CN115589071A - 一种故障指示器及配电网线路故障判定方法 - Google Patents

一种故障指示器及配电网线路故障判定方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力电子技术领域，公开了一种故障指示器及配电网线路故障判定方法，包括边缘计算单元、汇集单元、采集单元。边缘计算单元安装在母线处，可以采集母线零序电压，准确识别线路接地故障，支持汇集同段母线汇集单元数据。当线路发生单相接地故障时，边缘计算单元检测零序电压越限，识别到接地故障，向汇集单元发送触发录波命令，汇集单元收到录波命令后，召读采集单元采集存储的故障时刻电场和电流数据并合成波形，汇集单元将合成的波形上传给边缘计算单元，边缘计算单元分析通段母线故障波形数据，识别接地故障位置并进行告警，有效解决10kV线路单相接地故障识别准确率低的问题。

Description

一种故障指示器及配电网线路故障判定方法
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种故障指示器及配电网线路故障判定方法。
背景技术
随着电力***高速发展，用电可靠性面临越来越高的要求，10kV配电网停电时间的长短越来越成为评价用电可靠性的重要指标，10kV配电网线路故障一般是短路及接地故障。且伴随着电力事业的快速发展，电力线路和电网越来越密集，电力资源形势严峻，电缆线路的畅通至关重要，若发生电力故障，则会给人们带来了巨大的经济损失，而故障指示器可以有效地解决了这一问题，配电线路故障指示器是指安装在配电线路上，用于检测线路短路故障和单相接地故障，并发出报警信息的装置依靠传统故障指示器。
目前短路故障已基本实现准确识别和告警，但是单相接地故障识别准确率一直比较低。因此，如何设计一款提高故障识别准确率的设备及方法，是当前需要解决的重要问题。
发明内容
本发明目的在于解决单相接地故障识别准确率低的问题，提供了一种故障指示器及配电网线路故障判定方法，在准确识别短路故障的同时，还能准确识别单相接地故障。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种故障指示器，包括边缘计算单元、汇集单元和采集单元；
采集单元包括A相采集单元、B相采集单元以及C相采集单元，安装在架空配电线路上，用于实时采集配电线路的电场和电流数据并上传采集数据至汇集单元；每个采集单元内部具体包括MCU以及同MCU连接的无线通讯模块、电源管理模块、存储模块；
汇集单元安装在电线杆上，用于接收所述采集单元上传的采集数据、将采集的数据合成波形并上传至边缘计算单元；汇集单元内部具体包括MCU以及同MCU连接的无线通讯模块、GPRS模块、北斗/GPS对时模块、加密模块；
边缘计算单元安装在母线处，用于：
1）实时采集母线零序电压并连续存储带有时间标签的瞬时零序电压波形，检测零序电压越限情况，识别是否出现接地故障；
2）汇集同一段母线区域内的故障数据并基于此进行单相接地故障判断；
3）发送单相接地故障位置信息与报警信息至各节点；
边缘计算单元内部具体包括核心板以及同核心板连接的零序采集单元、GPRS模块、北斗/GPS对时模块、加密模块、无线通讯模块、存储模块、电源模块。
优选地，对于其采集单元：
无线通讯模块用于上传采集数据至汇集单元；
电源管理模块用于管理采集单元采用小电流自取电的供电方式，并在模块中辅以超级电容作为主电源；
存储模块用于循环存储数据。
优选地，对于其汇集单元：
无线通讯模块用于汇集单元和采集单元之间的无线通讯；
GPRS模块用于汇集单元和边缘计算单元间的GPRS通信；
北斗/GPS对时模块用于通过全球导航卫星***定位获得准确的时间和定位信息；
加密模块用于实现对采用APN/VPDN的专用加密通道中的数据进行加密传输。
优选地，对于其边缘计算单元：
核心板支持数据汇集及边缘计算，对线路故障数据进行分析和计算，识别故障特征，进行故障判断；零序采集单元支持零序电压采样及录波；
GPRS模块用于汇集单元和边缘计算单元间的GPRS通信；
北斗/GPS对时模块用于通过全球导航卫星***定位获得准确的时间和定位信息；
加密模块用于实现对采用APN/VPDN的专用加密通道中的数据进行加密传输；
无线通讯模块用于支持通过调试软件对边缘计算单元进行维护；
