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特高压输电线路分布式故障诊断系统研制及其关键技术

发表时间：2019-07-16T14:05:36.250Z来源：《电力设备》2019年第6期作者：李祺

[导读摘要：特高压输电线路作为远距离跨区输电的重要通道，对保障国计民生和能源安全具有重要作用。

（国网山西省电力公司输电检修分公司一分部山西省太原市030001）

摘要：特高压输电线路作为远距离跨区输电的重要通道，对保障国计民生和能源安全具有重要作用。本文结合实际系统的研制与应

用，提出了一种基于分布式安装的线路监测终端、监测运维中心站和移动终端应用服务于一体的新型故障诊断服务系统。并提出了基于监

测运维中心站的关键技术分析。

关键词：特高压输电线路；分布式故障诊断；关键技术

引言

本文结合实际系统的研制与应用，提出了一种基于分布式安装的故障诊断监测终端、监测运维中心站和移动终端应用服务于一体的新

型诊断服务系统。文中首先阐述了系统整体架构、线路监测终端和监测运维中心站的具体实现方案，并结合本系统中三个主要组成模块的

具体技术实现特点，进一步详细阐述了本文的自主关键技术、特色测试验证项目和实际工程应用。

1故障诊断系统整体研制方案

1.1系统整体实现方案

本系统整体实现由分布式故障诊断监测终端、监测运维中心站和移动终端应用组成。用户可在中心站或通过移动终端App登录相应页面

查看故障诊断和实时监测数据，故障诊断监测终端和中心站之间通过无线接入点专网连接。各个诊断监测终端直接安装在输电线路导线

上，采用分布式布置，线路大约每隔20~30km安装一套[1。终端实时监测导线电流行波信号、工频电量及导线温度等参数，在输电线路故

障或遭受雷击时自动记录高频和低频电流采样波形并经确认后通过无线通信链路将数据发送到监测运维中心站进行系统分析与处理。

1.2线路监测终端实现方案

在高压输电线路上A/B/C三相同一位置点处的导线上分别安装三个线路监测终端，全线路分布式、间隔性地安装多套设备，其实现对输

电线路故障时行波电流的实时采集、准确识别、启动录波以及数据的存储和转发上送功能。同时，同一位置点处的三相线路监测终端，可

以通过相互之间的无线通信通道共享数据与启动信息，在线路各种故障情况下可实时启动三相同步录波并上送，为监测运维中心站故障数

据分析提供完整信息[2。

1.3监测运维中心实现方案

监测运维中心主要负责采集输电线路诊断终端的各种运行信息并加以存储、分析和展示，是直接面向线路运维人员的主要操作界面，

主要完成数据处理与故障诊断、无线通信服务、诊断装置远程监测与维护等功能。系统功能采用面向服务的体系架构进行定制开发，在通

用服务功能的基础上，设计并实现了前置处理、故障诊断、应用服务以及图形展示四大核心模块，其系统框图如图1所示。

图1监测运维中心功能体系架构

2线路监测终端设备关键技术

2.1供能及其管理技术

常规输电线路监测终端的取能方式主要有太阳能供电、电流互感器取能、地线取能等，但普遍存在着易受环境影响、感应取能电流工

作范围窄、抗高压尖脉冲能力不强、供电系统整体可靠性偏低等不足。为提升电源供能系统的环境适应性和可靠性，本文所述终端设备的

供能系统采用取能转换模块与双温后备电池模块相协作的新方法，供能系统组成如图2所示。

图2诊断终端设备供能系统框图

主要采用了以下三种关键技术：1)宽幅互感器取能技术：取能互感器输出侧采用宽范围的反激变换器，拓宽了取能电流工作范围，增

强了抗电流冲击能力，提高了取能效率。2)双温后备电池互补技术：后备电池系统采用高温电池和低温电池相组合，供电管理系统根据外

部环境温度变化自主选择电池进行储能或者供电，大幅提高了电池使用寿命和后备供电的可靠性。3)电源管理技术：诊断终端设备中通过

对双温后备电池管理、电源状态监测等功能，实现了对整个供能系统的取能监测与管理[3。

2.2高速采样同步技术

分布式故障定位的关键在于行波信号的有效提取以及行波波头起始时刻的准确判断。由于输电线路上电流变化范围较大，需选用相应

的具有较高频率电流传感能力和快速暂态响应的传感器，以避免行波信号的失真。罗氏线圈的微分特性对输电线路故障电流的突变有很好

的响应能力，因此本文采用了两套完全独立的罗氏线圈及相应的电流数据采集电路来实现，其原理框图如图5所示。SoC处理单元中的

FPGA协处理器同时控制两路高速ADC芯片以10MHz的速率进行故障电流数据的采集。同时充分利用FPGA的高性能