电力电缆接头故障在线监测与预警系统整体项目解决方案

运行与维护110丨电力系统装备 2019.4Operation And Maintenance2019年第4期2019 No.4电力系统装备Electric Power System Equipment1 电力电缆温度预测基础原理电力电缆接头故障的预警监测系统可以监测系统的故障问题，了解故障地点与成因，及时处理，在处理中其主要的原理具体如下。

1.1 电力电缆接头故障的形成电力电缆接头的故障形成是一个长期的过程，因为电缆接头位置的温度相对较高，电缆接头位置的电流就会逐渐的增加，这样就会降低电缆的绝缘性能。

在长期的运行中，就［摘 要］电缆接头温度会直接影响电缆的绝缘寿命，而通过智能化的预警监测系统，通过采集电缆接头温度，分析故障问题，及时预防控制，可以提升电力电缆应用期限。

基于此，文章主要对电力电缆接头故障预警监测系统进行了分析，了解了电力电缆温度预测基础原理，分析了系统的主要结构与功能特征，仅供参考。

［关键词］电力电缆接头；故障；预警监测系统［中图分类号］TM764 ［文献标志码］A ［文章编号］1001–523X （2019）04–0110–02Early Warning and Monitoring System for Analysis of Power Cable Joint FaultsJiang Yue-chen ，Ma Chao-jun ，Yan Fei ，Tao Jie［Abstract ］The temperature of cable joint will directly affect the insulation life of cable, and through intelligent early warning and monitoring system, the application life of power cable can be improved by collecting the temperature of cable joint, analyzing fault problems and timely prevention and control. Based on this, this paper mainly analyses the power cable joint fault early warning and monitoring system, understands the basic principle of power cable temperature prediction, and analyses the main structure and functional characteristics of the system, for reference only.［Keywords ］power cable connector; fault; early warning monitoring system 分析电力电缆接头故障的预警监测系统蒋越晨1，马超俊1，严 斐2，陶 杰3（1.国网上海市电力公司长兴供电公司，上海 200000；2.上海咸亨国际通用设备有限公司，上海 200000；3.探博士电缆诊断技术（杭州）有限公司，浙江杭州 310000）定性提升创造条件。

电缆过热故障在线监测及火灾早期预警系统简要介绍SCAN-2000电缆故障在线监测及早期预警系统，是针对发电厂和变电站的高压电缆、电缆端头,中间头因绝缘老化或接触不良等故障的早期预测而设计,能有效防止电缆火灾的发生,本系统的主要功能如下：∙通过对电缆及电缆接头的连续温度监测, 通过专有的分析软件能够提前确定电缆的早期故障，实现电缆故障的早期预测，防患于未然。

∙当电缆发生故障时，提供报警并准确确定故障点位置，指导检修工作。

∙具有CRT显示器，直观显示电缆接头,电缆桥架分布、电缆走向、实时连续的温度监测。

∙具有MIS网络接口，可与厂内的管理网络相连，实现信息的共享和进一步的数据处理功能。

系统简介：SCAN-2000是一种高可靠性的分布式电缆安全监测系统，通过监测电缆及电缆接头的温度预测电缆可能发生的故障，极大限度地防止了电缆事故的发生，系统特点如下：1、监视工作站通过CRT屏幕显示整个厂区电缆分布图显示测点部位和实时温度值，并能显示开关柜,桥架上电缆名称及分布情况。

当电缆发生过热故障时，屏幕上能显示发生故障的部位，由于系统能指示出故障发生的准确部位，因此能有效指导检修工作。

2、智能温度传感器该传感器能将温度值直接转换成数字信号，其量程：-55～+125℃，精度达到0.5℃、ESD>±10000VDC,分辩率高达±0.01℃。

由于采用数字技术使传感器测量精度高、情况稳定、长期运行无需调校，传感器具有在线自检功能，全密封绝缘防水防尘，保证了整个系统的高可靠性。

3、采用网络化现场总线，简便系统安装和维护SCAN-2000采用完全的数字化现场总线网络结构,节省大量布线费用,且系统维护简便，模块总线采用4芯双绞双屏蔽电缆，温度及烟感探头总线采用AMP五类双绞线。

4、高性能电气隔离，安全运行的可靠保证SCAN-2000系统的数据总线已被设计为相互隔离，系统集线器具有2级3.5KV的电气隔离，总隔离电压高达7KV。

电力电缆故障监测及预警系统的设计梁俊国摘要：高压电力电缆，其在电网系统中占有重要的地位。

高压电力电缆在运行中，存在一定的故障隐患，在高负荷用电的背景下，要采用故障监测的手段，监督高压电力电缆的运行状态，及时发现故障问题并处理，保障高压电力电缆的安全与稳定，降低故障发生机率和影响力度。

本文以高压电力电缆为研究对象，探讨故障检测措施的相关内容。

关键词：电力电缆；故障检测；预警系统；电缆故障引言我国电网系统正处于逐步改革的状态，在改革创新中，高压电力电缆的规模越来越大，考虑到高压电力电缆在电网系统中的作用，全面实行故障监测，致力于解决监测中的故障问题，促使高压电力电缆保持高效、稳定的运行状态，防止发生安全事故。

