一种基于IEC61850的配电线路故障指示器及其检测方法与流程

本发明属于电力系统配电网继电保护领域，具体涉及一种基于IEC61850的配电线路故障指示器及其检测方法。

背景技术：

我国的6～66kV配电网中发生故障的几率相对较高，而近年来在现场得到大量应用的故障指示器可以让运行人员快速查找配电网短路、接地等故障的位置，提高供电可靠性。目前，国内部分厂家推出了具有通信功能的故障指示器，可以进一步大幅减少运行人员的工作量。该种故障指示器内置短距无线通信模块，与专用通信终端通信，通信终端连接移动互联网，将故障信息上传主站。通信终端供电采用蓄电池或太阳能板，安装在距离故障指示器较近的位置（如塔杆上）。现有的这一类故障指示器存在的问题是：自身没有远距离无线通信功能，需要通过通信终端转发给主站；通信终端的供电蓄电池维护困难、太阳能板安装繁琐且受灰尘与阴雨天气影响大；通信终端户外塔杆安装工作强度大且在防雨防尘防振防雷等方面要求高；通信终端使用的是公共网络，不利于电网的网络通信安全；故障指示器、通信终端、系统主站自成体系，游离于电力系统之外，不利于智能电网的建设。因此，现有的这一类“故障指示器+通信终端”的模式在电力行业的应用中制造成本、安装成本、维护成本都较高。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是，提供一种结构合理，实用效果佳，成本低，使用方便的基于IEC61850的配电线路故障指示器，并提供其检测方法，

实现本发明目的采用的技术方案是，本发明提供的一种基于IEC61850的配电线路故障指示器，特征是，它包括在每个配电变电站内安装有一个系统主站，在与变电站三相线路连接的三相长线路的中段和若干组三相线路分支入口处均置有、且与三相长线路、若干组三相线路磁连接的故障指示器，三相长线路连接的每个故障指示器、每三相线路连接的每个故障指示器均与北斗卫星系统和手持通信设备信号连接；三相长线路连接的每个故障指示器之间使用6LoWPAN协议通信，每三相线路连接的故障指示器之间使用6LoWPAN协议通信，其中，三相长线路B相长线路连接的故障指示器、C相长线路连接的故障指示器均将数据传送给A相长线路连接的故障指示器，A相长线路连接的故障指示器内置的北斗RDSS通信模块将信号经由北斗卫星系统转发短报文给变电站中的系统主站，经系统主站甄别处理后用IEC61850通信协议传送到电力通讯网；每三相线路的B相线路连接的故障指示器、C相线路连接的故障指示器均将数据传送给A相线路连接的故障指示器， A相线路连接的故障指示器内置的北斗RDSS通信模块将信号经由北斗卫星系统转发短报文给变电站中的系统主站，经系统主站甄别处理后用IEC61850通信协议传送到电力通讯网；系统主站能够使用内置的北斗RDSS通信模块通过北斗卫星系统主动向所有的故障指示器发送短报文数据；手持通信设备使用6LoWPAN协议就近与故障指示器通信，设置参数，读取数据。

本发明提供的一种基于IEC61850的配电线路故障指示器的检测方法，包括以下步骤：

1）系统初始化的S1阶段：将系统主站安装到变电站内，上电运行，再与电力通信网络连通，用任意电脑即可设置系统主站的工作参数：各三相线路名称、北斗通信终端地址、各三相线路正常工作电流阈值、各三相线路正常工作零序电流阈值，然后，在与变电站三相线路连接的三相长线路的中段和若干组三相线路分支入口处在变电站各三相线路出口处、三相长线路的中段、三相线路分支入口处均置有、且与各自三相线路磁连接的故障指示器，每安装完一只故障指示器，需要用手持通信设备设置其参数：三相线路的工作线路名称、工作相名称、系统主站的北斗通信终端地址，设置三相线路的A相线路完毕后，读取三相电流，零序电流，与系统主站通信状态，看是否本组故障指示器工作正常，全部故障指示器安装完毕并正常工作后，进入S2阶段；

2）处理遥测遥调信息的S2阶段：系统主站使用IEC61850协议与任意网络终端通信，接受遥测遥调数据请求，如有遥测请求，则通过北斗卫星系统与三相线路的指定线路上的指定故障指示器通信，提取同步时钟下的各电流数据、工作状态等信息返回给请求方，如有遥调请求，则通过北斗卫星系统与指定线路上的指定故障指示器通信设置其工作参数，进入S3阶段；

