CN110441655B - 一种风电场集电线路雷击接地故障监测*** - Google Patents

一种风电场集电线路雷击接地故障监测*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种风电场集电线路雷击接地故障监测***，包括：边缘计算装置，该边缘计算装置包括边缘数据采集单元、边缘计算网关和GPS授时单元；各个边缘数据采集单元在GPS授时单元的授时下进行同步的数据采集后，将数据发送给边缘计算网关，边缘计算网关根据该同步采集的各个数据判断是否产生雷击接地故障，根据各个边缘数据采集单元在集电线路上的连接关系判断雷击接地故障的发生区域。在判定产生雷击接地故障后根据各个边缘数据采集单元在集电线路上的连接关系判断雷击接地故障的产生地点，边缘数据采集单元的安装地点可以根据不同电压级别不同接线方式的风电场进行统一规划设置，相同电压级别和接线方式的风电场的数据可以较好的进行对比分析。

Description

一种风电场集电线路雷击接地故障监测***
技术领域
本发明涉及风电场运维技术领域，具体涉及一种风电场集电线路雷击接地故障监测***。
背景技术
随着风力发电的快速发展，很多风电场选址在旷野、丘陵或高山等地，集电线路长，遭遇雷击的几率较大，雷击放电引起很高的雷电过电压，导致线对地、相间绝缘击穿等，从而造成线路跳闸事故。雷击事故造成的整条集电线路机组停运，会引起电能浪费、维修费用等高昂的经济损失。
现有技术中对雷电的监测大都是在容易遭受雷击的地方设置测量装置，实时测量电流、电压或场强等数据并设置阈值，当判定实时测量的电流、电压或场强超过该设定的阈值时记录该电流、电压或场强数据进行后续分析，或者进行实时的断路动作对线路及设备进行保护。这种方法不仅需要实地了解遭受雷击的简易程度从而选择不同精度的测量装置，而且进行不同地方采集的不同次雷击的雷电数据不利于雷电数据的对比分析。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种风电场集电线路雷击接地故障监测***。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种风电场集电线路雷击接地故障监测***，所述***包括边缘计算装置1，所述边缘计算装置1包括边缘数据采集单元11、边缘计算网关12和GPS授时单元13；
所述边缘数据采集单元11的数量为至少两个，分别设置于所述风电场集电线路的各个设定节点上，采集各个所述节点的电气数据；
所述边缘计算网关12和所述GPS授时单元13均分别与各个所述边缘数据采集单元11连接通信；
各个所述边缘数据采集单元11在所述GPS授时单元13的授时下进行同步的数据采集后，将数据发送给所述边缘计算网关12，所述边缘计算网关12根据同步采集的各个数据判断是否产生雷击接地故障，在判定产生所述雷击接地故障后根据各个所述边缘数据采集单元11在所述集电线路上的连接关系判断所述雷击接地故障的发生区域。
本发明的有益效果是：风电场集电线路的各个节点上设置边缘数据采集单元，该节点可以为各组风电机组的输出点、各组风电机组的连接点、变电站的输入点以及变电站的输出点等，并通过GPS授时单元授时使各个边缘数据采集单元同步采集集电线路的电气数据，可以在判定产生雷击接地故障后根据各个边缘数据采集单元在集电线路上的连接关系判断雷击接地故障的产生地点。边缘数据采集单元的安装地点可以根据不同电压级别不同接线方式的风电场进行统一规划设置，相同电压级别和接线方式的风电场的数据可以较好的进行对比分析。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述节点包括：各组风电机组的输出点、各组风电机组的连接点、变电站的输入点以及变电站的输出点。
所述边缘数据采集单元11包括电流互感器111和电场强度传感器112；
所述电流互感器111用于采集集电线路的电流波形，所述电场强度传感器112用于采集地面的电场强度。
所述边缘计算网关12包括分析模块121、故障录波模块122和无线通信模块123；
所述分析模块121实时分析所述边缘数据采集单元11采集的所述集电线路的电流波形和地面的电场强度判断是否产生所述雷击接地故障；