高压电力电缆的故障监测措施，有利于提高运行的水平，预防运行风险，体现了故障监测措施在高压电力电缆方面的实践价值。

1高压电力电缆故障原因分析高压电力电缆故障的原因，如：（1）高压电力电缆的生产制造，本身就是诱发故障的原因，电缆本体、连接点等未达到规范的指标标准，安装到电网系统内，有缺陷的高压电力电缆，就会第一时间表现出故障问题；（2）调试方面的故障原因，高压电力电缆安装后，通过调试的手段，促使电缆进入到正常的运行状态，实际在调试时，缺乏规范标准，或者未经过调试就投入运行，都会对高压电缆电缆造成故障影响；（3）外力破坏，鸟类迁徙、建筑改造以及人为破坏，都属于外力破坏的范围，在高压电力电缆体系中，引发故障缺陷，在短时间内就会造成断电、短路的问题。

2高压电力电缆故障监测2.1在线监测在线监测的应用，在高压电力电缆故障监测方面，起到监督、控制的作用，主要是监测局部放电故障。

在线监测时，从高压电力电缆结构内，选择安装电流传感器的位置，如：交叉互联箱、终端接地箱等，利用传感器耦合的方法，采集系统中的电流量，直接传输到在线监测中心，实时监督高压电力电缆的运行状态。

在线监测中心根据传送的状态信息，评估电缆的运行状态。

电力电缆故障检测及预警系统的设计摘要：电缆接头温度严重影响电缆的绝缘寿命，传统的电力电缆监控系统通过采集电缆接头温度，当监测到电缆接头温度大于阈值时再进行处理，此时可能已经发生电缆故障。

重点研究如何实现电缆故障预判，通过合适的算法提前判断电缆接头存在故障的可能性。

因此提出利用灰色ＧＭ（１，１）模型建立电缆接头温度预测模型，实时预测电缆接头在下个周期内的温度，将该模型的预测值与阈值进行比较，当预测值大于阈值时，电缆便存在发生故障的趋势，系统发出告警信号。

关键词：电力电缆；接头温度；灰色ＧＭ（１，１）模型；预判电缆故障引言电力电缆在城市输配电系统中起着连接枢纽的作用，随着电力系统的发展，电缆的数量也越来越多。

由于电力电缆工作运行时间较长，且其工作的环境较恶劣，同时由于其他破坏性因素，容易对电力电缆造成严重的破坏，严重时会导致用户停电，给社会生产、生活带来巨大的损失。

因此为了保证电力电缆的正常运行，维持电网的安全和稳定，研究准确可靠的电力电缆故障监测和预警系统意义十分重大。

目前研究的电力电缆在线监测系统取得了良好的工程效果，但类似系统均是在电缆发生故障后进行处理，此时故障已经发生。

本文设计的基于灰色GM（1，1）模型的电力电缆故障监测及预警系统，重点利用电缆接头温度预测模型对电缆运行状态进行监控，同时为了保证电缆运行环境的安全，设计了系统辅助监控功能，对电缆运行环境中的水位、可燃气体浓度、是否井道有非法闯入等行为进行监控，以达到对电缆进行全面监控的目的，提高了系统运行的安全性。

1 电力电缆温度预测原理根据工程实践发现，电力电缆接头出现故障是一个长期积累的过程，由于电缆接头处温度的持续升高，以及电缆接头处电流逐渐增加，会导致电缆的绝缘性能大幅下降，长时间运行后，电缆接头便会出现故障。

温度检测是电缆在线监测的一项重要手段，电缆的老化或者负荷的增加都会一定程度上通过芯线导体的温度反映出来，电力电缆导体以及附件损耗的增大或者接头处的局部电流的增大，都会导致电缆导体温度上升。

电缆综合在线监测处理方案1. 引言本文档旨在提供一份电缆综合在线监测处理方案，以确保电缆系统的稳定运行和故障预警。

通过监测电缆的各项指标，我们可以及时发现潜在问题并采取相应的处理措施，保障电缆系统的可靠性和安全性。

2. 监测指标为了全面了解电缆系统的运行状况，我们将监测以下指标：1. 温度：通过温度传感器实时监测电缆的温度变化，避免因过高温度引发的故障。

2. 电流：电缆的电流变化可以反映电缆的负载情况，及时发现过载或异常情况。

3. 局部放电：局部放电是电缆故障的常见前兆，我们将采用局部放电检测技术，对电缆进行在线监测。

4. 介质损耗：通过监测电缆的介质损耗情况，预防绝缘失效和泄漏电流的产生。

5. 同轴接地电阻：检测同轴接地电阻的变化，预警接地问题可能造成的电缆故障。

3. 监测系统我们将建立一套完善的电缆综合在线监测系统，包括以下组成部分：1. 传感器：采用高精度的温度传感器、电流传感器和局部放电传感器等，实现对电缆各项指标的监测。

