CN115308528B - 基于物联网技术的单相接地故障精确定位的智能馈线终端 - Google Patents

基于物联网技术的单相接地故障精确定位的智能馈线终端 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的单相接地故障精确定位***，其中馈线终端FTU和故障传感器均至少包括一个，馈线终端FTU和故障传感器均与边缘网关ZFTU相连；故障传感器和馈线终端FTU均采集所在线路上的开关位置信息、零序电压和零序电流并进行录波，通过无线通信的方式发送至馈线终端ZFTU；根据零序电压波形和零序电流波形的故障特征判断所发生的故障是否属于界内，并通过无线通信的方式将判断结果发送至边缘网关ZFTU；馈线终端FTU还接收边缘网关ZFTU的控制信息，根据控制信息控制驱动开关的分合动作；边缘网关ZFTU获取并汇总分析所有的故障传感器和馈线终端FTU判断的故障信息结果，定位故障发生区域。本发明利能够精确判断故障区段，进行故障切除。

Description

基于物联网技术的单相接地故障精确定位的智能馈线终端
技术领域
本发明涉及电力***技术领域，更具体的说是涉及基于物联网技术的单相接地故障精确定位的智能馈线终端。
背景技术
我国目前的电网结构中，根据线路的中心点接地方式的不同可以分为以下几种不同的接地方式：(1)中性点直接接地；(2)中性点经高阻接地；(3)中性点经消弧线圈接地；(4)中性点不接地。
在小电流接地***中发生单相接地后，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压却依然对称，因面不影响对用户的连续供电，***仍可运行1～2h。这也是小电流接地***的最大的优点，然而新的标准规定“带故障运行2小时已经不适应现在配电网安全稳定运行的要求，在躲过瞬时接地故障后，应快速就近隔离故障”。
线路上安装了控制设备或者故障指示设备，控制设备没有针对单相接地故障做特别有效的故障处理，导致目前安装的控制设备(如FTU)对单相接地故障无法适应；故障指示器的发展是目前解决单相接地问题的主流方法和技术，但是故障指示器无法就地就近切除故障，容易造成故障范围扩大，或者引起更多的设备故障，或者火灾等。
因此，如何提出一种基于物联网技术的单相接地故障精确定位的智能馈线终端是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于物联网技术的单相接地故障精确定位的智能馈线终端
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于物联网技术的单相接地故障精确定位***，包括：馈线终端FTU、故障传感器和边缘网关ZFTU；
所述馈线终端FTU和所述故障传感器均至少包括一个，所述馈线终端FTU和所述故障传感器均与所述边缘网关ZFTU相连；
所述故障传感器，用于采集所在线路上的零序电压和零序电流并进行录波，通过无线通信的方式发送至所述馈线终端ZFTU；根据所述零序电压波形和所述零序电流波形的故障特征判断所发生的故障是否属于界内，并通过无线通信的方式将判断结果发送至所述边缘网关ZFTU；
所述馈线终端FTU，用于采集所在线路上的开关位置信息、零序电压和零序电流并进行录波，通过无线通信的方式发送至所述馈线终端ZFTU；根据所述零序电压波形和所述零序电流波形的故障特征判断所发生的故障是否属于界内，并通过无线通信的方式将判断结果发送至所述边缘网关ZFTU；还用于接收所述边缘网关ZFTU的控制信息，根据所述控制信息控制驱动开关的分合动作；
所述边缘网关ZFTU，用于获取并汇总分析所有的所述故障传感器和馈线终端FTU判断的故障信息结果，定位故障发生区域。
优选的，每个所述故障传感器中均包括：故障采集录波单元、故障判断单元和无线通信单元，所述故障采集录波单元、所述故障判断单元和所述无线通信单元依次连接；