3）处理终端心跳信息的S3阶段：系统主站接收每组故障指示器发送的最小间隔10秒，最长间隔60秒的心跳信息报文，故障指示器在心跳报文中需要报告本组三相线路分别连接的三个故障指示器之间是否通信正常，零序电流是否正常，系统主站综合判断该组故障指示器是否处于正常工作状态，如果存在问题，则向网络发送终端故障报文，等待网络终端查询处理，进入S4阶段；

4）是否收到继保动作报文的S4阶段：系统主站上电工作后始终在后台监听电力通信网络中的Goose报文，在此阶段中识别报文类型，如果收到相关线路的短路故障报文、重合闸失败报文或者系统单相接地报文，则进入S5阶段，否则回到S2阶段；

5）是相间短路故障的S5阶段：在此阶段中，如果系统主站从电力通信网监听到的故障类型是相间短路故障，则提取出线路名称参数、事故发生时刻，然后从变电站线路出口处安装的故障指示器开始，按安装位置从近到远的顺序，通过北斗卫星系统向该线路上的故障指示器组依次请求事故发生时刻前后各5个周波的数据，如果上一组回传的三相电流数据在事故时刻后突变增大，下一组回传的三相电流数据在事故时刻后突变减小，则判断出该两组故障指示器之间的区段就是故障区段，向网络发送故障区段报文，并通过第三方通讯服务商向设定好的移动电话发送短信提醒，等待网络终端查询处理，进入S6阶段；

6）是单相接地故障的S6阶段：如果系统主站从电力通信网监听到的故障类型是单相接地故障，则立即通过北斗卫星系统向所有相关线路上的故障指示器组群发请求零序电流数据的报文，在返回的数据中，按线路名称将故障指示器零序电流数据分组检查，按照距离变电站从近到远的顺序检查，如果同组中上一个零序电流较大，而下一个零序电流较小，则判断出该两组故障指示器之间的区段就是故障区段，向网络发送故障区段报文，并通过第三方通讯服务商向设定好的移动电话发送短信提醒，等待网络终端查询处理，返回S2阶段。

本发明提供的基于IEC61850的配电线路故障指示器及其检测方法的优点体现在：

1）与北斗卫星链接，实现全天候、无障碍实时通信；

2）使用IEC61850通信协议，与智能电网无缝连接；

3）保证无拒动，无误动；

4）不停电安装、调试，无需提供电源；

5）可给指定工作人员发送手机短信，指出故障区段；

6）特别适用于人烟稀少，公共无线通讯网不能覆盖的地区使用；

7）结构合理，实用效果佳，成本低，使用方便。

附图说明

图1为本发明提供的基于IEC61850的配电线路故障指示器结构示意图；

图2为本发明提供的基于IEC61850的配电线路故障指示器检测方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的基于IEC61850的配电线路故障指示器及其检测方法进行详细说明。

如图1所示，本发明提供的基于IEC61850的配电线路故障指示器，包括在每个配电变电站内安装有一个系统主站1，在与变电站三相线路连接的三相长线路的中段和若干组三相线路分支入口处均置有、且与三相长线路、若干组三相线路磁连接的故障指示器2，三相长线路连接的每个故障指示器2、每三相线路连接的每个故障指示器2均与北斗卫星系统3和手持通信设备4信号连接；三相长线路连接的每个故障指示器2之间使用6LoWPAN协议通信，每三相线路连接的故障指示器2之间使用6LoWPAN协议通信，其中，三相长线路B相长线路连接的故障指示器2、C相长线路连接的故障指示器2均将数据传送给A相长线路连接的故障指示器2，A相长线路连接的故障指示器2内置的北斗RDSS通信模块将信号经由北斗卫星系统3转发短报文给变电站中的系统主站1，经系统主站1甄别处理后用IEC61850通信协议传送到电力通讯网；每三相线路的B相线路连接的故障指示器2、C相线路连接的故障指示器2均将数据传送给A相线路连接的故障指示器2， A相线路连接的故障指示器2内置的北斗RDSS通信模块将信号经由北斗卫星系统3转发短报文给变电站中的系统主站1，经系统主站1甄别处理后用IEC61850通信协议传送到电力通讯网；系统主站1能够使用内置的北斗RDSS通信模块通过北斗卫星系统3主动向所有的故障指示器2发送短报文数据；手持通信设备4使用6LoWPAN协议就近与故障指示器2通信，设置参数，读取数据。所述的即：所述的变电站三相线路、若干组三相线路均指的是A相线路、B相线路和C相线路；三相长线路指的是A相长线路、B相长线路和C相长线路。