2. 数据采集：通过数据采集设备，实时收集传感器采集到的数据，并进行处理和分析。

3. 数据传输：采用可靠的通信网络，将监测得到的数据传输到监测中心。

4. 监测中心：建立一个专门的监测中心，对传输过来的数据进行实时监测和分析，并作出预警和处理措施。

4. 处理方案当监测系统检测到电缆存在异常情况时，我们将采取以下处理方案：1. 温度异常：及时调整电缆的负载，降低电缆的温度；如有需要，进行紧急维修或更换电缆。

2. 电流过载：降低电缆的负载，减少电流的用量；检查电缆连接是否正常，如有问题及时修复。

3. 局部放电：对出现局部放电的电缆进行维修或更换，避免故障的发生。

4. 介质损耗：对介质损耗较高的电缆进行检测和维修，避免绝缘失效和泄漏电流的产生。

5. 同轴接地电阻异常：及时检查同轴接地电阻的连接情况，修复或更换有问题的部件。

5. 结论通过建立电缆综合在线监测处理方案，我们可以及时发现电缆故障的迹象，并采取相应的处理措施，确保电缆系统的稳定运行和安全性。

第30卷 第12期2023年12月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.302023 No.12电缆故障在线监测及定位系统方案及应用林 阳，王 耀，李续照，潘仁秋（南京南瑞继保电气有限公司，南京 211102）摘 要：提出了一套以具有电缆局放预警、环流预警、故障选线、故障测距“四合一”功能的故障在线监测定位装置为核心，适用于地下及配网电缆的故障在线监测及定位系统及其应用方案。

系统由监测信号传感器（含行波/局放/环流传感器）、信号采集及监测定位装置、监测主站和通讯网络4部分构成。

根据城市配电网、地下电缆、工矿企业电缆网络等不同应用场景的需求，提出了相应的系统配置原则和方案，并提供了现场应用的案例。

关键词：在线预警；局部放电；行波选线中图分类号：TM75 文献标志码：AScheme and Application of On-Line Monitoring andLocating System for Cable FaultLin Yang ，Wang Yao ，Li Xuzhao ，Pan Renqiu （NR Electric Co., Ltd., Nanjing,211102,China ）Abstract：This article proposes a set of on-line monitoring and locating system for cable fault for underground and distribution network cables and its application scheme, which can achieve the functions of partial discharge monitoring and early warning, sheath circulation monitoring and early warning, traveling wave fault line selection, and traveling wave fault location. The system consists of four parts: monitoring signal sensors (including traveling wave/partial discharge/sheath circulating current sensors), signal acquisition and locating devices, master station, and communication network. This article proposes configuration principles and application solutions for different application scenarios, such as urban distribution networks, underground cables, industrial and mining enterprises. This article proposes an application case of the on-line monitoring and positioning system. Key words：on-line monitoring ；partial discharge （PD ）；traveling wave fault line selection收稿日期：2023-07-31作者简介：林阳（1981-），男，辽宁营口人，本科，工程师，研究方向：能源管控系统、电缆隧道监控系统。

探讨110kV及以上电力电缆故障在线监测与定位系统方案110kV及以上电力电缆是电力系统中重要的输电装置，其运行状态直接影响着电网的安全稳定运行。

由于环境条件、设备老化、施工质量等因素的影响，电力电缆存在着一定的故障风险。

故障的发生不仅会导致停电，还会带来安全隐患和经济损失。

对110kV及以上电力电缆故障进行在线监测与定位，成为了电力系统运维的重要任务之一。

目前，电力电缆的故障在线监测与定位系统方案主要采用了传感器技术、数据采集技术、通信技术和数据处理技术等手段，以实现对电力电缆运行状态的实时监测和故障的快速定位。

本文将从这些方面进行探讨，提出110kV及以上电力电缆故障在线监测与定位系统方案。

一、传感器技术传感器是实现电力电缆在线监测的关键设备，通过传感器可以实时获取电力电缆的温度、电流、介电常数、局部放电等数据。

针对110kV及以上电力电缆的特点，传感器技术需要具备以下特点：1. 高精度：由于110kV及以上电力电缆故障的风险较高，传感器的测量精度需要达到较高的要求，以确保监测数据的准确性。

2. 高可靠性：传感器在高压、高温、恶劣环境下工作，需要具备较强的抗干扰能力和稳定性。

3. 长寿命：传感器需要具备较长的使用寿命，减少更换和维护成本。

基于以上要求，目前通常采用光纤传感、电容式传感等技术，以实现110kV及以上电力电缆的在线监测。

二、数据采集技术数据采集技术是将传感器采集到的数据传输至监测设备的关键环节。

110kV及以上电力电缆故障在线监测需要实现远程数据采集，以确保数据的实时性和完整性。

数据采集技术需要具备以下特点：1. 高速率：110kV及以上电力电缆的故障监测需要实时数据，数据采集技术需要具备较高的数据传输速率。

2. 远距离传输：110kV及以上的电力电缆分布广泛，数据采集技术需要能够实现对分布在不同地点的传感器数据的远程采集。

3. 数据完整性：数据采集技术需要能够确保传感器采集到的数据在传输过程中不丢失或损坏。

高压电缆接头故障预警装置系统方案设计发布时间：2022-05-07T04:58:33.179Z 来源：《中国电业与能源》2022年1月2期作者：李文征罗杨瑞王宇晨[导读] 文通过对项目的研究，解决目前应用较为广泛的光纤测温主要对高压电缆中间接头外表面温度进行监测，李文征罗杨瑞王宇晨(国网河南省电力公司南阳供电公司，河南南阳 453000)摘要：本文通过对项目的研究，解决目前应用较为广泛的光纤测温主要对高压电缆中间接头外表面温度进行监测，不能准确反应接头绝缘和导体温度变化。

