配电线路全参数在线监测及故障识别系统
阅读说明：本技术 配电线路全参数在线监测及故障识别系统 (Full-parameter online monitoring and fault identification system for distribution line ) 是由 刘兴伟 古志伟 赵晓禹 张锁仁 刘永祥 于照宽 邵宗卫 徐超利 张卫康 于 2021-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了配电线路全参数在线监测及故障识别系统,属于配网线路故障检测技术领域,包括对配网线路运行工况监测现状的调研与分析、关键技术研究与开发、传感器安装和系统部署应用,所述对配网线路运行工况监测现状包括配网线路运行工况在线监测现状和配网线路故障定位查找现状,关键技术包括传感器带电拆装、电容分压测量和取能、线路故障检测及预警的边缘算法和线路接地故障判断算法；所述系统部署方案中每条线路安装有多个全参数电流采集传感器和全参数电压采集传感器。本发明可实现对配网线路运行工况实时监测和预警,对线路接地、短路故障实现快速、准确查找和定位,大大减少配网运维人员的检修时间,提高安全生成效率。(The invention discloses a distribution line full-parameter online monitoring and fault recognition system, which belongs to the technical field of distribution network line fault detection, and comprises investigation and analysis of the current monitoring situation of the operation condition of a distribution network line, key technology research and development, sensor installation and system deployment application, wherein the current monitoring situation of the operation condition of the distribution network line comprises the current online monitoring situation of the operation condition of the distribution network line and the current fault location and search situation of the distribution network line; each line in the system deployment scheme is provided with a plurality of full-parameter current acquisition sensors and full-parameter voltage acquisition sensors. The invention can realize real-time monitoring and early warning of the operation condition of the distribution network line, realize quick and accurate search and positioning of line grounding and short-circuit faults, greatly reduce the maintenance time of distribution network operation and maintenance personnel and improve the safety generation efficiency.)
技术领域
本发明属于配网线路故障检测技术领域，具体是配电线路全参数在线监测及故障识别系统。
背景技术
现有配网线路故障检测设备大多根据检测电流变化判断线路故障，这种判断原理对于短路故障还比较有效，而对于接地故障，因为国内大多数配网线路均采用小电流接地系统(中性点不接地或中性点经消弧线圈接地)，线路发生单相接地时，接地电流很小，特征不明显，所以经常发生误报或者漏报。对于外施信号型故障检测终端，虽然判断较为准确，但是因为其只能在故障发生后，给系统施加一个特殊信号，各监测点根据该特殊信号判断是否为故障线路，因此其只能判断永久性故障，而对于瞬时性故障束手无策。另外外施信号可能产生对谐波等污染影响线路电能质量。常规架空型故障检测装置，采集单元一版采用电流感应取电，对于轻载线路，线路负荷小于5A时，基本无法取到能量或者取能不足无法正常工作；而其汇集单元一般采用太阳能供电，受天气因素影响太大。而采集单元因为采用感应取电，能量有限，因此只能选用低功耗芯片与低功耗通讯方式，其上送给汇集单元的信息有限，不能实时采集上次波形信息。采集单元分别采集三相电流波形，要合成零序电流需保证三相同步采样，当前大多数产品同步误差较大，即使目前部分厂家宣称利用GPS/北斗同步校时，而由于三相采集单元独立运行，时间同步误差仍然存在。因为常规故障检测装置只能采集电流信息而无法采集电压信息，因此汇集单元无法计算线路三相功率、谐波、线损、功率因数等数据信息，更无法研究线路的过压、欠压、断线、绝缘降低等预警事件。
发明内容
本发明的目的在于提供配电线路全参数在线监测及故障识别系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
配电线路全参数在线监测及故障识别系统，包括对配网线路运行工况监测现状的调研与分析、关键技术研究与开发、传感器安装和系统部署应用，所述对配网线路运行工况监测现状包括配网线路运行工况在线监测现状和配网线路故障定位查找现状，关键技术包括传感器带电拆装、电容分压测量和取能、线路故障检测及预警的边缘算法和线路接地故障判断算法，系统部署包括全参数采集传感器和智能线路故障检测装置安装，以及云端大数据分析平台暨主站可视化软件部署；所述系统部署方案中每条线路安装有多个全参数电流采集传感器和全参数电压采集传感器，每套传感器对应一台智能线路故障检测及预警装置，全参数电流传感器和全参数电压传感器的输出端电性连接有计算单元，计算单元的输出端通过4G网络连接到云端主站。
