能快速诊断并加以处理，造成配电网运行可靠性下降。
为此，国家电网公司颁布了《Q/GDW 382-2009配电自动化技术导则》、《Q/GDW 513-2010配电自动化主站系统功能规范》、《Q/GDW 514-2010配电自动化终端子站功能规范》等一系列的标准。必须在智能配电网的建设中有效解决上述三个问题，全面提高配电网故障诊断的快速性和正确性。
北京丹华昊博电力科技有限公司是华北电力大学和辽宁省电力有限公司共同投资创建的高新技术企业。北京丹华昊博电力科技有限公司研制生产的KA2003-DW/ZX系列“配电网在线故障诊断系统”克服了已有产品判据不充分，处理手段单一，不能适应复杂接地故障类型和测量信号数据处理手段简单，不能从微弱的信号中准确提取出有用信息等诸多影响故障定位的问题，将各种判据有机地集成为充分判据，并与多种数据处理算法融为一体。构成了各种判据优势互补，能适应变化多端的馈线故障形态的多层次全方位的智能化故障诊断系统。
2. 架空线路
2.1 架空线路故障指示器
2.1.1 产品简介
ZS-A、ZS-B型故障指示器主要适用于6-35kV电压等级的架空线路。在系统发生短路或接地故障时，故障指示器能够准确的发出报警信息，检修人员可以根据报警指示迅速确定发生故障的区域并找出故障点。极大地提高了工作效率、缩短了停电时间，有效地提高了供电的可靠性。ZS-A型故障指示器具有翻牌指示功能、闪光警示功能，ZS-B型智能故障指示器具有翻牌指示功能、闪光警示功能、远传功能（2遥）。在配电网故障综合诊断系统中，与ZD-II型智能配电终端配合使用，作为关键点故障指示，以及架空线路模拟量采集。
2.1.2 技术指标
1）适用范围：6KV、10KV、35KV等电压等级架空线路。
2）适用导线电流：I≤1000A。
3）适用导线截面：16mm2≤S≤500mm2 。
4）工作电源： 3.6V锂电池+导线取电。
5）动作响应时间：0.02S≤T≤3S。
6）静态工作电流：≤15uA。
7）动作复位时间: 2 -36小时，可整定（默认为2小时）。
8）使用环境温度：－40℃≤t≤+60℃。
9）相对湿度：≤95%。
10）动作次数：≥5000次。
2.1.3 动作判据
1）It1≥160A It1为突变量电流起动值（短路）。
2）It2≥0.7A It2为突变量电流起动值（接地）。
3）△I≥0.5Io △I为电流变化率(Io为短路前线路电流)。
4）I=0 I为线路故障后电流。
5）0.06S≤△T≤3S △T为电流突变时间。
2.1.4 产品特点
1）故障指示：正常运行时，窗口为白色显示。白天发生短路、接地故障时，窗口翻牌转为红色并伴有闪光警示；夜晚发生短路、接地故障时，闪光警示；
2）ZS-B型故障指示器具备遥信、遥测功能（2遥）。
3）抗干扰能力强：动作准确，信号不受线路励磁涌流、高次谐波、电流波动的影响。
4）故障段查找简单：指示器直接安装在配电线路上，通过相邻两组指示器动作与否可以很方便的确定故障区段。
5）在线运行：直接安装在架空线路上，免维护。
6）自动复位：指示器按照出厂设定的复位时间在动作后由故障状态自动返回正常位置。
7）带电装卸：带电装卸极其简单，不影响线路运行。
2.1.5 检测原理
1）判断接地的故障指示原理图
如上图所示，当线路A相发生单相接地后，故障线路A相1#、4#、7#采集到故障信号，同时发出了告警信号，而10#及其余故障指示器均未动作，由此可以快速准确的判断出故障区段位于D区段。
2）判断短路的故障指示原理图
如上图所示，当线路A、B相发生相间短路时1#、2#、4#、5#、7#、8#均采集到故障信号，同时发出了告警信号，而10#、11#及其他故障指示器均未动作，由此可以快速准确的判断出故障区段位于D区段。
2.2 架空线路电流互感器
2.2.1 产品简介
XLH型户外环氧树脂浇注开启式电流互感器是我公司研制的
新型高压电流互感器。它采用进口优质户外树脂及新工艺真空浇
注而成，用于10kV架空线路的电流监测与控制，及用于10kV及
以下中压架空线路的电流测量、保护、控制等，安装时不需要截