传统高频局放检测方法，也存在着易受空间噪声信号干扰、检测灵敏度低等问题。

关键词：预警；内置测温；局放检测引言高压电缆运行事故绝大多数是由于局放和电缆接头导体运行温度过高造成的。

电缆温度与局部放电的信息监测是电网运行监控不可或缺的重要内容。

为提高电力电缆运行状态监测关键技术水平，展开对高压电缆中间接头内置式测温和局放检测技术的研究，为动态载流量控制提供决策数据，评估电缆剩余寿命、对电力电缆线路进行科学化管理，可最大限度地利用现有电缆，提高工程投资的经济性，同时减少过负荷危险，保障线路的安全可靠运行，减少电力系统事故导致的突然停电将对消费者带来直接的、间接的损失。

1现状对于电缆运行状态及寿命（温度与局放）预测研究，国外20世纪60年代就开始了关于XLPE电缆绝缘弱点检出和老化检测技术的研究。

而国内在该方面尤其是高压电缆XLPE绝缘品质的研究，开展较晚，起步于上世纪80年代，目前未能取得突破性技术的进展。

局部放电是电缆接头绝缘状态劣化的重要表征，同时也是导致绝缘进一步劣化的原因。

电缆接头发生局部放电时，除了会发生电荷的转移和电能的损耗，还会出现物理、化学相关效应，如产生光、热、超声波、电磁辐射以及化学反应等，这些伴随现象为局部放电的检测提供了依据。

目前电缆接头局部放电的检测方法主要分两大类型：一种是电测法，主要采用两类传感器，一是以罗氏线圈测量原理为基础，主要包括电磁耦合法、电感耦合法、方向耦合法等；二是以电容耦合原理为基础，主要包括脉冲电流法、差分法、电容耦合法。

电力电缆接头故障在线监测与预警系统整体解决方案单位：中国航天科工集团六院六О一所编写：胡剑日期：二〇一一年三月目录第1章引言.............................. 错误!未指定书签。