所述故障采集录波单元，用于采集所在线路上的所述零序电压和所述零序电流并进行录波；
所述故障判断单元，用于根据所述零序电压波形和所述零序电流波形的故障特征判断所发生的故障是否属于界内；
所述无线通信单元，用于将故障判断结果、所述零序电压、所述零序电流和波形数据通过无线通信的方式发送至边缘网关ZFTU。
优选的，每个所述馈线终端FTU中均包括：故障采集录波单元、故障判断单元、开关采集单元、驱动单元和无线通信单元；
所述故障采集录波单元，用于采集所在线路上的所述零序电压和所述零序电流并进行录波；
所述故障判断单元，用于根据所述零序电压波形和所述零序电流波形的故障特征判断所发生的故障是否属于界内；
所述开关采集单元，用于采集所在线路上的开关位置信息；
所述驱动单元，用于接收所述边缘网关ZFTU的控制信息，根据所述控制信息控制驱动开关的分合动作；
所述无线通信单元，用于将开关位置信息、故障判断结果、所述零序电压、所述零序电流和波形数据通过无线通信的方式发送至边缘网关ZFTU，并将控制开关分合动作的控制信息发送给所述驱动单元。
优选的，所述馈线终端FTU还包括CPU、采样单元和GPS/北斗对时单元；
所述CPU分别与所述故障判断单元、所述无线通信单元、所述采样单元和所述GPSS/北斗对时单元相连，用于控制各个单元完成工作；
所述采样单元与所述故障传感器相连，用于对所述故障传感器进行采样；
所述GPS/北斗对时单元，用于对自身实现定位并完成对时。
优选的，所述馈线终端FTU还包括电源、显示器、LED灯和按键；
电源，用于对所述馈线终端FTU进行供电；
所述显示器与所述CPU通过串口相连，用于显示相关数据信息；
所述LED灯与所述电源相连，用于指示是否通电；
所述按键与所述CPU相连，用于输入信息或向所述CPU发送控制指令。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于物联网技术的单相接地故障精确定位***，本发明利用物联网技术，将故障传感器数据传输至馈线终端FTU，馈线结合线路多点故障信号、零序电压和零序电流录波数据进行综合分析，采用零序电流分析进行选段和定区间，能够精确判断故障区段，进而快速完成故障切除。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的馈线终端FTU结构示意图；
图2为本发明实施例提供的故障线路示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种基于物联网技术的单相接地故障精确定位***，包括：馈线终端FTU、故障传感器和边缘网关ZFTU；
馈线终端FTU和故障传感器均至少包括一个，馈线终端FTU和故障传感器均与边缘网关ZFTU相连；
故障传感器，用于采集所在线路上的零序电压和零序电流并进行录波，通过无线通信的方式发送至馈线终端ZFTU；根据零序电压波形和零序电流波形的故障特征判断所发生的故障是否属于界内，并通过无线通信的方式将判断结果发送至边缘网关ZFTU；
馈线终端FTU，用于采集所在线路上的开关位置信息、零序电压和零序电流并进行录波，通过无线通信的方式发送至馈线终端ZFTU；根据零序电压波形和零序电流波形的故障特征判断所发生的故障是否属于界内，并通过无线通信的方式将判断结果发送至边缘网关ZFTU；还用于接收边缘网关ZFTU的控制信息，根据控制信息控制驱动开关的分合动作；
边缘网关ZFTU，用于获取并汇总分析所有的故障传感器和馈线终端FTU判断的故障信息结果，定位故障发生区域。
为了进一步实施上述技术方案，每个故障传感器中均包括：故障采集录波单元、故障判断单元和无线通信单元，故障采集录波单元、故障判断单元和无线通信单元依次连接；
故障采集录波单元，用于采集所在线路上的零序电压和零序电流并进行录波；
故障判断单元，用于根据零序电压波形和零序电流波形的故障特征判断所发生的故障是否属于界内；