在所述分析模块121判定产生所述雷击接地故障后，所述故障录波模块122记录故障数据，通过无线通信模块123将所述故障数据发送出去；
所述故障数据包括故障前后所述集电线路的电流波形变化情况。
所述边缘数据采集单元11包括小电流取电电路113，所述小电流取电电路113从所述集电线路取电为所述边缘数据采集单元11提供电能；
所述边缘计算网关12包括为其提供电能的电池124。
所述***还包括IOT云平台2；
所述故障录波模块122记录所述故障数据后通过所述无线通信模块123发送给IOT云平台2；
所述IOT云平台2根据所述边缘计算装置11所在风电场的电压级别和集电线路接线方式对所述故障数据进行分类，将同一电压级别和集电线路接线方式的所述风电场各个节点故障前后电流变化情况与其对应的故障类型和故障发生区域进行匹配后存储。
所述故障录波模块122记录所述故障数据发送给IOT云平台2后；
所述IOT云平台2根据所述边缘计算装置11所在的风电场的电压级别和集电线路接线方式以及所述故障数据，确定所述风电场发生的雷击故障的故障类型和故障发生区域。
所述IOT云平台2根据需求主动向所述边缘计算装置1发送召唤数据请求；
所述边缘计算装置1接收到所述召唤数据请求后将所述边缘数据采集单元11采集的数据发送给所述IOT云平台2。
所述***还包括与所述IOT云平台2通信连接的用户终端3；
所述IOT云平台2在判定所述边缘计算装置1所在风电场产生的所述雷击接地故障的类型和故障发生区域后，将所述雷击接地故障的类型和故障发生区域的信息推送给所述风电场对应的运维检修人员的用户终端3。
所述用户终端3为电脑或者手机，所述信息通过短信、邮件或APP的形式进行推送。
采用上述进一步方案的有益效果是：同一电压级别和集电线路接线方式的风电场受到雷击故障时，获取该类型风电场的相同位置的各个边缘数据采集单元采集的故障数据，即电流变化情况，能更好的进行对比分析，并将该故障数据与故障类型进行匹配存储，得到该电压级别和集电线路接线方式的风电场的发生任一类型的故障时各节点的电流变化情况，在后续收到风电场发送的故障数据后，根据该风电场的电压级别和集电线路接线方式判断风电场的故障类型和故障发生区域，并将该故障类型和故障发生区域以短信、邮件或APP等方式实时推送给对应的运维检修人员，运维检修人员根据情况进行实地检修，减少人工巡线工作量和故障定位时间。
附图说明
图1为本发明提供的一种边缘计算装置的实施例的结构的示意图；
图2为本发明提供的一种云平台数据风电场集电线路雷击接地故障监测***的实施例的结构框图；
图3为本发明提供的一种云平台数据风电场集电线路雷击接地故障监测***的实施例的工作流程图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、边缘计算装置，11、边缘数据采集单元，12、边缘计算网关，121、分析模块，122、故障录波模块，123、无线通信模块，124、电池，13、GPS授时单元，2、IOT云平台，3、用户终端。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明提供一种风电场集电线路雷击接地故障监测***，包括：边缘计算装置1，如图1所示为本发明提供的一种边缘计算装置的实施例的结构的示意图，由图1可知，该边缘计算装置1包括边缘数据采集单元11、边缘计算网关12和GPS授时单元13。
边缘数据采集单元11的数量为至少两个，图1给出了包含三个的实施例，各个边缘数据采集单元11分别设置于风电场集电线路的各个设定节点上，采集该各个节点的电气数据。边缘计算网关12和GPS授时单元13均分别与各个边缘数据采集单元11连接通信。
各个边缘数据采集单元11在GPS授时单元13的授时下进行同步的数据采集后，将数据发送给边缘计算网关12，边缘计算网关12根据该同步采集的各个数据判断是否产生雷击接地故障，在判定产生雷击接地故障后根据各个边缘数据采集单元11在集电线路上的连接关系判断雷击接地故障的产生地点。