第2章系统相关技术 ...................... 错误!未指定书签。

2.1电缆接头测温分析 ................. 错误!未指定书签。

2．2GPRS技术的应用及分析 ............ 错误!未指定书签。

第3章现场监测装置的介绍................. 错误!未指定书签。

3.1自供电无线测温传感器 ............. 错误!未指定书签。

3.1.1产品概述....................... 错误!未指定书签。

3.2DCU数据采集器GPRS可选 ........... 错误!未指定书签。

第4章上位机管理系统 .................... 错误!未指定书签。

4.1监控中心数据采集系统 ............. 错误!未指定书签。

4.2SCADA系统概述.................... 错误!未指定书签。

4.3控制系统功能..................... 错误!未指定书签。

电力电缆接头故障在线监测与预警系统第1章引言在城市的供电系统中;电力电缆越来越多..当供电距离较长时通常在线路上要出现电缆接头;多年的运行显示90%以上的电缆运行故障是接头故障引发的..通过进一步的分析表明;接触电阻、过负荷等因素是引起接头温度过高;造成电缆接头绝缘老化或崩烧故障的主要原因..本文以东北电网有限公司重点科技计划项目城区电力电缆安全防火远程在线监测系统为工程背景;针对城区电力电缆接头数量大、分布范围广等特点;研制了一套新型电力电缆接头故障在线监测与预警系统..监测系统由现场装置、无线通信网络和上位机管理系统组成..现场装置对电缆接头温度进行数据采集和监测;上位机系统完成对电缆接头运行温度的远程监测、预警、报警及电缆接头运行状态的评估;同时;基于SCADA组件实现了GIS方式下的电缆接头管理功能;利用GSM/GPRS网络实现了上位机与现场装置之间的数据传输..针对现场监测装置供电难的问题;以超级电容器为基础;专门设计并研制了一种新的现场装置有效解决了现场监测装置供电的难点..该系统适合城区大范围电力电缆接头故障在线监测;具有广阔的应用前景..第2章系统相关技术2.1电缆接头测温分析2.1.1电缆接头热源分析接头发热主要是流经线路的电流在接头电阻处的损耗所释放出来的热能;该热能与流经线路的电流平方及接头电阻成正比..2.1.2电缆接头传热分析热主要沿3个方向传递;即向导线两方传递和经过接头绝缘皮向外传递..由于热阻的存在;其温度沿导线按一定的梯度分析;接头处温度最高;逐步衰减至一定距离到环境温度；沿接头绝缘皮传递的热;经绝缘皮热阻及一定范围的空气热阻过渡到环境温度..通过上述的分析和忽略一些次要因素;可以总结出如图1所示的电力及热力混合网络图..图1电缆接头处电力及热力混合网络图中所标T i代表裸接头处温度;T为电缆环境温度;T x为测点温度;R x为接头处接触电阻;I x是由电流互感器测定的电缆电流;R H1为接头到温度检测单元的等效热阻;R H2为温度检测单元到环境温度处的等效热阻..由于电缆带有高电压;从安全、安装难易度和成本考虑;要直接取得T i代价比较高;因此在以后的分析中采用了间接温度T x..元件及材料的选择是;测温元件热容量要小;测点与接头间应注入高绝缘导热好的材料;测点与环境间则使用绝热材料..经上述处理后;用T x代替T i的计算结果实际证明完全可以满足工程计算的要求..2.1.4算法及公式根据图1的混合网络及相关定理;可以推导出电流、温度及电阻的关系如下：R x =K()()TTITIxxxxT22--R01式中I x0;T x0;T0;R0为安装初始测定值;K为比例修正系数..由上式可见;当用电设备正常运行时其负荷电流不会变化很大;接头电阻与温差T x-T成正比;也就是说可以将电缆头的温度作为电缆头故障的预警信号..除了极限预警情况下要及时对电缆头采取措施外;在设备大修停电期间对非预警的电缆头进行质量评估;找出隐患加以解决;则显得更有意义..因为这时候的维修丝毫不会影响生产..这类评估主要从接头电阻是否已有质的变化;接头绝缘老化程度等入手..由于接头绝缘老化会使绝缘强度和密封性下降;带来漏电和加速接头氧化过程导致接头寿命缩短等潜在隐患;对其正确评估是很有实用价值的..下面就针对这2个问题;探讨评估的依据和方法..在式1中;由于初始值参数不易取得绝大多数温度探头都是在线路运行以后加上去的;即现有设备的技术改进;直接使用不方便..但在工程实践中发现;只要监测最近一段时间内接头电阻是否有了明显的变化就可以找出隐患..假设t1时刻以前一般可以取温度探头接入时刻接头性能良好;并作为标准与现在某个t2时刻的接头性能进行比较;便可以取得接头变化的比率该比率可由式1推导出来;见式2..式2是t2时刻的接头电阻R x 2与t1时刻的接头电阻R x 1的比值;其中I x 2;T x 2;T 2；I x 1;T x 1;T 1分别为t 2与t 1时刻的对应参数;可以把它们作为接头电阻评估的依据.. P=))(12222222112(T T I T T I R R x x x x x x --≈ 2 由式2可以看出;t 1时刻的参数是常数项;接头电阻的变化只与t 2时刻的温度差及电流平方的比值有关;当负荷电流运行较平稳时;t 2时刻的温差可以反映出接头质量的大致变化实际情况是;正常的接头电阻值很小;即便是有一定电流的变化;产生的热量也不大;且会迅速地被周围的材料吸收掉;不可能产生较大的温差;见式3..P )(22T T x -∝ 3式3突出了故障的主要特征;简化了运算..通过式3;可以方便地设置一极限温差;当温差越限时发出报警信号;以便对故障作出应急处理..而式2则作为大修时;非预警的电缆头是否维修的评判依据..引起绝缘材料老化的因素很多;机理复杂..