基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統的製作方法
2024-03-24 02:28:05
基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統,包括線路信息測量單元、配電網監控主站，所述線路信息測量單元與配電網監控主站無線連接；所述線路信息測量單元包括設於三相交流電的B相上的主節點測量裝置，設於三相交流電A相上的第一子節點測量裝置，設於三相交流電C相的第二子節點測量裝置，所述第一子、第二子節點測量裝置分別與主節點測量裝置無線通信連接，主節點測量裝置與配電網監控主站無線通信連接。本實用新型結構簡單，能夠為配電網監控主站的工作人員提供準確的線路運行狀況，及時發現接地故障，並及時定位接地故障點，極大地提高了接地故障找尋的工作效率，避免接地故障造成嚴重的經濟損失。本實用新型適用於任意變壓器的主要線路。
【專利說明】
基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統
技術領域
[0001]本實用新型屬於電力系統的在線監測領域，涉及一種基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統。
【背景技術】
[0002]隨著我國電力事業的不斷發展，對於電力系統的管理工作也需要不斷提高，以保證電力系統的正常運行。但是目前，我國的電力系統配電網除了變電站外，線路上沒有安裝任何電流、電壓測量裝置，導致每條線路和主要的變壓器的運行狀態均是未知的，無法形成對電力系統的充分管理，最終無法及時完成對配電網運行方式的改變、均衡線路複合、優化線路、延長設備的使用壽命等工作。
[0003]另外，我國配電網普遍採用小電力接地系統，結構非常複雜，且容易出現單相接地故障，當配電網的接地系統出現單相接地故障時，非故障相的對地電壓會升高，如果發生間歇性弧光接地而會引起諧振過電壓時，會令電力系統的絕緣受到威脅，造成嚴重的短路事故，因此需要儘快找出故障線路，並儘快排除故障。現有技術中，由於故障電流很小，無法直接檢測，也無法及時對故障位置進行定位，因此採用人工逐條線路拉閘的方法判斷故障線路，當故障線路被斷開時，接地故障才消失，通過此種方法可以確定是哪條線路出現了故障。然而這種傳統的人工選線查出故障的方法非常浪費時間，不僅浪費人力，而且降低了供電的可靠性和工作效率，影響了供電公司的經濟效益，同時這種人工拉閘停電的方式增加了停電概率，對用電用戶造成不必要的經濟損失。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型要解決的技術問題，是提供一種基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統，能夠在線實時監測電力系統線路的電壓、電流，一旦發生接地故障能夠及時檢測出，並及時定位故障位置，提示工作人員採取相應的措施，防止供電事故的發生。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型所採取的技術方案是:
[0006]—種基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統，它包括用於檢測三相交流線路電流信息的線路信息測量單元，以及用於控制的配電網監控主站，所述線路信息測量單元與配電網監控主站無線通信連接；
[0007]所述線路信息測量單元包括設於三相交流電的B相上、用於監測B相電流的主節點測量裝置，設於三相交流電A相上、用於測量A相電流的第一子節點測量裝置，以及設於三相交流電C相上、用於測量C相電流的第二子節點測量裝置，所述第一子節點測量裝置與第二子節點測量裝置分別與主節點測量裝置無線通信連接，主節點測量裝置則與配電網監控主站無線通信連接。
[0008]作為對本實用新型中主節點測量裝置的限定:所述主節點測量裝置包括作為控制中心的第一主控模塊；
[0009]用於採集B相電流信息的第一電流測量模塊，所述第一電流測量模塊固設於三相交流電的B相上，其信號輸出端連接第一主控模塊的信號輸入端；
[0010]用於控制配電網電流數據信息同步採集的第一全網定時觸發模塊，所述第一全網定時觸發模塊與第一主控模塊相連；
[0011]用於與第一、第二子節點測量裝置相通信的第一無線通信模塊，所述第一無線通信模塊一端與第一主控模塊相連，另一端分別無線連接第一子節點測量裝置與第二子節點測量裝置；