断导线，具有阻燃、防爆、免维护、无渗漏、安全系数大等特点，
还具有耐电弧、抗紫外线、防老化、使用寿命长等优点。在配电
网故障综合诊断系统中，与ZD-I型智能配电终端配合使用，作为
电流信号采集使用。
2.2.2 技术指标
1）产品性能符合GBl208和IECl85标准要求。
2）绝缘水平：12/42/75kV。
3）额定电流比：0～1000/5A。
二次组合：10P15/10P15/0.5S。
额定负荷： 2.5～5VA。
爬电比距：31mm/kV。
4）一次导线截面：35～400mm2。
5）海拔高度：不超过3000米。
6）额定频率：50Hz或60Hz。
2.3 智能断路器
2.3.1 产品介绍
DL型智能断路器具有自动分断短路电流功能,
本体开关是真空方式灭弧并且采用 SF6、N2 混合气
体绝缘，箱体采用了引进德国气体密封、防爆、绝缘
结构技术，整体密封性能优良。内部充入的 SF6、
N2 混合气体不泄漏，不受外界环境影响，其弹簧操
动机构进行了小型化及性能优化设计，动作可靠性远
高于国内传统的弹簧机构。与ZD-III型智能配电终端配合使用，在短路后接收智能配电终端指令进行重合闸，实现非故障区域继续带电运行，故障区段隔离。在发生单相接地时接收智能配电终端指令进行故障区域两端断路器分闸，实现非故障区域正常运行、故障区域隔离，从而避免故障扩大。
2.3.2 使用环境条件
1)海拔高度：≤2000 米。
2)环境温度：户外-30℃ ~ +55℃最高年平均气温20℃最高日平均气温30℃。
3)相对湿度：95%（25℃）。
4)抗震能力：地面水平加速度0.3g 地面垂直加速度0.15g 同时作用持续三个正弦波安全系数
1.67。
5)地震烈度：7 度。
6)最大日温差：25℃。
7)日照强度(风速0.5m/s 时)：0.1W/cm2。
8)最大风速：34m/s。
9)最大覆冰厚度：10mm。
10)安装位置：户外，10kV 架空线路。
11)接地方式：中性点不接地、经消弧线圈接地及小电阻接地。
2.3.3 技术参数
智能断路器主要技术参数（表1）
机械特性参数（表2）
2.4 智能配电终端（架空线路）
ZD系列智能配电终端安装在电杆上，测量线路运行参数，并将数据上传至主站。智能配电终端内附报警灯、翻牌指示器。可以通过GPRS模块实现无线传输功能，通过光电转换模块实现光纤传输。智能配电终端分ZD-I型（与XLH型架空线路电流互感器配合使用）；ZD-II型（与ZS-B型智能故障指示器配合使用）；ZD-III型（与ZS-B型智能故障指示器及智能断路器配合使
用）。
2.4.2 主要功能
1)与架空线路CT及智能断路器配合，实现具有“四遥”功能的智能配电终端。
A.遥信功能
采集故障遥信变位和带电状态变位，并可向主站发送状态量。
B.遥测功能
采集并可同时向主站传送馈线的电气模拟量。其中模拟量包括：相电流IA、IB、IC、零序电流Io、频率f、温度。
C.遥控功能
与断路器配合使用，装置具有接收主站指令对就地断路器进行控制的功能。
D.遥调功能
装置具有远方和就地调整参数的功能。
2)通过架空线路CT准确测量线路的相电流和零序电流，并且能够将数据上传至主站，实现全局的
可观可测，符合智能配电网的要求。
3)智能配电终端具有参数远方设置功能和就地设置功能。接收主站的参数设置及定值修改，主站
可随时召唤智能配电终端的当前设定值。
4)发生故障后，智能配电终端能够利用GPRS或光纤将故障信息发送给主站，以便及时处理故障。
5)事故记录功能：智能配电终端能记录事故发生时的最大故障电流和事故前一段时间的平均负荷，
以便分析故障。
6)自检和自恢复功能：智能配电终端具有自检测功能，并在设备发生自身故障时及时告警；智能
配电终端具有可靠的自恢复功能，一旦受干扰造成死机，可以恢复正常运行。
7)超低功耗设计，使用寿命长。
8)能够适应恶劣运行环境，在-40oC~70oC温度变化范围内正常工作，具有良好的防潮、防雨、防
腐蚀措施。
9)能够承受高电压、大电流、雷电等干扰，具有很强的抗干扰能力。
2.4.3 技术指标
1)额定工作电压：直流12V。