在一般使用情况下;当受到温度等外界环境影响时;绝缘材料极易与氧等发生反应;导致降解同时产生氢气、甲烷、二氧化碳等有害气体或水;因而在绝缘层中形成细小的空洞或裂缝;使材料变脆、龟裂;降低了材料的绝缘强度和密封性..然而要总结出一种较精确的评估方法不太容易;不过实践证明绝缘材料长时间地处于较高的温度状态下;其老化速度会加快..由此出发;可以提出温度与时间积累的相关性为基础的评估方案：L t )(=∑=N i x M 1 M T )(40-T x ∆t 4式中M x为材料修正系数;M T为温度修正系数;T x为测点温度..当T x小于40时不产生累积..在实际系统中;对这种积累分5级评判;当进入某一评判系统时;给出对应的更新提示..2.2GPRS技术的应用及分析应用GSM网络进行数据传输从理论分析和实际应用都是切实可行的..就目前移动通信部门提供的服务而言;可分为两种方式：①短消息SMS;通过拨打终端号码而获取数据资料短消息；②GPRS技术;核心是通过IP转换技术进行数据传输..相比较下;采用GPRS技术更具优点和前瞻性;符合未来的通信发展方向..下面就以GPRS技术为例作说明：2.2.1GPRS原理及技术特点GPRS是通用分组无线业务generalpacketradioservice的英文简称;是在现有GSM系统基础上发展出来的一种新的网络业务..GPRS采用分组交换技术;每个用户可同时占用多个无线信道;同一个无线信道又可以由多个用户共享;实现资源有效的利用;从而实现高速率数据传输..GPRS支持基于标准数据通信协议的应用;可以实现与IP网、X.25网互联互通..GPRS具有全双工运作;间隙收发;永远在线;只有在收发数据才占用系统资源;计费方式以数据传输量为准等特点;由于GPRS的核心层采用IP技术;底层可使用多种传输技术;这使得它较易实现端到端的、广域的无线IP连接;以实现某种特定功能..图1GPRS网络构成示意图具备GPRS功能的移动电话或终端通过无线方式与GSM基站进行通信;随即登陆上GSM网络;但与电路交换式数据呼叫不同;GPRS分组是从基站发送到GPRS 服务支持节点SGSN;而不是通过移动交换中心MSC连接到语音网络上..SGSN与GPRS网关支持节点GGSN进行通信；GGSN对分组数据进行相应的处理;再发送到目的网络;如因特网或X.25网络..来自因特网标识有移动电话或终端地址的IP包;由GGSN接收;再转发到SGSN;继而传送到指定的移动电话或终端上..2.2.2GPRS的技术特点1资源利用率高：GPRS引入了分组交换的传输模式;用户只有在发送或接收数据期间才占用资源;这意味着多个用户可高效率地共享同一无线信道;从而提高了资源的利用率..GPRS用户的计费以通信的数据量为主要依据;体现了得到多少、支付多少的原则..实际上;GPRS用户的连接时间可能长达数小时;却只需支付相对低廉的连接费用..2传输速率高：GPRS可提供高达115kbit/s的传输速率最高值为171.2kbit/s..这使得GPRS终端用户能和ISDN用户一样快速地上网浏览;同时也使一些对传输速率敏感的移动多媒体应用成为可能..3接入时间短：分组交换接入时间缩短为少于1秒;能提供快速即时的连接;可大幅度提高远程监控等工作的效率..4支持IP协议和X.25协议：GPRS支持因特网上应用最广泛的IP协议和X.25协议..而且由于GSM网络覆盖面广;使得GPRS能提供Internet和其它分组网络的全球性无线接入..2.2.3利用GPRS来实现数据传输基于GPRS技术的SCADA系统是以GSM为网络平台;充分利用了GPRS的技术特点和优势;实现高速、永远在线、透明数据传输的数据通信网络系统..图2系统构成示意图2.2.4基本工作原理：在GPRS模块上实现TCP/IP协议;在应用程序端安装数据中心软件;数据中心拥有固定的IP地址或域名;GPRS模块登陆上GSM网络后;自动连接到数据中心;向数据中心报告其IP地址;并保持和维护链路的连接;GPRS模块监测链路的连接情况;一旦发生异常;GPRS模块自动重新建立链路;数据中心和GPRS模块之间就可以通过IP地址用TCP/IP协议进行双向通信;实现透明的、可靠的数据传输..2.2.5数据通信过程如下：1现场监控点通过数据采集模块将数据存储到内存;当接收到命令数据时;通过接口电路;将带时间标签的数据发送到已登陆网络并具有IP地址的GPRS模块;后通过数据编码并有指向地发送到GSM网络..2数据经GSM网络空中接口功能模块同时对数据进行解码处理;转换成在公网数据传送的格式;最终传送到公网中用户服务器IP地址..3服务器接受到数据后;通过公司内部网将数据传送到SCADA系统;后通过系统软件对数据进行还原显示;同时将数据存储到数据库中..2.2.6系统应用GPRS技术的优势1永远在线：GPRS模块一开机就能自动附着到GPRS网络上;并与您的数据中心建立通信链路;随时收发用户数据设备的数据;具有很高的实时性..2按流量计费：GPRS模块一直在线;按照接收和发送数据包的数量来收取费用;没有数据流量的传递时不收费用..3高速传输、误码率低：GPRS网络的传输速度最快将达到160Kbps;速率的高低取决于移动运营商的网络设置;根据中国移动的网络情况;目前可提供20~40Kbps的稳定数据传输..4组网简单、迅速、灵活：系统可以通过Internet网络随时随地的构建覆盖全中国的虚拟移动数据通信专用网络;提供接入便利;节省接入投资..5通信链路由专业运营商维护：由于采用中国移动的GPRS数据业务;因此链路维护也由中国移动负责;免除通信链路维护的后顾之忧..2.2.7系统应用GPRS技术的不足1对移动通信部门有依赖性因为系统建设运行需借助GSM网络;这就造成我们SCADA系统的数据通信受到移动通信部门的制约;须说目前GSM网络发展的比较成熟;但有时亦存在网络繁忙堵塞或意想不到的事情发生;这会对系统数据造成中断;影响系统的数据分析处理..