本发明提供的一种风电场集电线路雷击接地故障监测***，在风电场集电线路的各个节点上设置边缘数据采集单元，并通过GPS授时单元授时使各个边缘数据采集单元同步采集集电线路的电气数据，可以在判定产生雷击接地故障后根据各个边缘数据采集单元在集电线路上的连接关系判断雷击接地故障的发生区域。边缘数据采集单元的安装地点可以根据不同电压级别不同接线方式的风电场进行统一规划设置，相同电压级别和集电线路接线方式的风电场的数据可以较好的进行对比分析。
实施例1
本发明提供的实施例1为本发明提供的一种风电场集电线路雷击接地故障监测***的实施例，如图2所示为本发明提供的一种云平台数据风电场集电线路雷击接地故障监测***的实施例的结构框图，如图3所示为本发明提供的一种云平台数据风电场集电线路雷击接地故障监测***的实施例的工作流程图，图2和图3可知，该***包括：通过物联网通信连接的边缘计算装置1、IOT(The Internet of Things，物联网)云平台2和用户终端3。
边缘计算装置1包括边缘数据采集单元11、边缘计算网关12和GPS授时单元13。
边缘数据采集单元11的数量为至少两个，分别设置于风电场集电线路的各个设定节点上，该节点可以为各组风电机组的输出点、各组风电机组的连接点、变电站的输入点以及变电站的输出点等。
具体的，边缘数据采集单元11包括电流互感器111、电场强度传感器112和小电流取电电路113。
电流互感器111用于采集集电线路的电流波形，电场强度传感器112用于采集地面的电场强度，小电流取电电路113从集电线路取电为边缘数据采集单元11提供电能。
边缘计算网关12包括分析模块121、故障录波模块122、无线通信模块123和电池124。
分析模块121实时分析电流互感器111和电场强度传感器112采集的集电线路的电流波形和采集地面的电场强度判断是否产生雷击接地故障。
在分析模块121判定产生雷击接地故障后，故障录波模块122记录故障前后集电线路的电流波形变化情况，通过无线通信模块123发送出去。
故障录波模块122为频率不小于4kHZ的高速故障录波模块。
电池124为太阳能电池板或者12V免维护可充电蓄电池，为边缘计算网关12提供电能。
进一步的，分析模块121根据电流互感器111采集的集电线路的电流波形以及电场强度传感器112采集的地面的电场强度判断产生雷击接地故障时，将故障录波模块122记录的故障前后集电线路的电流波形变化情况的故障数据通过无线通信模块123发送出去，无线通信模块123以GPRS/3G/4G通信网络将该故障数据以101或104协议的数据格式传送给IOT云平台2。
IOT云平台2用云环境中的Kafka、Flink、Hadoop等云服务构建大数据平台，提供数据运行存储、计算、分析的工作。具体包括：根据风电场的电压级别和集电线路接线方式对故障数据进行分类，将同一电压级别和集电线路接线方式的风电场各个节点故障前后电流变化情况与其对应的故障类型和故障发生区域进行匹配后存储。该故障类型包括：单相接地和相间接地短路等。
同一电压级别和集电线路接线方式的风电场受到雷击故障时，获取该类型风电场的相同位置的各个边缘数据采集单元11采集的故障数据，即电流变化情况，能更好的进行对比分析，并将该故障数据与故障类型进行匹配存储，该故障类型可以由电流计算得到结果后经工作人员实地确认或修改，得到该电压级别和集电线路接线方式的风电场的发生任一类型的故障时各节点的电流变化情况。
后续，故障录波模块122记录故障数据发送给IOT云平台2后，IOT云平台2根据边缘计算装置1发送的故障前后集电线路的电流波形变化情况的故障数据，判断该边缘计算装置1所在风电场产生的雷击接地故障的类型和故障发生区域。
另外，该IOT云平台2也可以根据需求主动向边缘计算装置1发送召唤数据请求，边缘计算装置1接收到该召唤数据请求后将边缘数据采集单元11采集的数据发送给IOT云平台2。
IOT云平台2在判定边缘计算装置1所在风电场产生的雷击接地故障的类型和故障发生区域后，将该雷击接地故障的类型和故障发生区域的信息推送给该风电场对应的运维检修人员的用户终端3。运维检修人员根据该雷击接地故障的类型判断是否去对应的风电场的故障发生区域进行检修。
用户终端3可以为电脑或者手机，该信息可以通过短信、邮件或APP的形式进行推送。