2)静态工作电流：10mA。
3)完成一次综合判据时间：20ms。
4)通信方式
A.射频无线通信（50m以内）。
B.GPRS移动通信。
C.光纤传输。
5)采样及处理
A.接入装置的CT二次电流：2mA≤I≤5A（交流有效值）。
B.测量精度：0.5%。
6)环境条件
A.运行温度范围：－40℃～＋70℃。
B.运输及存储温度范围：－45℃～＋70℃。
C.湿度：15℅～95℅，不凝结。
D.干热试验：IEC60068-2-2。
E.干冷试验：IEC60068-2-1。
F.湿热循环试验：IEC60068-2-30,相对湿度>93℅，T=20~65℃。
G.存储温度试验：IEC60068-2-48。
7)机械试验
A.振动试验（正弦振动）：IEC60255-21-1：1 级
B.冲击碰撞试验：IEC60255-21-2：1 级
C.地震试验：IEC60255-21-3：2 级
8)电磁兼容
A.抗静电放电：IEC 60255-22-2: 4级（±8kV 接触放电）
B.抗工频磁场干扰：IEC 1000-4-8: 5级（100A/m）
C.抗辐射电磁场干扰：IEC 60255-22-3: 3级（10V/m，f=80～1000M Hz）
D.抗快速瞬变干扰：IEC 60255-22-4: 4级（2.5kHz&5kHz,±4kV）
3. 电缆线路
3.1 电缆故障指示器
ZS-LA、ZS-LB型故障指示器主要适用于6-35kV电压等级的电缆线路。在系统发生短路或接地故障时，故障指示器能够准确的发出报警信息，检修人员可以根据报警指示迅速确定发生故障的区域并找出故障点。极大地提高了工作效率、缩短了停电时间，有效地提高了供电的可靠性。ZS-LA型故障指示器具有翻牌指示功能、光纤传输功能，ZS-LB型智能故障指示器具有闪光警示功能、光纤传输
功能。在配电网故障综合诊断系统中，与ZDL-II型智能配电终端配合使用，作为关键点故障指示，电缆线路模拟量采集。
3.1.2 技术指标
1）适用范围：6KV、10KV、35KV等电压等级电缆线路。
2）适用导线电流：I≤1000A。
3）适用导线截面：16mm2≤S≤1000mm2 。
4）工作电源： 3.6V锂电池+导线取电。
5）动作响应时间：0.02S≤T≤3S。
6）静态工作电流：≤15uA。
7）动作复位时间: 2 -36小时，可整定（默认为2小时）。
8）使用环境温度：－40℃≤t≤+60℃。
9）相对湿度：≤95%。
10）动作次数：≥5000次。
3.1.3 动作判据
1）It1≥160A It1为突变量电流起动值（短路）。
2）It2≥0.7A It2为突变量电流起动值（接地）。
3）△I≥0.5Io △I为电流变化率(Io为短路前线路电流)。
4）I=0 I为线路故障后电流。
5）0.06S≤△T≤3S △T为电流突变时间。
3.1.4 产品特点
1）故障指示：正常运行时，窗口为白色显示或红灯熄灭状态；发生短路、接地故障时，窗口为红色或红灯闪烁。
2）电缆型故障指示器具备遥信、遥测功能（2遥）。
3）抗干扰能力强：动作准确，信号不受线路励磁涌流、高次谐波、电流波动的影响。
4）故障段查找简单：指示器直接安装在电缆头三相线上，通过相邻两组指示器动作与否可以很方便的确定故障区段。
5）在线运行：直接安装在电缆头上，免维护。
6）自动复位：指示器按照出厂设定的复位时间在动作后由故障状态自动返回正常位置。
7）带电装卸：带电装卸极其简单，不影响线路运行。
3.2 充电互感器
1）功能：与电缆型智能配电终端配合使用，提供充电电源。
2）参数：相电流500A≥I≥20A时，额定输出800-1000mW；
相电流小于20A时，额定输出200mW。电流大于1000A时
自饱和。
3）安装：分体，可带电组装。
4）适用导线截面：16mm2≤S≤1000mm2 。
3.3 智能配电终端（电缆线路）
3.3.1 产品简介