[0012]用於與配電網監控主站通信相連的遠程通信模塊，所述遠程通信模塊的一端連接第一主控模塊，另一端無線連接配電網監控主站。
[0013]作為對本實用新型中第一子節點控制裝置的限定:所述第一子節點控制裝置包括作為控制中心的第二主控模塊；
[0014]用於採集A相電流信息的第二電流測量模塊，所述第二電流測量模塊固設於三相交流電的A相上，其信號輸出端連接第二主控模塊的信號輸入端；
[0015]用於控制配電網電流數據信息同步採集的第二全網定時觸發模塊，所述第二全網定時觸發模塊與第二主控模塊相連；
[0016]用於與主節點測量裝置相通信的第二無線通信模塊，所述第二無線通信模塊一端與第二主控模塊相連，另一端無線連接第一無線通信模塊。
[0017]作為對本實用新型中第二子節點控制裝置的限定:所述第二子節點控制裝置包括作為控制中心的第三主控模塊；
[0018]用於採集C相電流信息的第三電流測量模塊，所述第三電流測量模塊固設於三相交流電的C相上，其信號輸出端連接第三主控模塊的信號輸入端；
[0019]用於控制配電網電流數據信息同步採集的第三全網定時觸發模塊，所述第三全網定時觸發模塊與第三主控模塊相連；
[0020]用於與主節點測量裝置相通信的第三無線通信模塊，所述第三無線通信模塊一端與第三主控模塊相連，另一端無線連接第一無線通信模塊。
[0021]作為對本實用新型中主節點測量裝置以及第一子節點測量裝置的進一步限定:所述主節點測量裝置還包括用於存儲所述的第一電流測量模塊採集的線路電流數據和第一全網定時觸發模塊採集的時間信息的第一存儲模塊，所述第一存儲模塊與第一主控模塊相連接；
[0022]所述第一子節點測量裝置還包括用於存儲所述的第二電流測量模塊採集的線路電流數據和第二全網定時觸發模塊採集的時間信息的第二存儲模塊，所述第二存儲模塊與第二主控模塊相連接。
[0023]作為對本實用新型中第二子節點控制裝置的進一步限定:所述第二子節點測量裝置還包括用於存儲所述的第三電流測量模塊採集的線路電流數據和第三全網定時觸發模塊採集的時間信息的第三存儲模塊，所述第三存儲模塊與第三主控模塊相連接。
[0024]由於採用了上述的技術方案，本實用新型與現有技術相比，所取得的技術進步在於:
[0025]本實用新型在三相電力線路上設置有限流測量單元，能夠實時檢測各主要線路和變壓器的運行狀態，並將檢測到的信息傳送給配電網監控主站，配電網監控主站的控制中心能夠對傳送來的數據進行對比、分析，並將分析結果通過圖表的形式呈現給工作人員，工作人員通過生成的圖表能夠判定出各個主要線路的運行情況，一旦發生接地故障，工作人員也可以通過圖表第一時間發現，並調取該故障位置的信息，及時作出處理，實現科學調度配電網負荷平衡、最優線路潮流、延長設備的使用壽命和快速定位配電網故障區段的目的。
[0026]本實用新型結構簡單，能夠為配電網監控主站的工作人員提供準確的線路運行狀況，及時發現接地故障，並及時定位接地故障點，極大地提高了接地故障找尋的工作效率，避免接地故障造成嚴重的經濟損失。
[0027]本實用新型適用於任意變壓器的主要線路。
[0028]本實用新型下面將結合具體實施例作進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0029]圖1為本實用新型實施例的原理框圖；
[0030]圖2為本實用新型實施例中主節點測量裝置的原理框圖；
[0031]圖3為本實用新型實施例中第一子節點測量裝置的原理框圖；
[0032]圖4為本實用新型實施例中第二子節點測量裝置的原理框圖。
【具體實施方式】
[0033]實施例基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統
[0034]本實施例提供了一種基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統，如圖1所示，它包括:
[0035]線路信息測量單元，本實施例中的線路信息測量單元設於三相交流線路上，用於檢測三相交流線路電流信息。本實施例中的線路信息測量單元與現有技術中配電網監控主站無線通信連接。
[0036]本實施例中的線路信息測量單元如圖1所示，包括:固設於三相交流電的B相上的主節點測量裝置、固設於三相交流電的A相上的第一子節點測量裝置，以及固設於三相交流電的C相上的第二子節點測量裝置。其中