而采用超短波通讯组建自身网络系统;当系统发生故障时;可利用自身技术力量对网络进行修复而不需借助第三方;在工作中处于主动..2运行成本相对较高鉴于目前资费标准;该系统的运营成本在端站数量较少时略微偏高..2.2.8系统运营成本分析构成系统运行成本主要有两方面参考本地资费：①系统服务器端的静态IP 地址租用费..该项目目前资费较高;约占总运行成本的95%；②系统数据流量费用..收费标准目前有包月制和按数据量两种收费方式;按流量计算0.03元/kBytes;而包月制20元/月有1024kBytes流量;该费用取决于流量的多少..相信随着技术的升级;业务应用的普及;其资费标准会逐步降低..第3章现场监测装置的介绍3.1自供电无线测温传感器3.1.1产品概述无线测温指示器或者无线测温盒;下同基于数字化故障指示器和导线自取电技术;分别安装到高压输电线路或者开关柜母排上;在线测量该点温度、负荷电流可选、线路电压可选、短路故障检测可选、断线监测可选;并以无线方式将数据上传到温度显示终端或者主站;实现温度等测量值的显示和越限报警;及时消除事故隐患..由于解决了从导线10A起自取电问题;无线测温指示器或者测温盒可以实现高密次、长期的双向无线通讯;用户再也不用担心电池损耗殆尽还要再次停电更换锂电池了;完全实现免维护..3.1.2产品型号1、1型高压输电线路无线测温指示器自取电主要功能有：无线测温、监测负荷电流和线路电压、短路/断线故障检测与指示翻牌、闪灯;从输电线路自取电..2、2型高压开关柜母排无线测温盒外加取电盒才能实现自取电功能主要功能有：无线测温、温升报警、通过取电盒按照母排尺寸特殊订做卡线结构从母排自取电..3.1.3技术参数3.1.4功能特点1.ZD-1利用数字化故障指示器的卡线结构;可安装到高压输电线路上..运行时;指示器灌胶面上的导热板和温度探头紧贴在输电线路的下面;使得测温更准确、及时..利用绝缘操作杆和安装托杯;可带电装卸..2.ZD-2采用测温盒与取电盒分离设计思路;之间通过很短的高温线缆进行连接;用户根据需要选择是否需要取电盒来做自取电..由于测温盒和取电盒体积很小;无高压绝缘和尖端放电问题..由于没有设计自动卡线结构;需停电装卸..3.无线测温指示器或无线测温盒实时采集温度;越限时立即通过无线跳频方式主动上报..当温度变化不大时;测温指示器每隔一段时间主动上报一次当前温度值..4.测温指示器整机含RF无线模块功耗极低;设计寿命为15年无线通讯除外;内置锂亚电池寿命保证为10年..5.无线测温盒可在线设置测温指示器的温度和温升越限门槛值;温度越限时立即上报；无线测温指示器还可设置速断、过流等参数;电流越限时立即上报并翻牌、闪灯指示..6.无线测温指示器或无线测温盒采用特殊等电位电路设计;在强电磁环境下能可靠工作..7.从导线10A负荷电流起取电;负荷电流每增加5A;则减少电池功耗10uA..当负荷电流大于20A时;无线测温指示器即获取足够无线通讯电能;满足无线通讯需要;因此测温指示器已按免维护设计..8.RF模块采用无线调频通讯;开放频点;分频控制;多点通讯数据不冲突；采用全球唯一4字节地址编号;组网灵活、方便 ..9.由于能从导线取到电能;无线测温指示器或无线测温盒可通过调节发射功率;直接与ZD-DCU系列数据采集器或监控后台进行无线通讯;省略无线中继或温度显示终端等中间环节..温度等测量数据通过ZD-DCU系列数据采集器或监控后台转发给主站系统;主站命令、参数等也可以通过ZD-DCU系列数据采集器或监控后台转发给无线测温指示器或无线测温盒..3.2DCU数据采集器GPRS可选产品简介：ZD-DCU1、2型数据采集器主要用于输配电线路故障定位、负荷监测和智能电网在线监测、监控系统;也可用于变电站高压开关柜无线测温等应用场合;通过短距离无线调频、跳频通讯方式实时采集附近安装的1～32只数字化故障指示器的信息系统电压、负荷电流、接地暂态电流及其增量、温湿度、短路故障动作状态、接地故障动作状态;然后将打包数据通过GPRS通讯方式发送到配网主站SCADA或者GIS系统进行分析和处理..其中DCU2型带4路电动开关的遥控合分闸和6路遥信开关位置采集功能..工作原理：采用大功率太阳能电池板和低压取电技术;确保阴雨天气也可保证正常工作..采用大容量可充电锂电池做后备电源;可连续工作7天以上;并确保5年以上全户外使用寿命..实时监测太阳能电池板的充电电压和电池电压;当电池电压偏低时可及时报警;并将GPRS数据通讯从“一直在线”转入“定时上线”工作状态..当线路正常运行时;DCU向下采用POLLING规约轮询每只数字化故障指示器FCI;FCI 按预设的通讯策略进行应答;将实时采集到的数据发送到DCU..通讯策略的含义是：FCI采用低功耗电路和程序设计;设计寿命为10年以上;但无线通讯能量较大;不能完全依靠内部锂电池供电;大部分能量要从高压导线感应取电..当负荷电流大于20A时可以完全取到通讯能量;在通讯时可以做到“有问必答”或者定时主动发送；当负荷电流小于20A时;只能取到有限的电能;在通讯时会出现“两问一答”、“十问一答”或者不定时主动发送的情况;其它时间FCI内部无线通讯模块都在休眠以减少电池损耗..值得一提的是;由于无线通讯划分为64个独立信道;对于主动发送不存在互相干扰而导致通讯不上的情况..对于10kV中性点各种接地系统;当线路出现短路故障时;FCI可以检测到短路故障电流;如果符合特定的短路故障判据;则本地翻牌显示;并按照预设的时间参数自动复归;也可以通过主站遥控复归..同时;在DCU轮询到自己时将“及时应答”或者立即主动发送动作信息;将动作信号等数据发送到DCU1..对于10kV小电流接地系统;当线路出现接地故障时;FCI可以检测到接地故障暂态电流;如果符合特定的接地故障判据;则本地翻牌显示;并按照预设的时间参数自动复归;也可以通过主站遥控复归..