无线通信单元，用于将故障判断结果、零序电压、零序电流和波形数据通过无线通信的方式发送至边缘网关ZFTU。
为了进一步实施上述技术方案，每个馈线终端FTU中均包括：故障采集录波单元、故障判断单元、开关采集单元、驱动单元和无线通信单元；
故障采集录波单元，用于采集所在线路上的零序电压和零序电流并进行录波；
故障判断单元，用于根据零序电压波形和零序电流波形的故障特征判断所发生的故障是否属于界内；
开关采集单元，用于采集所在线路上的开关位置信息；
驱动单元，用于接收边缘网关ZFTU的控制信息，根据控制信息控制驱动开关的分合动作；
无线通信单元，用于将开关位置信息、故障判断结果、零序电压、零序电流和波形数据通过无线通信的方式发送至边缘网关ZFTU，并将控制开关分合动作的控制信息发送给驱动单元。
在本实施例中无线通信单元均为4G移动通信方式。
为了进一步实施上述技术方案，馈线终端FTU还包括CPU、采样单元和GPS/北斗对时单元；
CPU分别与故障判断单元、无线通信单元、采样单元和GPSS/北斗对时单元相连，用于控制各个单元完成工作；
采样单元与故障传感器相连，用于对故障传感器进行采样；
GPS/北斗对时单元，用于对自身实现定位并完成对时。
为了进一步实施上述技术方案，馈线终端FTU还包括电源、显示器、LED灯和按键；
电源，用于对馈线终端FTU进行供电；
显示器与CPU通过串口相连，用于显示相关数据信息；
LED灯与电源相连，用于指示是否通电；
按键与CPU相连，用于输入信息或向CPU发送控制指令。
在本实施例中，CPU采用AM3352芯片，显示器采用STM32F103芯片，电源采用24V额定输入，范围为18-36V；
开入量，采用光电隔离；具备11路开入量；
开出量为3路，遥控合闸、遥控分闸，储能共3路遥控信号；
2路网口，通过CPU的FSMC扩展；
本实施例的馈线终端FTU架构如图1所示，其中核心板用于安装CPU、sram和FLASH等芯片，为整个***的核心，主板包括核心板在内，又包括串口、网口、开入、开出等***设备，模拟板为采集电压电流传感器、直流量采样等器件。
下面将结合实例来对本发明进行进一步说明：
配置不同的故障传感器和馈线终端FTU传输到某一个固定的边缘网关ZFTU，ZFTU具有边缘计算能力，能够将数据信息综合分析判断。单相接地故障信息在一条线路上所有设备都会捕捉到故障特征，如果故障信息在设备上游，或者不在本设备供电区域，则报界外故障；如果故障信息在下游，或者在本设备供电区域，则报界内故障；
如图2线路上布置1台增强型FTU，6台普通FTU，14台传感器；当某一点故障发生时，FTU和故障传感器会根据故障特征自己判断故障，并且将故障信号发送给边缘网关ZFTU；ZFTU接收到FTU终端和传感器信号后，结合拓扑进行判断；
若图中故障处发生单相接地故障；FTU1-6发送故障信息到ZFTU终端，传感器LTU1-11发送故障信息到ZFTU智能终端；ZFTU通过所有故障信息汇总，按照故障特征：故障路径的的首半波的特征是零序电压和零序电流方向相反；非故障路径的零序电压和零序电流方向相同；经过分析FTU1和LTU1，LTU2，LTU4,LTU6在故障路径上，报出界内故障信号以及故障波形特征；其他终端是报出界外故障，并且波形特征是界外特征；确认是LTU6和LTU9(LTU8)之间。
ZFTU来进行分析判断：判断故障的过程中可能会有误判断的终端，ZFTU根据其他终端的数据分析，以及多点波形特征数据的对比；选择性的放弃一些数据，使用物联网区域化数据分析实现故障的精确定位，提高故障判断的准确率，减少故障查找的时间。
安装的设备越多，故障定位会越精准，同时采用FTU和传感器相结合的方式，也是可以提高定位区段精度，同时降低成本。
