一． 概述
風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到我國(guó)政府的重視。風(fēng)電場(chǎng)因其占地范圍廣，單臺(tái)機(jī)組容量較小，所以一般采用集電線路施工，將幾臺(tái)風(fēng)機(jī)電能匯聚后送至升壓站。光伏發(fā)電照射的能量分布密度小，需要占用巨大面積，海上光伏發(fā)電項(xiàng)目發(fā)展很快，電力輸送安全通道也是亟需解決的問題。新能源集電線路接線一般為架空線、電纜或者電纜+架空線混合方式，通常為混合方式，電壓等級(jí)為35kV。惡劣的自然環(huán)境為集電線路的安全運(yùn)行帶來巨大的威脅，由集電線路故障引發(fā)的設(shè)備故障約占風(fēng)電場(chǎng)的90%以上。
箱式變壓器和場(chǎng)站高壓電纜是新能源電力傳輸系統(tǒng)的橋梁部分，箱變和高壓電纜的穩(wěn)定運(yùn)行，關(guān)系到場(chǎng)區(qū)電氣設(shè)備的安全與穩(wěn)定。高壓電纜由于設(shè)計(jì)、施工工藝、設(shè)備質(zhì)量、所處地理環(huán)境等多方面原因，易導(dǎo)致電纜故障，或直接作用于升壓站發(fā)電線路開關(guān)跳閘，造成整條發(fā)電線路停運(yùn)，對(duì)電網(wǎng)安全與穩(wěn)定造成影響。
集電線路故障在線監(jiān)測(cè)裝置融合了非有效接地系統(tǒng)暫態(tài)電流故障選線、線路故障分段技術(shù)及基于雙端行波原理的故障精確定位原理技術(shù)，通過對(duì)線路故障產(chǎn)生時(shí)故障線路各處暫態(tài)電流分布特征的差異實(shí)現(xiàn)故障分段；利用故障產(chǎn)生的電壓、電流行波在線路中的傳輸分布特性及非接觸式有效提取信號(hào)，并配以精確到納秒級(jí)的衛(wèi)星同步時(shí)鐘，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)區(qū)段的故障點(diǎn)精確定位，解決多年以來迫切需要解決的故障分段及精確定位難題。
二． 線路特點(diǎn)
q 低壓側(cè)的出口電壓大部分為0.69kV，采用箱式變壓器單元接線方式升壓35kV傳輸；
q 集電線路一般分為電纜線路和電纜-架空混合線路兩種方式，故障行波在連接點(diǎn)的反射和透射原因，波形衰減且分析比較復(fù)雜；
q 電纜敷設(shè)主要采用直埋方式；
q 電纜導(dǎo)體一般為鋁芯，且隨著箱變數(shù)量增多，使用的電纜線芯面積增大；
q 集電線路具有多分支、混合線路的特點(diǎn)；
q 箱式變壓器在集電線路上并行，造成線路分布參數(shù)變化，影響波頭識(shí)別；
q 故障特征受網(wǎng)架拓?fù)洹⒐收项愋?、適配傳感等因素干擾，識(shí)別困難。
三． 測(cè)試原理
1．雙端測(cè)距工作原理
在被監(jiān)視線路發(fā)生故障時(shí)，故障產(chǎn)生的電壓、電流行波會(huì)從故障點(diǎn)向兩端傳播。設(shè)故障初始行波波頭到達(dá)兩側(cè)母線的時(shí)間分別為TS和TR，如圖1所示，裝于線路兩端的測(cè)距裝置記錄下故障行波波頭到達(dá)兩側(cè)裝置的時(shí)間，則故障距離可由下式來算出：
雙端測(cè)距法由于只檢測(cè)故障產(chǎn)生的初始行波波頭到達(dá)時(shí)間，不需要考慮后續(xù)的反射與透射行波，原理簡(jiǎn)單，測(cè)距結(jié)果可靠。兩端測(cè)距的實(shí)現(xiàn)要在線路兩端都裝設(shè)測(cè)距裝置及時(shí)間同步裝置（北斗時(shí)鐘），并且兩側(cè)要進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，交換記錄到的故障初始行波到達(dá)的時(shí)間信息后才能測(cè)出故障距離來。
雙端測(cè)距法的優(yōu)點(diǎn)在于可靠性高，波形識(shí)別簡(jiǎn)單，測(cè)距準(zhǔn)確。
2．單端測(cè)距工作原理
在被監(jiān)視線路發(fā)生故障時(shí)，故障產(chǎn)生的電流行波會(huì)在故障點(diǎn)及電纜端頭之間來回反射。裝設(shè)于終端頭處的行波測(cè)距裝置采集來自信號(hào)傳感器的暫態(tài)行波信號(hào)，使用模擬高通濾波器濾出行波波頭脈沖，形成如圖2所示的行波波形。
設(shè)線路長(zhǎng)度為L(zhǎng)，波速度為
，故障初始行波與由故障點(diǎn)反射波到達(dá)母線的時(shí)間分別為Ts1、Ts2，則故障距離XL為：
圖2 單端測(cè)距原理示意圖