同时;在DCU轮询到FCI时将“及时应答”或者立即主动发送动作信息;将动作信号等数据发送到DCU..DCU在收到FCI的动作信息以后;将动作分支的FCI地址信息通过GPRS通讯方式发给配网主站SCADA或GIS系统;并进行报警显示和自动短信通知..功能特点：体积小;重量轻带电装卸太阳能取电;后备大容量锂电池在线设置参数；遥控翻牌/复归、指示灯点亮/熄灭、两路开关合/分闸和开关位置信息采集防死机和少维护设计对主站采用GPRS通讯方式和标准101通讯协议对指示器采用短距离无线调频、调频通讯方式和101协议POLLING规约技术参数：1、电源：18V/20~100W太阳能电池板组件2、电池：10~50Ah/3.6V可充电锂电池3、整机平均功耗：＜50mA4、短距离调频发送功率：＜20mA持续向指示器发送巡检命令时5、GPRS发送功耗：＜150mA持续向主站发送实时数据时6、遥测：电流精度为±1.5%电流大于10A时或者±1A电流小于10A时；电压线性度优于±95%8、遥控：4路继电器空接点输出;AC2KV光电隔离;带DC24V可控遥控电源和开关操作电源9、遥信：6路开关位置辅助接点输入;AC2KV光电隔离;带DC24V可控遥信电源10、遥调：可在线设置1~30只数字化故障和数据采集器本身的参数11、通讯频率短距离无线：433MHz64个独立调频信道;自动跳频;20k双向;100~1000米可调12、建议带数字化故障指示器个数：30个13、重量：＜5kg14、尺寸：＜150mm×250mm×200mm高×宽×厚15、设计寿命：10年以上可充电锂电池为5年寿命16、环境温度：-35℃～85℃17、环境湿度：5～95%18、防护等级：IP6519、EMC等级：±8kV静电放电第4章上位机管理系统4.1监控中心数据采集系统SCADASupervisoryControlAndDataAcquisition系统;即数据采集与监视控制系统..SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统；它应用领域很广;可以应用于电力、冶金、石油、化工等领域的数据采集与监视控制以及过程控制等诸多领域..在电力系统中;SCADA系统应用最为广泛;技术发展也最为成熟..它在远动系统中占重要地位;可以对现场的运行设备进行监视和控制;以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能;即我们所知的＂四遥＂功能.RTU远程终端单元;FTU 馈线终端单元是它的重要组成部分．在现今的电力综合自动化建设中起了相当重要的作用．4.2SCADA系统概述一、SCADA系统概述SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统..它可以对现场的运行设备进行监视和控制;以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能..由于各个应用领域对SCADA的要求不同;所以不同应用领域的SCADA系统发展也不完全相同..在电力系统中;SCADA系统应用最为广泛;技术发展也最为成熟..它作为能量管理系统EMS系统的一个最主要的子系统;有着信息完整、提高效率、正确掌握系统运行状态、加快决策、能帮助快速诊断出系统故障状态等优势;现已经成为电力调度不可缺少的工具..它对提高电网运行的可靠性、安全性与经济效益;减轻调度员的负担;实现电力调度自动化与现代化;提高调度的效率和水平中方面有着不可替代的作用..二、SCADA系统发展瞻望SCADA系统在不断完善;不断发展;其技术进步一刻也没有停止过..当今;随着电力系统对SCADA系统需求的提高以及计算机技术的发展;为SCADA系统提出新的要求;概括地说;有以下几点：1、SCADA/EMS系统与其它系统的广泛集成SCADA系统是电力系统自动化的实时数据源;为系统提供大量的实时数据..同时在模拟培训系统;MIS系统等系统中都需要用到电网实时数据;而没有这个电网实时数据信息;所有其它系统都成为“无源之水”..所以在这今十年来;SCADA系统如何与其它非实时系统的连接成为SCADA研究的重要课题；现在在SCADA系统已经成功地实现与DTS调度员模拟培训系统、企业MIS系统的连接..SCADA系统与电能量计量系统;地理信息系统、水调度自动化系统、调度生产自动化系统以及办公自动化系统的集成成为SCADA系统的一个发展方向..2、综合自动化以RTU、微机保护装置为核心;将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统;取代传统的控制保护屏;能够降低设备投资;提高二次系统的可靠性..综合自动化已经成为有关方面的研究课题;我国东方电子等公司已经推出相应的产品..3、专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用产品介绍：软件图1：主站SCADA/FA/WEB系统配网单线图图2：从主站监测到的某监测点的A相接地故障动作曲图图3：主站监测到的某监测点数据采集器的锂电池和太阳能电池板电压曲线图图4-1：从主站监测到的某监测点的三相负荷电流曲线图先是接地;后来演变为两相接地短路备注：C相首先检测到接地故障;三相负荷都出现了异常现象..图4-2：从主站监测到的某监测点的接地尖峰突变电流曲线图先是接地;后来演变为两相接地短路备注：C 相首先检测到接地故障;接地尖峰突变电流被捕捉到并被“锁住”60分钟；在C相报故障前40分钟左右;B 相已出现过一次接地尖峰电流突变;但电场没有持续下降..图4-3：从主站监测到的某监测点的线路对地电场曲线图先是接地;后来演变为两相接地短路三．重要功能。