本发明基于现有的FTU电路和功能，增加设备间通讯功能和故障信号、还有零序电压，零序电流录波数据，通讯采用无线通讯的方式，使得设备间数据能够交互，将线路多点的数据集中至一起，综合判断分析数据；FTU和故障传感器自身拥有故障录波功能，先是单点录波数据进行判断故障，将故障信号上传至FTU馈线终端(边缘网关)；方案将多点故障录波数据进行分析，判断出单相接地故障相和故障区段。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种基于物联网技术的单相接地故障精确定位***，其特征在于，包括：馈线终端FTU、故障传感器和边缘网关ZFTU；
所述馈线终端FTU和所述故障传感器均至少包括一个，所述馈线终端FTU和所述故障传感器均与所述边缘网关ZFTU相连；
所述故障传感器，用于采集所在线路上的零序电压和零序电流并进行录波，通过无线通信的方式发送至所述边缘网关ZFTU；根据所述零序电压波形和所述零序电流波形的故障特征判断所发生的故障是否属于界内，并通过无线通信的方式将判断结果发送至所述边缘网关ZFTU；
每个所述故障传感器中均包括：故障采集录波单元、故障判断单元和无线通信单元，所述故障采集录波单元、所述故障判断单元和所述无线通信单元依次连接；
所述故障采集录波单元，用于采集所在线路上的所述零序电压和所述零序电流并进行录波；
所述故障判断单元，用于根据所述零序电压波形和所述零序电流波形的故障特征判断所发生的故障是否属于界内；
所述无线通信单元，用于将故障判断结果、所述零序电压、所述零序电流和波形数据通过无线通信的方式发送至边缘网关ZFTU；
所述馈线终端FTU，用于采集所在线路上的开关位置信息、零序电压和零序电流并进行录波，通过无线通信的方式发送至所述边缘网关ZFTU；根据所述零序电压波形和所述零序电流波形的故障特征判断所发生的故障是否属于界内，并通过无线通信的方式将判断结果发送至所述边缘网关ZFTU；还用于接收所述边缘网关ZFTU的控制信息，根据所述控制信息控制驱动开关的分合动作；
所述馈线终端FTU中包括：故障采集录波单元、故障判断单元、开关采集单元、驱动单元和无线通信单元；
所述故障采集录波单元，用于采集所在线路上的所述零序电压和所述零序电流并进行录波；
所述故障判断单元，用于根据所述零序电压波形和所述零序电流波形的故障特征判断所发生的故障是否属于界内；
所述开关采集单元，用于采集所在线路上的开关位置信息；
所述驱动单元，用于接收所述边缘网关ZFTU的控制信息，根据所述控制信息控制驱动开关的分合动作；
所述无线通信单元，用于将开关位置信息、故障判断结果、所述零序电压、所述零序电流和波形数据通过无线通信的方式发送至边缘网关ZFTU，并将控制开关分合动作的控制信息发送给所述驱动单元；
所述馈线终端FTU中还包括CPU、采样单元和GPS/北斗对时单元，所述CPU分别与所述故障判断单元、所述无线通信单元、所述采样单元和所述GPS/北斗对时单元相连，用于控制各个单元完成工作；所述采样单元与所述故障传感器相连，用于对所述故障传感器进行采样；所述GPS/北斗对时单元，用于对自身实现定位并完成对时；
所述边缘网关ZFTU，用于获取并汇总分析所有的所述故障传感器和馈线终端FTU判断的故障信息结果，定位故障发生区域；若判断故障时存在误判断的终端，则所述边缘网关ZFTU根据其他终端的数据分析，以及多点波形特征数据的对比，选择性的放弃部分数据，使用物联网区域化数据分析实现故障的精确定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网技术的单相接地故障精确定位***，其特征在于，所述馈线终端FTU还包括电源、显示器、LED灯和按键；
电源，用于对所述馈线终端FTU进行供电；
所述显示器与所述CPU通过串口相连，用于显示相关数据信息；
所述LED灯与所述电源相连，用于指示是否通电；
所述按键与所述CPU相连，用于输入信息或向所述CPU发送控制指令。
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