作为本发明的进一步方案：所述智能线路故障检测装置作为全参数电压采集传感器、全参数电流采集传感器的数据汇集和边缘计算单元，内置GPS/北斗双模对时模块和多类型通讯模块。
作为本发明的进一步方案：所述全参数采集传感器包括全参数电流采集传感器和全参数电压采集传感器。
作为本发明的再进一步方案：所述云端主站通过Web页面、手机APP实现线路故障告警及定位显示、线路监测图形显示、线路工况信息实时显示、告警短信推送及APP消息推送以及故障时刻传感器采集的线路暂态波形数据显示等功能。
与现有技术相比，本发明可实现对配网线路运行工况实时监测和预警，对线路接地、短路故障实现快速、准确查找和定位，最终通过大数据分析实现对监测线路科学、准确的现场管理，大大减少配网运维人员的检修时间，提高安全生成效率。大大提高配网线路运行可靠性，实现配网安全可靠运行和管理。如能大范围推广应用，可显著降低供电公司配网维护成本、人员巡视成本，提升线路运行状态管控水平。同时为领导下一步决策提供重要依据，对配网运行管理过程中的合理资源调配以及宏观经济决策起到重要作用。
附图说明
图1为配电线路全参数在线监测及故障识别系统的技术路线流程图。
图2为配电线路全参数在线监测及故障识别系统的总体部署架构图。
图3为配电线路全参数在线监测及故障识别系统中线路运行工况实时监测数据列表图。
图4为配电线路全参数在线监测及故障识别系统中线路运行工况实时监测曲线图。
图5为配电线路全参数在线监测及故障识别系统中线路运行工况实时监测柱状图。
图6为配电线路全参数在线监测及故障识别系统中线路运行工况实时监测扇形图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
请参阅图1-6，配电线路全参数在线监测及故障识别系统，包括对配网线路运行工况监测现状的调研与分析、关键技术研究与开发、传感器安装和系统部署应用。
所述对配网线路运行工况监测现状包括配网线路运行工况在线监测现状和配网线路故障定位查找现状，关键技术包括传感器带电拆装、电容分压测量和取能、线路故障检测及预警的边缘算法和线路接地故障判断算法，系统部署包括全参数采集传感器和智能线路故障检测装置安装，以及云端大数据分析平台暨主站可视化软件部署。
所述全参数采集传感器包括全参数电流采集传感器和全参数电压采集传感器，全参数电流采集传感器采用一体化结构设计，含开口CT、穿刺钢针，实时高精度检测线路电流，并实现取能，自身工作电源由高压电容取能提供；全参数电流采集传感器的特点是可带电装卸，和导线接触紧密、可靠，采样信号准确度高；全参数电压采集传感器采用高压电容分压方式测量，内置电流信号的高低压隔离装置和自取能模块，电流采集传感器采集的高压侧电流信号，经物理隔离后接入电压采集传感器内置的二次侧电流采集模块，输出低压二次侧模拟信号；取能部分采用高压电容限流，变压器、AC-DC，DC-DC、超级电容储能后供电输出。
所述系统部署方案中每条线路安装有多个全参数电流采集传感器和全参数电压采集传感器，每套传感器对应一台智能线路故障检测及预警装置，全参数电流传感器和全参数电压传感器的输出端电性连接有计算单元，计算单元的输出端通过4G网络连接到云端主站，云端主站通过大数据分析和智能算法判定故障发生位置和工况预警位置，用户可通过手机App或Web页面查看相关信息。
所述智能线路故障检测装置作为全参数电压采集传感器、全参数电流采集传感器的数据汇集和边缘计算单元，利用取能模块提供供电，内置GPS/北斗双模对时模块和多类型通讯模块，通过高频率采样全参数电压采集传感器、全参数电流采集传感器提供的电压、电流信号，实现全电量参数计量；通过实时监测电压采样数据合成零序电压，根据零序电压突变和相电流变化综合分析算法判断和定位线路地故障；通过异常工况判断模型监测线路过压、过流、欠压、断相等事件并进行告警，边缘计算数据经筛选过滤后以主动上报或主站召唤的形式通过4G或NB-LoT网络上送至云端主站。
所述云端主站作为边缘计算终端的大数据分析后台，接收智能线路故障检测装置上送的线路运行数据、异常工况数据、线路隐患和故障数据，结合线路拓扑结构进行大数据分析，并完成分析结果的实时存储、展示、消息推送等功能；云端主站通过Web页面、手机APP实现线路故障告警及定位显示、线路监测图形显示、线路工况信息实时显示、告警短信推送及APP消息推送以及故障时刻传感器采集的线路暂态波形数据显示等功能，并提供线路运行工况信息、电能质量分析及预警信息等报表打印功能。
所述云端主站主要包括以下几点功能：
(1)线路运行工况实时监测：以数据列表、曲线图、柱状图等方式展示边缘计算终端上送的线路各采集点的三相电流、电压、功率、功率因数、电量、谐波等运行工况信息，实现对线路运行工况的全方位分析和监测；
(2)电能质量分析及预警：实现对线路各监测点的过流、失流、过压、失压、三相不平衡等线路运行工况异常数据实时分析和展示，及时报出预警信息，防止运行工况异常进一步发展成线路故障；
(3)线路接地、短路故障定位：云端主站综合分析各边缘计算终端上送的接地、短路告警数据和故障时刻电压、电流波形数据，结合线路拓扑结构利用大数据分析算法，最终判断出接地、短路故障发生区段，实现线路接地、短路故障精准定位；
(4)线路故障告警图形化展示：主站通过大数据分析得出故障位置后可通过线路拓扑图和地理信息图进行图形展示和告警；
(5)短信告警及APP消息推送：当系统发生接地、短路故障或运行工况异常预警时，云端主站根据线路运维人员权限进行手机短信告警或APP消息推送告警；
(6)历史查询功能：云端主站存储线路运行工况信息、故障告警信息等，并提供历史查询页面；
(7)传感器及智能线路故障检测装置参数配置：云端主站提供参数配置页面实现对线路上各采集传感器和边缘计算终端的各项参数配置和整定。
本发明的工作原理：首先结合配网运行工况监测现状的调研与分析，提出研究线路全参数采集传感器和智能线路故障检测及预警装置，然后针对具体需求开展关键技术研究和研发，攻克传感器在架空线路实现带电拆装、电容分压测量和取能自供电等技术，解决监测数据稳定传输以及智能线路故障检测及预警装置的故障预警识别算法等关键问题，最后进行传感器带电安装，系统在云端部署。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下作出各种变化。
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