一． 概述
风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到我国政府的重视。风电场因其占地范围广，单台机组容量较小，所以一般采用集电线路施工，将几台风机电能汇聚后送至升压站。光伏发电照射的能量分布密度小，需要占用巨大面积，海上光伏发电项目发展很快，电力输送安全通道也是亟需解决的问题。新能源集电线路接线一般为架空线、电缆或者电缆+架空线混合方式，通常为混合方式，电压等级为35kV。恶劣的自然环境为集电线路的安全运行带来巨大的威胁，由集电线路故障引发的设备故障约占风电场的90%以上。
箱式变压器和场站高压电缆是新能源电力传输系统的桥梁部分，箱变和高压电缆的稳定运行，关系到场区电气设备的安全与稳定。高压电缆由于设计、施工工艺、设备质量、所处地理环境等多方面原因，易导致电缆故障，或直接作用于升压站发电线路开关跳闸，造成整条发电线路停运，对电网安全与稳定造成影响。
集电线路故障在线监测装置融合了非有效接地系统暂态电流故障选线、线路故障分段技术及基于双端行波原理的故障精确定位原理技术，通过对线路故障产生时故障线路各处暂态电流分布特征的差异实现故障分段；利用故障产生的电压、电流行波在线路中的传输分布特性及非接触式有效提取信号，并配以精确到纳秒级的卫星同步时钟，实现监测区段的故障点精确定位，解决多年以来迫切需要解决的故障分段及精确定位难题。
二． 线路特点
q 低压侧的出口电压大部分为0.69kV，采用箱式变压器单元接线方式升压35kV传输；
q 集电线路一般分为电缆线路和电缆-架空混合线路两种方式，故障行波在连接点的反射和透射原因，波形衰减且分析比较复杂；
q 电缆敷设主要采用直埋方式；
q 电缆导体一般为铝芯，且随着箱变数量增多，使用的电缆线芯面积增大；
q 集电线路具有多分支、混合线路的特点；
q 箱式变压器在集电线路上并行，造成线路分布参数变化，影响波头识别；
q 故障特征受网架拓扑、故障类型、适配传感等因素干扰，识别困难。
三． 测试原理
1．双端测距工作原理
在被监视线路发生故障时，故障产生的电压、电流行波会从故障点向两端传播。设故障初始行波波头到达两侧母线的时间分别为TS和TR，如图1所示，装于线路两端的测距装置记录下故障行波波头到达两侧装置的时间，则故障距离可由下式来算出：
双端测距法由于只检测故障产生的初始行波波头到达时间，不需要考虑后续的反射与透射行波，原理简单，测距结果可靠。两端测距的实现要在线路两端都装设测距装置及时间同步装置（北斗时钟），并且两侧要进行数据通信，交换记录到的故障初始行波到达的时间信息后才能测出故障距离来。
双端测距法的优点在于可靠性高，波形识别简单，测距准确。
2．单端测距工作原理
在被监视线路发生故障时，故障产生的电流行波会在故障点及电缆端头之间来回反射。装设于终端头处的行波测距装置采集来自信号传感器的暂态行波信号，使用模拟高通滤波器滤出行波波头脉冲，形成如图2所示的行波波形。
设线路长度为L，波速度为
，故障初始行波与由故障点反射波到达母线的时间分别为Ts1、Ts2，则故障距离XL为：
图2 单端测距原理示意图
单端测距法的优点在于只需要在一端安装行波测距装置及通信装置，设备相对双端来说成本低；不需要双端时间同步，技术成本相对双端来说也低。缺点是故障行波测距波形识别比较复杂。
四、 系统构成
DJ-2000新能源集电线路故障在线监测系统由监测终端、通信链路、系统后台和用户界面组成。监测终端以无线或有线的方式将监测数据发送回系统后台；后台软件以事件为引，以时间归集，自主关联分析数据，异常事件以短信、WEB等多种方式发布。
1．装置功能
DJ-2000系统实时在线采集线路工频电流或零序电流，以数值或者电流曲线的方式进行展示；线路发生故障时，基于对故障产生的暂态信号的捕捉、采集和分析，根据双端行波法测距原理实现线路故障的测距，同时根据集电线路的运行特点，辅以变电站侧数据进行故障性质诊断，从而形成对线路运行状态的有效监测和故障的分段定位。
（1）故障精确定位
根据双端行波法测距原理，监测装置安装在所监测线路的两端。故障放电时，监测装置采集暂态数据，后台软件根据暂态数据自动计算得出故障测距结果，针对集电线路特点，实现广域测距。在自动测距结果的基础上，用户可根据暂态波形，手动校正故障距离，进一步提高测距精度。
自动测距方法也适用于T型电缆线路和架空-电缆混合线路的故障测距。
（2）故障区间判别
后台软件根据故障线路工频电流和零序电流录波数据，在时间同步的基础上，快速判断架空-电缆混合线路和电缆T型线路故障所属区间，提升运维效益。
（3）工频电流监测
实时监测电缆线路的负荷电流数据，以数值或电流曲线的方式进行展示。当线路发生异常变化时，系统能够自动录波，实现故障性质分析诊断。
（4）零序电流监测
实时监测零序电流，以数值或电流曲线的方式进行展示。当电流发生异常变化时，系统能够自动录波，对线路故障提供实时告警。
2．参数指标
q 波头上升沿： ≤200ns
q 采样频率： ≥50MHz
q 整体输入带宽：≥10kHz
q 对时精度： ≤20ns
q 测试范围： ≥10km（两套装置之间不超过8台箱变）
q 定位误差： ≤0.15%*L+5米
q 行波采样长度：≥1ms（触发前波形长度大于50us）
q 工频采样：
----工频采样频率： ≥5kHz；
----工频采样长度： ≥500ms
五． 典型配置方案
1．纯电缆线路拓扑
2．电缆架空混合线路拓扑
3．架空为主线路拓扑
六． 应用案例
1．案例一（重庆某风电场）
2．案例二（内蒙古某光伏电站）
线路拓扑图
工频过流图
广域测距图
双端测距图
升压站侧单端波形图
箱变侧单端波形图
七． 工程安装
1．升压站组屏
2．升压站单机
3．箱变侧单机