实际使用过程中，运维检修人员收到风电场的故障类型和故障发生区域进行实地检修后，发现真实的故障类型和故障发生区域与收到的不同，可以在IOT云平台2进行数据算法的调整修改。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种风电场集电线路雷击接地故障监测***，其特征在于，所述***包括边缘计算装置(1)，所述边缘计算装置(1)包括边缘数据采集单元(11)、边缘计算网关(12)和GPS授时单元(13)；
所述边缘数据采集单元(11)的数量为至少两个，分别设置于所述风电场集电线路的各个设定节点上，采集各个所述节点的电气数据；
所述边缘计算网关(12)和所述GPS授时单元(13)均分别与各个所述边缘数据采集单元(11)连接通信；
各个所述边缘数据采集单元(11)在所述GPS授时单元(13)的授时下进行同步的数据采集后，将数据发送给所述边缘计算网关(12)，所述边缘计算网关(12)根据同步采集的各个数据判断是否产生雷击接地故障，在判定产生所述雷击接地故障后根据各个所述边缘数据采集单元(11)在所述集电线路上的连接关系判断所述雷击接地故障的发生区域；
所述节点包括：
各组风电机组的输出点、各组风电机组的连接点、变电站的输入点以及变电站的输出点；
所述边缘数据采集单元(11)包括电流互感器(111)和电场强度传感器(112)；
所述电流互感器(111)用于采集集电线路的电流波形，所述电场强度传感器(112)用于采集地面的电场强度；
所述边缘计算网关(12)包括分析模块(121)、故障录波模块(122)和无线通信模块(123)；
所述分析模块(121)实时分析所述边缘数据采集单元(11)采集的所述集电线路的电流波形和地面的电场强度判断是否产生所述雷击接地故障；
在所述分析模块(121)判定产生所述雷击接地故障后，所述故障录波模块(122)记录故障数据，通过无线通信模块(123)将所述故障数据发送出去；
所述故障数据包括故障前后所述集电线路的电流波形变化情况；
所述***还包括IOT云平台(2)；
所述故障录波模块(122)记录所述故障数据后通过所述无线通信模块(123)发送给IOT云平台(2)；
所述IOT云平台(2)根据所述边缘计算装置(1)所在风电场的电压级别和集电线路接线方式对所述故障数据进行分类，将同一电压级别和集电线路接线方式的所述风电场各个节点故障前后电流变化情况与其对应的故障类型和故障发生区域进行匹配后存储；
同一电压级别和集电线路接线方式的风电场受到雷击故障时，获取该类型风电场的相同位置的各个边缘数据采集单元（11）采集的故障数据，并将该故障数据与故障类型进行匹配存储；
所述故障录波模块(122)记录所述故障数据发送给IOT云平台(2)后；
所述IOT云平台(2)根据所述边缘计算装置(1)所在的风电场的电压级别和集电线路接线方式以及所述故障数据，确定所述风电场发生的雷击故障的故障类型和故障发生区域，故障类型包括：单相接地和相间接地短路；
所述***还包括与所述IOT云平台(2)通信连接的用户终端(3)；
所述IOT云平台(2)在判定所述边缘计算装置(1)所在风电场产生的所述雷击接地故障的类型和故障发生区域后，将所述雷击接地故障的类型和故障发生区域的信息推送给所述风电场对应的运维检修人员的用户终端(3)；
故障类型由电流计算得到结果后经工作人员实地确认或修改，得到该电压级别和集电线路接线方式的风电场的发生任一类型的故障时各节点的电流变化情况。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述边缘数据采集单元(11)包括小电流取电电路(113)，所述小电流取电电路(113)从所述集电线路取电为所述边缘数据采集单元(11)提供电能。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述IOT云平台(2)根据需求主动向所述边缘计算装置(1)发送召唤数据请求；
所述边缘计算装置(1)接收到所述召唤数据请求后将所述边缘数据采集单元(11)采集的数据发送给所述IOT云平台(2)。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述用户终端(3)为电脑或者手机，所述信息通过短信、邮件或APP的形式进行推送。
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