單端測(cè)距法的優(yōu)點(diǎn)在于只需要在一端安裝行波測(cè)距裝置及通信裝置，設(shè)備相對(duì)雙端來說成本低；不需要雙端時(shí)間同步，技術(shù)成本相對(duì)雙端來說也低。缺點(diǎn)是故障行波測(cè)距波形識(shí)別比較復(fù)雜。
四、 系統(tǒng)構(gòu)成
DJ-2000新能源集電線路故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)終端、通信鏈路、系統(tǒng)后臺(tái)和用戶界面組成。監(jiān)測(cè)終端以無線或有線的方式將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送回系統(tǒng)后臺(tái)；后臺(tái)軟件以事件為引，以時(shí)間歸集，自主關(guān)聯(lián)分析數(shù)據(jù)，異常事件以短信、WEB等多種方式發(fā)布。
1．裝置功能
DJ-2000系統(tǒng)實(shí)時(shí)在線采集線路工頻電流或零序電流，以數(shù)值或者電流曲線的方式進(jìn)行展示；線路發(fā)生故障時(shí)，基于對(duì)故障產(chǎn)生的暫態(tài)信號(hào)的捕捉、采集和分析，根據(jù)雙端行波法測(cè)距原理實(shí)現(xiàn)線路故障的測(cè)距，同時(shí)根據(jù)集電線路的運(yùn)行特點(diǎn)，輔以變電站側(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障性質(zhì)診斷，從而形成對(duì)線路運(yùn)行狀態(tài)的有效監(jiān)測(cè)和故障的分段定位。
（1）故障精確定位
根據(jù)雙端行波法測(cè)距原理，監(jiān)測(cè)裝置安裝在所監(jiān)測(cè)線路的兩端。故障放電時(shí)，監(jiān)測(cè)裝置采集暫態(tài)數(shù)據(jù)，后臺(tái)軟件根據(jù)暫態(tài)數(shù)據(jù)自動(dòng)計(jì)算得出故障測(cè)距結(jié)果，針對(duì)集電線路特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)廣域測(cè)距。在自動(dòng)測(cè)距結(jié)果的基礎(chǔ)上，用戶可根據(jù)暫態(tài)波形，手動(dòng)校正故障距離，進(jìn)一步提高測(cè)距精度。
自動(dòng)測(cè)距方法也適用于T型電纜線路和架空-電纜混合線路的故障測(cè)距。
（2）故障區(qū)間判別
后臺(tái)軟件根據(jù)故障線路工頻電流和零序電流錄波數(shù)據(jù)，在時(shí)間同步的基礎(chǔ)上，快速判斷架空-電纜混合線路和電纜T型線路故障所屬區(qū)間，提升運(yùn)維效益。
（3）工頻電流監(jiān)測(cè)
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜線路的負(fù)荷電流數(shù)據(jù)，以數(shù)值或電流曲線的方式進(jìn)行展示。當(dāng)線路發(fā)生異常變化時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)錄波，實(shí)現(xiàn)故障性質(zhì)分析診斷。
（4）零序電流監(jiān)測(cè)
實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)零序電流，以數(shù)值或電流曲線的方式進(jìn)行展示。當(dāng)電流發(fā)生異常變化時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)錄波，對(duì)線路故障提供實(shí)時(shí)告警。
2．參數(shù)指標(biāo)
q 波頭上升沿： ≤200ns
q 采樣頻率： ≥50MHz
q 整體輸入帶寬：≥10kHz
q 對(duì)時(shí)精度： ≤20ns
q 測(cè)試范圍： ≥10km（兩套裝置之間不超過8臺(tái)箱變）
q 定位誤差： ≤0.15%*L+5米
q 行波采樣長(zhǎng)度：≥1ms（觸發(fā)前波形長(zhǎng)度大于50us）
q 工頻采樣：
----工頻采樣頻率： ≥5kHz；
----工頻采樣長(zhǎng)度： ≥500ms
五． 典型配置方案
1．純電纜線路拓?fù)?/p>
2．電纜架空混合線路拓?fù)?/p>
3．架空為主線路拓?fù)?/p>
六． 應(yīng)用案例
1．案例一（重慶某風(fēng)電場(chǎng)）
2．案例二（內(nèi)蒙古某光伏電站）
線路拓?fù)鋱D
工頻過流圖
廣域測(cè)距圖
雙端測(cè)距圖
升壓站側(cè)單端波形圖
箱變側(cè)單端波形圖
七． 工程安裝
1．升壓站組屏
2．升壓站單機(jī)
3．箱變側(cè)單機(jī)