[0037](I)主節點測量裝置用於監測B相的電流信息，為了實現上述功能，本實施例中的主節點測量裝置如圖2所示，包括:
[0038]第一主控模塊，其作為主節點測量裝置的控制中心，本實施例採用現有技術中的ARM處理器。
[0039]第一電流測量模塊，用於採集B相的電流信息，所述第一電流測量模塊固設於三相交流電的B相上，其信號輸出端連接第一控制模塊的信號輸入端。本實施例的第一電流測量模塊採用現有技術中的霍爾電流傳感器。
[0040]第一全網定時觸發模塊，用於控制配電網電流數據信息同步採集，並對採集的電流數據匹配時間信息，所述第一全網定時觸發模塊與第一主控模塊相連。本實施例中的第一全網定時模塊採用現有技術中的GPS模塊即可。
[0041]第一無線通信模塊，分別與第一子節點測量裝置、第二子節點測量裝置相通信，所述第一無線通信模塊一端與第一主控模塊相連，另一端分別無線連接第一子節點測量裝置與第二子節點測量裝置，本實施例中的第一無線通信模塊採用現有技術中的ZIGBEE模塊，能夠與其他的ZIGBEE模塊近距離自組網，實現信息的無線傳送。
[0042]遠程通信模塊，用於與配電網監控主站通信相連，將第一主控模塊得到的所有信息傳送給配電網監控主站。所述遠程通信模塊的一端連接第一主控模塊，另一端無線連接配電網監控主站。本實施例中的遠程通信模塊採用現有技術中的GPRS通信模塊即可。
[0043](2)第一子節點測量裝置用於監測A相的電流信息，為了實現上述功能，本實施例中的第一子節點測量裝置如圖3所示，包括:
[0044]第二主控模塊，其作為第一子節點測量裝置的控制中心，本實施例與第一主控模塊相同，即採用現有技術中的ARM處理器。
[0045]第二電流測量模塊，用於採集A相的電流信息，所述第二電流測量模塊固設於三相交流電的A相上，其信號輸出端連接第二控制模塊的信號輸入端。本實施例的第二電流測量模塊與第一電流測量模塊相同，即採用現有技術中的霍爾電流傳感器。
[0046]第二全網定時觸發模塊，用於控制配電網電流數據信息同步採集，並未採集的電流數據匹配時間信息，所述第二全網定時觸發模塊與第二主控模塊相連。本實施例中的第二全網定時模塊與第一全網定時模塊相同，即採用現有技術中的GPS模塊即可。
[0047]第二無線通信模塊，用於與主節點測量裝置相通信，所述第二無線通信模塊一端與第二主控模塊相連，另一端無線連接主節點測量裝置的第一無線通信模塊，由於本實施例中的第一無線通信模塊採用現有技術中的ZIGBEE模塊，因此為了實現與第一無線通信模塊之間的無線通信，所述第二無線通信模塊也採用現有技術中的ZIGBEE模塊，令第二無線通信模塊能夠與第一無線通信模塊近距離形成自組網，實現信息的無線傳送。
[0048](3)第二子節點測量裝置用於監測C相的電流信息，為了實現上述功能，本實施例中的第一子節點測量裝置如圖4所示，包括:
[0049]第三主控模塊，其作為第二子節點測量裝置的控制中心，本實施例與第一、第二主控模塊相同，即採用現有技術中的ARM處理器。
[0050]第三電流測量模塊，用於採集C相的電流信息，所述第三電流測量模塊固設於三相交流電的C相上，其信號輸出端連接第三主控模塊的信號輸入端。本實施例的第三電流測量模塊與第一、第二電流測量模塊相同，即採用現有技術中的霍爾電流傳感器。
[0051]第三全網定時觸發模塊，用於控制配電網電流數據信息同步採集，並未採集的電流數據匹配時間信息，所述第三全網定時觸發模塊與第三主控模塊相連。本實施例中的第三全網定時模塊與第一、第二全網定時模塊相同，即採用現有技術中的GPS模塊即可。
[0052]第三無線通信模塊，用於與主節點測量裝置相通信，所述第三無線通信模塊一端與第三主控模塊相連，另一端無線連接主節點測量裝置的第一無線通信模塊，由於本實施例中的第一無線通信模塊採用現有技術中的ZIGBEE模塊，因此為了實現與第一無線通信模塊之間的無線通信，所述第三無線通信模塊也採用現有技術中的ZIGBEE模塊，令第三無線通信模塊能夠與第一無線通信模塊近距離形成自組網，實現信息的無線傳送。
[0053]此外，為了完善本實施例，所述主節點測量裝置還設置用於存儲所述的第一電流測量模塊採集的線路電流數據和第一全網定時觸發模塊採集的時間信息的第一存儲模塊，以便配電網監控主站對第一存儲模塊中的電流數據信息和時間信息進行調用，所述第一存儲模塊與第一主控模塊相連接;第一子節點測量裝置還包括用於存儲所述的第二電流測量模塊採集的線路電流數據和第二全網定時觸發模塊採集的時間信息的第二存儲模塊，以便配電網監控主站對第二存儲模塊中的電流數據信息和時間信息進行調用，所述第二存儲模塊與第二主控模塊相連接;所述第二子節點測量裝置還包括用於存儲所述的第三電流測量模塊採集的線路電流數據和第三全網定時觸發模塊採集的時間信息的第三存儲模塊，以便配電網監控主站對第三存儲模塊中的電流數據信息和時間信息進行調用，所述第三存儲模塊與第三主控模塊相連接。且上述的第一存儲模塊、第二存儲模塊、第三存儲模塊均採用現有技術中的SD卡即可。
