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基于4G移动网络的便携式瞬时接地故障查找系统

发表时间：2021/6/16 来源：《探索科学》2021年5月作者：韦晓林1黄欣1欧天和1 黄建锋2

[导读] 根据传统模式下因瞬时接地故障发生时间太短，查找此类故障难度大、安全隐患高、手段复杂、效率极低，结合当前4G移动网络通信技术，提出了一种基于4G移动网络的便携式瞬时接地故障查找系统，并对该系统的特点、系统架构、系统功能等方面进行介绍。

1.广西电网有限责任公司柳州供电局韦晓林1黄欣1欧天和1 545000
2.广州市仟顺电子设备有限公司黄建锋2 511400

摘要：根据传统模式下因瞬时接地故障发生时间太短，查找此类故障难度大、安全隐患高、手段复杂、效率极低，结合当前4G移动网络通信技术，提出了一种基于4G移动网络的便携式瞬时接地故障查找系统，并对该系统的特点、系统架构、系统功能等方面进行介绍。通过该系统可实现提升瞬间绝缘故障查找时效性，保证直流系统无接地故障运行，确保电力系统安全可靠运行。
关键词：4G移动网络、便携式、瞬时接地、故障查找
        0 引言
        瞬间绝缘故障是一种很特殊的接地故障，存在时间短，接地消失后，系统绝缘完全恢复正常。现直流系统绝缘监测装置无法查找瞬时的接地故障支路。当直流母线对地电压偏低时，逐个扫描CT，一般需要数分钟，而此时接地故障可能已恢复，以至于选不出对应馈线。若接地时间达到秒级，目前绝缘装置有可能发出告警信号，但不能准确进行支路选线。而对于毫秒级的瞬间绝缘故障，目前绝缘监测装置无法发出告警信号。本项目研制一种瞬间绝缘故障检测与定位装置，开发后台数据分析软件；利用该装置能对瞬间绝缘故障告警及选线和有效查找导致瞬间绝缘故障点，通过手机短信功能将故障信息第一时间传输到手机用户，从而能够快速的开展故障排查处理工作，进一步提升直流系统的稳定性、可靠性。
        1研究背景
        目前过年运行的直流系统绝缘监测装置主要参照DL/T1392-2014进行设计，只能对稳定的直流接地故障进行监测告警选线；成熟的接地查找仪也是针对稳定直流接地故障进行查找的。近年过年有相关机构研究瞬间绝缘故障查找，限于借助支路故障电流滤波分析查找；由于数据量极大，人工分析故障容易发生疏漏。
        鉴于当前直流系统瞬间绝缘故障无专用查找设备的情况下，近几年南方电网各兄弟省份的地市局单位对站内直流电源发生的馈线瞬间绝缘故障，因不能选出故障支路一般会误认为装置误告警，或者因接地时间太短束手无策没办法处理。
        直流系统瞬间绝缘故障因时间太短，传统绝缘监测及接地查找仪根据正负对地电压计算接地电阻再巡回计算故障支路进行选线，因接地时间太短不告警或无法选出故障支路。与此同时，检修人员查找瞬间绝缘故障无可靠设备，也只能采用传统的蹲守等待方式进行查找，接地存在时间长、安全隐患高，查找接地故障效率极低。
        2.4G移动网络的发展现状
        随着时代的进步，4G移动通讯系统应运而生，与前几代的通讯技术相比，其优越性是显而易见、且不可比拟。首先，4G通信技术在研发过程中引进和采用了许多功能强大的技术，运用以路由技术为主的网络架构，引进了交换层级技术，包含了不同类型的通信接口，大大提升4G网络速度。然后，4G通信高速快捷，用户可以随时随地使用终端设备进行传输资料文件，不受固定网线或无线的限制，使得用户使用上更为便捷灵活。最后，相较于3G网络，4G通信网络频谱更宽，单个4G信道所需要的频率约为100MHz，其等同于3G网络的20倍，因此，对应的网络传输速度加快，具备更强的覆盖能力，通过4G网络实现高效传输已不再是难题。
        3.便携式直流系统瞬时接地故障查找系统技术方案
        3.1系统特点
        本次研究的便携式直流系统瞬时接地故障查找系统有效对直流系统瞬间绝缘故障进行远程告警，故障支路选线定位；结合二分法使用，逐渐缩小接地故障范围，锁定接地故障位置，还可通过手机短信功能将故障信息第一时间传输到手机用户。通过实际应用反馈，可提升瞬间绝缘故障查找时效性，缩短故障存在时间，从而保证直流系统无接地故障运行，确保电力系统安全可靠运行；应用项目成果排查瞬间绝缘故障，不需要蹲点等待，只需一次或者几次移动设备监测即可，大大降低瞬间绝缘故障查找的人力成本。
        3.2系统架构
        便携式直流系统瞬时接地故障查找系统包括站端故障监测装置、云端服务器和手机用户端APP查看软件。站端故障监测装置、云端服务器和手机用户通过4G网络构建通信链路，实现数据传输。系统架构如图3-1所示。

图3-1 系统架构图
        （1）瞬时接地故障查找仪。主要用于对瞬间绝缘故障告警及选线和有效查找导致瞬间绝缘故障点，通过该算法实现瞬时接地故障告警、定位功能。
        （2）云端服务器。服务器采用B/S架构，实现直流系统状态监测、数据管理、性能分析，实时了解直流系统设备与监控装置运行情况和告警状态。
        （3）手机用户端APP。手机APP采用B-S架构，服务器与APP通过4G网络进行通讯，实现数据交互查询。
        3.3系统功能
        （1）瞬间绝缘故障支路定位与波形信息记录。配备8个便携式钳形电流互感器，对8个钳形电流互感器下支路产生的瞬间绝缘故障进行定位，记录漏电流变化的感应强度脉冲、母线对地电压、接地类型、发生时间等，可在装置实时显示及记录查看。
        （2）基于4G技术数据传输功能。装置内部设计4G通信模块电路，通过实现在各种网络系统之间无缝连接和协作，以最优化的工作方式满足用户的通信需求，当装置接入网络系统时，网络会自适应地分配频带，给出最优化路由，以达到最佳通信效果，实现将瞬间绝缘故障监测数据以4G移动网络的形式传输至服务器的功能。
        （3）移动式信息查看及操作功能。可通过移动网络在手机上接收查看服务器分析到有故障时发生告警以短信方式发送到固定手机用户的信息。在手机APP登陆服务器后，即可看到设备站端数据、故障记录信息及波形等数据。且可在手机上进行导出数据、添加设备信息、修改设备与站点信息等操作。
        （4）具有以BS架构为的分布式数据采集云端服务功能。云端平台主要分采集层、数据层和应用层共三层构架。采集层采用JAVA语言设计编写，实现解析站端在线监测装置数据，然后把数据存入数据库的功能；数据层采用mysql与Hbase语言设计编写，实现数据存储与读取功能；应用层是采用HPH语言设计的用于扩展应用，支持包括类库扩展、驱动扩展、应用扩展、模型扩展、控制器扩展、标签库扩展、模板引擎扩展、Widget扩展、行为扩展和模式扩展在内的强大灵活的扩展机制，满足实现界面功能上的多种需求。
        4结语
        基于4G移动网络的便携式直流系统瞬时接地故障查找系统可为直流维护检修提供支持，可实现远程信息传递，提高检修人员的工作效率，有效降低了运维成本。该系统的应用可谓现场瞬时接地故障查找提供更多支持，创造出良好的效益。总体上，通过通信技术的不断地发展，直流绝缘查找手段也会随之增加，确保直流系统的正常运行。
参考文献
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