ZDL系列智能配电终端安装在箱变、电缆分支箱内，测量线路运行参数，并将数据上传至主站。智能配电终端具备多路采集功能。可以通过GPRS模块实现无线传输，通过光电转换模块实现光纤传输。ZDL-II型智能配电终端与ZSL-A、ZSL-B型智能故障指示器配合使用。同时智能配电终端具备合闸、跳闸节点，与断路器、电动负荷开关相配合。
3.3.2 主要功能
1)与故障指示器和电动开关配合，实现具有“四遥”功能的智能配电终端。
A.遥信功能
采集故障遥信变位和带电状态变位，并可向主站发送状态量。
B.遥测功能
采集并可同时向主站传送馈线的电气模拟量。其中模拟量包括：相电流IA、IB、IC、零序电流Io、频率f、温度。
C.遥控功能
与电动开关配合使用，装置具有接收主站指令对就地开关进行控制的功能。
D.遥调功能
装置具有远方和就地调整参数的功能。
2)检测相电流和零序电流，并且能够将数据上传至主站，实现全局的可观可测，符合智能配电网
的要求。
3)智能配电终端具有参数远方设置功能和就地设置功能。接收主站的参数设置及定值修改，主站
可随时召唤智能配电终端的当前设定值。
4)发生故障后，智能配电终端能够利用GPRS或光纤将故障信息发送给主站，以便及时处理故障。
5)事故记录功能：智能配电终端能记录事故发生时的最大故障电流和事故前一段时间的平均负荷，
以便分析故障。
6)自检和自恢复功能：智能配电终端具有自检测功能，并在设备发生自身故障时及时告警；智能
配电终端具有可靠的自恢复功能，一旦受干扰造成死机，可以恢复正常运行。
7)超低功耗设计，使用寿命长。
8)能够适应恶劣运行环境，在-40oC~70oC温度变化范围内正常工作，具有良好的防潮、防腐蚀措
施。
9)能够承受高电压、大电流、雷电等干扰，要有很强的抗干扰能力。
3.3.3 技术指标
1)额定工作电压：直流12V。
2)静态工作电流：10mA。
3)完成一次综合判据时间：20ms。
4)通信方式
A.射频无线通信（50m以内）。
B.GPRS移动通信。
C.光纤传输。
5)采样及处理
A.数字信号或光信号。
B.测量精度：0.2%。
6)环境条件
A.运行温度范围：－40℃～＋70℃。
B.运输及存储温度范围：－45℃～＋70℃。
C.湿度：15℅～95℅，不凝结。
D.干热试验：IEC60068-2-2。
E.干冷试验：IEC60068-2-1。
F.湿热循环试验：IEC60068-2-30,相对湿度>93℅，T=20~65℃。
G.存储温度试验：IEC60068-2-48。
7)机械试验
A.振动试验（正弦振动）：IEC60255-21-1：1 级。
B.冲击碰撞试验：IEC60255-21-2：1 级。
C.地震试验：IEC60255-21-3：2 级。
8)电磁兼容
A.抗静电放电：IEC 60255-22-2: 4级（±8kV 接触放电）。
B.抗工频磁场干扰：IEC 1000-4-8: 5级（100A/m）。
C.抗辐射电磁场干扰：IEC 60255-22-3: 3级（10V/m，f=80～1000M Hz）。
D.抗快速瞬变干扰：IEC 60255-22-4: 4级（2.5kHz&5kHz,±4kV）。
4 系统描述（主站）
4.1 系统特点
本系统适用于6-35kV配电网，能够实现故障区域及故障类型判定。系统具备谐波分析、故障录波、故障统计分析等功能。
1)本系统适用于中性点不接地、经固定消弧线圈接地、经自动调谐式消弧线圈接地、经小电阻接
地、经高阻接地等接地方式。适用于6kV、10kV、35kV的系统。
2)系统能够实时监测系统三相电压、零序电压及线路每个监测点的有功电流、零序电流。当系统
异常时能够立刻启动故障录波，同时准确判别故障类型：如系统谐振、接地故障、短路故障、线路断线。
3)系统应用突变量法进行选线，启动值可以根据线路运行情况多级整定。
4)系统实时采集系统故障信号，应用多种方法进行综合选线、定段，具体包括：智能群体比幅比
相法、谐波比幅比相法、小波法、首半波法、暂态能量函数法、稳态态能量函数法。装置通过粗糙集理论确定各种方法的有效域，根据故障信号特征自动对每一种方法得出的故障选线结果进行可信度量化评估，应用证据理论将多种方法融合到一起，最大限度地保证各种方法之间实现优势互补。