[0054]本實施例的具體工作原理為:本實施例中的線路測量單元安裝在配電網線路上的各個關鍵測點處，負責採集配電網線路的電流信息;配電網監控主站安裝在變電站內，擁有公網固定IP位址，各個關鍵測點處的主節點測量裝置都通過配備的遠程通信模塊與配電網監控主站之間通過GPRS網絡進行遠程無線通信。主節點測量裝置與所述的第一子節點測量裝置和第二子節點測量裝置通過所述的ZIGBEE模塊近距離無線組網連接，用於主節點測量裝置無線接收第一子節點測量裝置和第二子節點測量裝置上傳每一秒內A相和C相50個電流周期的幅值和相位數據信息，以及這些數據的時間信息，並且第一子節點測量裝置和第二子節點測量裝置能無線接收所述的主節點測量裝置的向下查詢信息。
[0055]其中，主節點測量裝置則直接測量B相線路上的電流周期的幅值、相位數據信息，以及這些數據的時間信息，並將上述的信息存儲到第一存儲模塊中，而第一子節點測量裝置與第二子節點測量裝置的電流周期的幅值和相位數據信息，以及這些數據的時間信息則存儲到各自對應的儲存模塊中。
[0056]同時，由於各個關鍵測點處的主節點測量裝置和子節點測量裝置都內設以GPS系統發出的標準秒脈衝作為配電網同步採樣觸發信號，啟動對電壓和電流信號的同步採樣，分別計算各個關鍵測點處電壓和電流信號相對於GPS同一時間的相角。由於不同地區的GPS模塊接收到的時間誤差不到lus，所以用GPS標準秒脈衝的上升沿作為觸發信號，可以保證電流電壓的全網異地的同步採樣。
[0057]本實施例在工作時，各個關鍵測點處的主節點測量裝置都通過GPRS遠程無線通訊模塊與配電網監控主站保持連接，各個關鍵測點處的主節點測量裝置和子節點測量裝置的全網定時觸發模塊在接收到標準秒脈衝信號到來時刻啟動電流電壓信號的採樣，並利用傅立葉算法把一個周期內採集的瞬時值進行計算，得到線路零序電流信號的幅值和相位信息，然後把這些採集信息以及對應的時標先通過無線通信模塊上傳到主節點測量裝置，再通過主節點測量裝置的遠程通訊模塊以每十分鐘的間隔傳送給配電網監控主站，並把這些信息存入數據存儲到存儲模塊中留作備份，方便配電網監控主站的查詢。配電網監控主站接收到這些數據信息後，從配電網自動化系統中得到同一時間下的變電站變壓器中性點電壓，並將同時刻的電壓和電流信息進行比較，就可以得到二者的相位差，進而判斷短路故障在哪個區段上。同時配電網監控主站將接收的數據進行歸類整理，並以畫面的形式顯示出來，方便管理人員進行操作。
[0058]—旦各個子節點測量裝置的電流測量模塊檢測到電流信號瞬時值超過設定的閾值，就立即將該周期電流的幅值和相位信息以及對應的時間先通過無線通信模塊上傳到主節點測量裝置，然後再通過主節點測量裝置的遠通訊模塊傳送給配電網監控主站，配單網監控主站根據傳送來的信息來選擇故障線路，定位故障區段。
[0059]此外，配電網監控主站也可以查詢任意時刻線路的電流信息，具體為:配電網監控主站把要查詢時刻的命令通過遠程通訊模塊發送給線路測量單元的主節點測量裝置，線路的主節點測量裝置通過無線通信模塊與相應的子節點測量裝置通信，從子節點裝置的數據存儲模塊中讀取到相應時刻的電流信息，並把對應時刻的電流信息先通過無線通信模塊傳送到主節點測量裝置，然後主節點測量裝置再把這些數據通過遠程通訊模塊上傳到配電網監控主站，以實現雙向通信，增強了裝置的擴展性能。
[0060]基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統可以在故障進入穩態後確定出故障區段，速度比較理想，但是需要在配電網內安裝一定數量的主節點測量裝置和子節點測量裝置，所確定區段的精度和主節點測量裝置、子節點測量裝置的安裝數目有關，若希望把故障區段確定在一個較小的範圍內，則需要的安裝數目比較大，若只需要確定故障線路的重要分支，則只需安裝在某幾個關鍵測點處即可，在確定了較大範圍的故障區段後，可以利用行波法，阻抗法等輔助手段進一步縮小故障區段的範圍，形式比較靈活，可以根據用戶的實際需求來確定主節點測量裝置和子節點測量裝置的具體安裝數目。
