一． 概述
風能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到我國政府的重視。風電場因其占地范圍廣，單臺機組容量較小，所以一般采用集電線路施工，將幾臺風機電能匯聚后送至升壓站。光伏發電照射的能量分布密度小，需要占用巨大面積，海上光伏發電項目發展很快，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，電壓等級為35kV。惡劣的自然環境為集電線路的安全運行帶來巨大的威脅，由集電線路故障引發的設備故障約占風電場的90%以上。
箱式變壓器和場站高壓電纜是新能源電力傳輸系統的橋梁部分，箱變和高壓電纜的穩定運行，關系到場區電氣設備的安全與穩定。高壓電纜由于設計、施工工藝、設備質量、所處地理環境等多方面原因，易導致電纜故障，或直接作用于升壓站發電線路開關跳閘，造成整條發電線路停運，對電網安全與穩定造成影響。
集電線路故障在線監測裝置融合了非有效接地系統暫態電流故障選線、線路故障分段技術及基于雙端行波原理的故障精確定位原理技術，通過對線路故障產生時故障線路各處暫態電流分布特征的差異實現故障分段；利用故障產生的電壓、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，并配以精確到納秒級的衛星同步時鐘，實現監測區段的故障點精確定位，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
q 低壓側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，故障行波在連接點的反射和透射原因，波形衰減且分析比較復雜；
q 電纜敷設主要采用直埋方式；
q 電纜導體一般為鋁芯，且隨著箱變數量增多，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；
q 箱式變壓器在集電線路上并行，造成線路分布參數變化，影響波頭識別；
q 故障特征受網架拓撲、故障類型、適配傳感等因素干擾，識別困難。
三． 測試原理
1．雙端測距工作原理
在被監視線路發生故障時，故障產生的電壓、電流行波會從故障點向兩端傳播。設故障初始行波波頭到達兩側母線的時間分別為TS和TR，如圖1所示，裝于線路兩端的測距裝置記錄下故障行波波頭到達兩側裝置的時間，則故障距離可由下式來算出：
雙端測距法由于只檢測故障產生的初始行波波頭到達時間，不需要考慮后續的反射與透射行波，原理簡單，測距結果可靠。兩端測距的實現要在線路兩端都裝設測距裝置及時間同步裝置（北斗時鐘），并且兩側要進行數據通信，交換記錄到的故障初始行波到達的時間信息后才能測出故障距離來。
雙端測距法的優點在于可靠性高，波形識別簡單，測距準確。
2．單端測距工作原理
在被監視線路發生故障時，故障產生的電流行波會在故障點及電纜端頭之間來回反射。裝設于終端頭處的行波測距裝置采集來自信號傳感器的暫態行波信號，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。
設線路長度為L，波速度為
，故障初始行波與由故障點反射波到達母線的時間分別為Ts1、Ts2，則故障距離XL為：
圖2 單端測距原理示意圖
單端測距法的優點在于只需要在一端安裝行波測距裝置及通信裝置，設備相對雙端來說成本低；不需要雙端時間同步，技術成本相對雙端來說也低。缺點是故障行波測距波形識別比較復雜。
四、 系統構成
DJ-2000新能源集電線路故障在線監測系統由監測終端、通信鏈路、系統后臺和用戶界面組成。監測終端以無線或有線的方式將監測數據發送回系統后臺；后臺軟件以事件為引，以時間歸集，自主關聯分析數據，異常事件以短信、WEB等多種方式發布。
1．裝置功能
DJ-2000系統實時在線采集線路工頻電流或零序電流，以數值或者電流曲線的方式進行展示；線路發生故障時，基于對故障產生的暫態信號的捕捉、采集和分析，根據雙端行波法測距原理實現線路故障的測距，同時根據集電線路的運行特點，輔以變電站側數據進行故障性質診斷，從而形成對線路運行狀態的有效監測和故障的分段定位。
（1）故障精確定位
根據雙端行波法測距原理，監測裝置安裝在所監測線路的兩端。故障放電時，監測裝置采集暫態數據，后臺軟件根據暫態數據自動計算得出故障測距結果，針對集電線路特點，實現廣域測距。在自動測距結果的基礎上，用戶可根據暫態波形，手動校正故障距離，進一步提高測距精度。
自動測距方法也適用于T型電纜線路和架空-電纜混合線路的故障測距。
（2）故障區間判別
后臺軟件根據故障線路工頻電流和零序電流錄波數據，在時間同步的基礎上，快速判斷架空-電纜混合線路和電纜T型線路故障所屬區間，提升運維效益。
（3）工頻電流監測
實時監測電纜線路的負荷電流數據，以數值或電流曲線的方式進行展示。當線路發生異常變化時，系統能夠自動錄波，實現故障性質分析診斷。
（4）零序電流監測
實時監測零序電流，以數值或電流曲線的方式進行展示。當電流發生異常變化時，系統能夠自動錄波，對線路故障提供實時告警。
2．參數指標
q 波頭上升沿： ≤200ns
q 采樣頻率： ≥50MHz
q 整體輸入帶寬：≥10kHz
q 對時精度： ≤20ns
q 測試范圍： ≥10km（兩套裝置之間不超過8臺箱變）
q 定位誤差： ≤0.15%*L+5米
q 行波采樣長度：≥1ms（觸發前波形長度大于50us）
q 工頻采樣：
----工頻采樣頻率： ≥5kHz；
----工頻采樣長度： ≥500ms
五． 典型配置方案
1．純電纜線路拓撲
2．電纜架空混合線路拓撲
3．架空為主線路拓撲
六． 應用案例
1．案例一（重慶某風電場）
2．案例二（內蒙古某光伏電站）
線路拓撲圖
工頻過流圖
廣域測距圖
雙端測距圖
升壓站側單端波形圖
箱變側單端波形圖
七． 工程安裝
1．升壓站組屏
2．升壓站單機
3．箱變側單機