本发明提供的基于IEC61850的配电线路故障指示器的检测方法，包括以下步骤：

1）系统初始化的S1阶段：将系统主站安装到变电站内，上电运行，再与电力通信网络连通，用任意电脑即可设置系统主站的工作参数：各三相线路名称、北斗通信终端地址、各三相线路正常工作电流阈值、各三相线路正常工作零序电流阈值，然后，在与变电站三相线路连接的三相长线路的中段和若干组三相线路分支入口处在变电站各三相线路出口处、三相长线路的中段、三相线路分支入口处均置有、且与各自三相线路磁连接的故障指示器，每安装完一只故障指示器，需要用手持通信设备设置其参数：三相线路的工作线路名称、工作相名称、系统主站的北斗通信终端地址，设置三相线路的A相线路完毕后，读取三相电流，零序电流，与系统主站通信状态，看是否本组故障指示器工作正常，全部故障指示器安装完毕并正常工作后，进入S2阶段；

2）处理遥测遥调信息的S2阶段：系统主站使用IEC61850协议与任意网络终端通信，接受遥测遥调数据请求，如有遥测请求，则通过北斗卫星系统与三相线路的指定线路上的指定故障指示器通信，提取同步时钟下的各电流数据、工作状态等信息返回给请求方，如有遥调请求，则通过北斗卫星系统与指定线路上的指定故障指示器通信设置其工作参数，进入S3阶段；

3）处理终端心跳信息的S3阶段：系统主站接收每组故障指示器发送的最小间隔10秒，最长间隔60秒的心跳信息报文，故障指示器在心跳报文中需要报告本组三相线路分别连接的三个故障指示器之间是否通信正常，零序电流是否正常，系统主站综合判断该组故障指示器是否处于正常工作状态，如果存在问题，则向网络发送终端故障报文，等待网络终端查询处理，进入S4阶段；

4）是否收到继保动作报文的S4阶段：系统主站上电工作后始终在后台监听电力通信网络中的Goose报文，在此阶段中识别报文类型，如果收到相关线路的短路故障报文、重合闸失败报文或者系统单相接地报文，则进入S5阶段，否则回到S2阶段；

5）是相间短路故障的S5阶段：在此阶段中，如果系统主站从电力通信网监听到的故障类型是相间短路故障，则提取出线路名称参数、事故发生时刻，然后从变电站线路出口处安装的故障指示器开始，按安装位置从近到远的顺序，通过北斗卫星系统向该线路上的故障指示器组依次请求事故发生时刻前后各5个周波的数据，如果上一组回传的三相电流数据在事故时刻后突变增大，下一组回传的三相电流数据在事故时刻后突变减小，则判断出该两组故障指示器之间的区段就是故障区段，向网络发送故障区段报文，并通过第三方通讯服务商向设定好的移动电话发送短信提醒，等待网络终端查询处理，进入S6阶段；

6）是单相接地故障的S6阶段：如果系统主站从电力通信网监听到的故障类型是单相接地故障，则立即通过北斗卫星系统向所有相关线路上的故障指示器组群发请求零序电流数据的报文，在返回的数据中，按线路名称将故障指示器零序电流数据分组检查，按照距离变电站从近到远的顺序检查，如果同组中上一个零序电流较大，而下一个零序电流较小，则判断出该两组故障指示器之间的区段就是故障区段，向网络发送故障区段报文，并通过第三方通讯服务商向设定好的移动电话发送短信提醒，等待网络终端查询处理，返回S2阶段。

本发明提供的基于IEC61850的配电线路故障指示器，它包括三个一组，三相线路的A相线路、B相线路和C相线路上各安装一个，三个故障指示器2采用低功耗的6LoWPAN协议自组网方式建立通信连接。B相线路、C相线路连接的故障指示器2将实时采集到的电流信息及故障判断报文发送给A相线路连接的故障指示器2，A相线路连接的故障指示器2内置6LoWPAN协议边缘路由器，将全部三相信息采集后作为故障综合判据。A相线路连接的故障指示器2还内置有北斗RDSS通信模块，可以用北斗卫星系统转发短报文到安装在变电站中的系统主站1，这样无需设计用于连接无线公网的通信终端。本发明的架空型故障指示器2使用自身测量用CT直接取电，内部设有超级电容保证设备供电的连续性，不需要外部供电电源，带电安装，没有任何接线端子，不需要铺设通信电缆，不需要柱上安装的数据采集器或通信终端。系统主站1通过内置的北斗RDSS通信模块收发所有关联配电线路上的故障指示器2短报文，将必要信息组织成IEC61850标准的Goose报文发送到变电站网络上，通知运行人员及后台软件。系统主站1同时具有接收智能电网继电保护动作信息报文的功能，提取分析报文内容并配合相关线路上所有故障指示器2发回的信息，判断出故障区段。