【主權項】
1.一種基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統，其特徵在於:它包括用於檢測三相交流線路電流信息的線路信息測量單元，以及用於控制的配電網監控主站，所述線路信息測量單元與配電網監控主站無線通信連接； 所述線路信息測量單元包括設於三相交流電的B相上、用於監測B相電流的主節點測量裝置，設於三相交流電A相上、用於測量A相電流的第一子節點測量裝置，以及設於三相交流電C相上、用於測量C相電流的第二子節點測量裝置，所述第一子節點測量裝置與第二子節點測量裝置分別與主節點測量裝置無線通信連接，主節點測量裝置則與配電網監控主站無線通信連接。2.根據權利要求1所述的基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統，其特徵在於:所述主節點測量裝置包括作為控制中心的第一主控模塊； 用於採集B相電流信息的第一電流測量模塊，所述第一電流測量模塊固設於三相交流電的B相上，其信號輸出端連接第一主控模塊的信號輸入端； 用於控制配電網電流數據信息同步採集的第一全網定時觸發模塊，所述第一全網定時觸發模塊與第一主控模塊相連； 用於與第一、第二子節點測量裝置相通信的第一無線通信模塊，所述第一無線通信模塊一端與第一主控模塊相連，另一端分別無線連接第一子節點測量裝置與第二子節點測量裝置； 用於與配電網監控主站通信相連的遠程通信模塊，所述遠程通信模塊的一端連接第一主控模塊，另一端無線連接配電網監控主站。3.根據權利要求2所述的基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統，其特徵在於:所述第一子節點控制裝置包括作為控制中心的第二主控模塊； 用於採集A相電流信息的第二電流測量模塊，所述第二電流測量模塊固設於三相交流電的A相上，其信號輸出端連接第二主控模塊的信號輸入端； 用於控制配電網電流數據信息同步採集的第二全網定時觸發模塊，所述第二全網定時觸發模塊與第二主控模塊相連； 用於與主節點測量裝置相通信的第二無線通信模塊，所述第二無線通信模塊一端與第二主控模塊相連，另一端無線連接第一無線通信模塊。4.根據權利要求2或3所述的基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統，其特徵在於:所述第二子節點控制裝置包括作為控制中心的第三主控模塊； 用於採集C相電流信息的第三電流測量模塊，所述第三電流測量模塊固設於三相交流電的C相上，其信號輸出端連接第三主控模塊的信號輸入端； 用於控制配電網電流數據信息同步採集的第三全網定時觸發模塊，所述第三全網定時觸發模塊與第三主控模塊相連； 用於與主節點測量裝置相通信的第三無線通信模塊，所述第三無線通信模塊一端與第三主控模塊相連，另一端無線連接第一無線通信模塊。5.根據權利要求3所述的基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統，其特徵在於:所述主節點測量裝置還包括用於存儲所述的第一電流測量模塊採集的線路電流數據和第一全網定時觸發模塊採集的時間信息的第一存儲模塊，所述第一存儲模塊與第一主控模塊相連接； 所述第一子節點測量裝置還包括用於存儲所述的第二電流測量模塊採集的線路電流數據和第二全網定時觸發模塊採集的時間信息的第二存儲模塊，所述第二存儲模塊與第二主控模塊相連接。6.根據權利要求4所述的基於無線通信的配電網分布式在線監測及故障定位系統，其特徵在於:所述第二子節點測量裝置還包括用於存儲所述的第三電流測量模塊採集的線路電流數據和第三全網定時觸發模塊採集的時間信息的第三存儲模塊，所述第三存儲模塊與第三主控模塊相連接。
【文檔編號】G08C17/02GK205691715SQ201620538161
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月6日 公開號201620538161.0, CN 201620538161, CN 205691715 U, CN 205691715U, CN-U-205691715, CN201620538161, CN201620538161.0, CN205691715 U, CN205691715U
【發明人】王晨, 周毅, 於潤波, 趙忠澤, 李巍, 湯青松
【申請人】國網冀北電力有限公司張家口供電公司, 國家電網公司