5)系统识别相间短路，单相直接接地、经电阻接地、经弧光接地、间歇性弧光接地等复杂的故障
类型，在现场工作人员的配合下可以解决不同线路两点同相接地故障问题。
6)系统采样达到单通道5kHz以上，能够保证选线的正确性和谐波分析功能。
7)系统具有故障录波功能，可以提供故障前后的波形，包括故障发生前的一个周期和故障发生后
五个周期的波形。可海量保存保存现场故障录波数据和选线结果。
8)对系统过电压、谐振过电压进行监测，包括谐振幅度，间歇性。对谐波进行监测，包括谐波频
率数值。
9)对电流量的不平衡度进行监测，实现电流越限报警。
10)装置能够对各条线路的短路故障、瞬时接地和永久接地次数进行统计，为分析线路的运行状况
提供依据。
4.2 功能介绍
1)接收智能配电终端的数据。
2)发生故障后，能够将故障信息通过手机短信方式发送给工作人员。
3)通过网络将故障信息发送给调度平台。
4)采用实用的Web应用软件，对数据进行深入挖掘，分析馈线的运行状况并给出提高运行可靠性、
经济性的决策支持。具体包括如下功能：
A.线路运行数据分析风险评估功能
一次设备内置传感器及采样模块，采集线
电流、线电压、零序电流、零序电压等物理量，
深入分析电压电流相位变化、幅值突变等信
息，综合判断系统的运行状态，如果发现数据
异常立即主动上传报警信息。
B.线路重构和自愈分析功能
当线路某一分支发生故障时，能通过与智能终端的通讯，对智能断路器进行遥控，切除故障区段。通过网络重构的方法将该分支正常区段的负荷转移到其他线路上，实现配电网的智能自动调度。
C.短路接地故障统计功能
目前电力系统检修正在从定期检修向状态检修发展，该模块可以对不同区段的短路故障和接地故障进行统计，为状态检修提供指导。例如发现某一个分支在一段时间多次发生短路及接地故障，说明该分支线路的运行状况不好，需要进行检修。
D.统计报表自动生成功能
系统根据用户需求，按照预定格式自动生成各种数据报表，方便对整体配网运行情况进行统计分析。
E.平面、立体图形显示功能
根据变电站现有地理图形和线路分布图建立供电系统地理信息图。当故障发生时，故障区域自动变色、闪烁，提醒、帮助运行人员进行故障判断。同时为检修提供有力的技术支撑。
F.树状结构显示
采用树状结构显示各智能配电终端状态，方便用户随时了解线路运行状态。操作简单方便。
可遥控智能终端，对断路器进行控制。
5. 应用方案
举例：某变电站10kV架空出线10条，每路出线2KM，架空线全长20KM，约400个杆塔（50米一个），最多400个点。电缆分支箱5台，每台1进3出，总计电缆终端20个。
5.1 方案一、KA2003-DW/ZX-I
5.1.1 配置原则
a)架空线路关键点（线路出口、重要分支）安装电流互感器及架空线智能配电终端。
b)架空线路关键点之间或关键点下游线路安装架空线故障指示器。
c)箱变或分支箱安装电缆智能配电终端。
d)电缆进出线电缆头安装电缆故障指示器。
e)变电站或调度安装主站1套。
5.1.2 配置表
5.1.3 系统功能
能够有效判断单相接地故障线路及故障区段，准确率100%；能够有效判断短路故障线路及故障区段，准确率100%。
5.2方案二、KA2003-DW/ZX-II
5.2.1 配置原则
a)架空线路关键点（线路出口、重要分支）安装智能故障指示器及智能配电终端。
b)架空线路关键点之间或关键点下游线路安装普通故障指示器。
c)箱变或分支箱安装电缆智能配电终端。
d)电缆进出线电缆头安装电缆故障指示器。
e)变电站或调度安装主站1套。
5.2.2 配置表
5.2.3 系统功能
能够有效判断单相接地故障线路及故障区段，准确率95%以上；能够有效判断短路故障线路及故障区段，准确率100%。
5.3 方案三、KA2003-DW/ZX-III
5.3.1 配置原则
a)架空线路关键点（线路出口、重要分支）安装电流互感器、智能断路器及智能配电终端。
b)架空线路关键点之间或关键点下游线路安装故障指示器。
c)箱变或分支箱安装电缆智能配电终端。
d)电缆进出线电缆头安装电缆故障指示器。
e)变电站或调度安装主站1套。