存储模块用于循环存储数据；
电源模块支持AC220V和DC24V两种供电方式。
优选地，所述边缘计算单元、汇集单元的北斗/GPS对时精度达到微秒级。
优选地，所述边缘计算单元、汇集单元的无线通讯模块为4G或5G通信模块。
一种配电网线路故障判定方法，具体流程如下：
当线路发生短路故障时，故障指示器采集单元发现短路故障，通过无线通讯模块将短路故障数据发送给故障指示器汇集单元；故障指示器汇集单元收到短路故障数据后，通过GPRS模块将短路故障数据上传给故障指示器边缘计算单元；故障指示器边缘计算单元收到短路故障数据后对数据进行分析，输出故障结论与位置；
当线路发生单相接地故障时，故障指示器边缘计算单元中的零序采集单元采集线路零序电压并合成线路零序电压波形传至核心板；核心板检测到零序电压越限，即识别到线路发生接地故障；核心板通过GPRS模块发送录波命令给故障指示器汇集单元；故障指示器汇集单元通过无线通讯模块召读故障指示器采集单元内的线路接地故障数据；故障指示器汇集单元通过GPRS模块上传线路接地故障数据给边缘故障指示器边缘计算单元核心板；故障指示器边缘计算单元核心板对故障数据进行分析、判断，输出故障结论与位置。
本发明的有益技术效果：首先本发明可以采集母线零序电压，相比传统故障指示器故障识别方式，本故障指示器边缘计算单元通过内部电压采样模块直接对母线零序电压进行分析可以准确识别接地故障；其次边缘计算单元、汇集单元支持北斗/GPS对时，us级对时精度，保证故障数据的全网同步，最后采集单元支持循环存储不低于1h线路电场和电流数据，保证了故障数据不会遗漏，可有效解决单相接地故障识别准确率低和传统故障指示器漏波形、误报、漏报的问题。总体而言，本发明具有很强的工程实用性。
附图说明
图1是本发明所述的一种故障指示器的安装示意图。
图2是本发明所述的一种故障指示器的整体结构图。
附图标记：1-边缘计算单元；2-汇集单元；3-采集单元。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定本发明。
实施例：
如图1所示，一种故障指示器，包括边缘计算单元1、汇集单元2和采集单元3。
如图2所示，采集单元3包括A相采集单元、B相采集单元以及C相采集单元，安装在架空配电线路上，用于实时采集配电线路的电场和电流数据并上传采集数据至汇集单元2；每个采集单元3内部具体包括MCU以及同MCU连接的4G无线通讯模块（用于上传采集数据至汇集单元2）、电源管理模块（用于管理采集单元3采用小电流自取电的供电方式，并在模块中辅以超级电容作为主电源）、存储模块（支持循环存储不低于1小时的数据）；
汇集单元2安装在电线杆上，用于接收所述采集单元3上传的采集数据、将采集的数据合成波形并上传至边缘计算单元；汇集单元2内部具体包括MCU以及同MCU连接的4G无线通讯模块（用于汇集单元2和采集单元3之间的无线通讯，汇集单元通过4G无线通讯模块给采集单元对时）、GPRS模块（用于汇集单元2和边缘计算单元1间的GPRS通信）、北斗/GPS对时模块（用于通过全球导航卫星***定位获得准确的时间和定位信息，对时精度达到us级）、加密模块（用于实现对采用APN/VPDN的专用加密通道中的数据进行加密传输）；
边缘计算单元1安装在母线处，用于：
1）实时采集母线零序电压并连续存储带有时间标签的瞬时零序电压波形，检测零序电压越限情况，识别是否出现接地故障；
2）汇集同一段母线区域内的故障数据并基于此进行单相接地故障判断；
3）发送单相接地故障位置信息与报警信息至各节点；
边缘计算单元1内部具体包括T3核心板以及同T3核心板连接的零序采集单元3、GPRS模块（用于汇集单元2和边缘计算单元1间的GPRS通信）、北斗/GPS对时模块（用于通过全球导航卫星***定位获得准确的时间和定位信息，对时精度达到us级）、加密模块（用于实现对采用APN/VPDN的专用加密通道中的数据进行加密传输）、4G无线通讯模块（用于支持通过调试软件对边缘计算单元1进行维护）、存储模块（支持循环存储不低于2小时的数据）、电源模块（隔离电源，支持AC220V和DC24V两种供电方式，给箱体指示灯、加密模块与后级电源供电）。
通常地，一个边缘计算单元1匹配100个左右的汇集单元与300个左右的采集单元；
配电网线路短路故障判定具体流程如下：
Sa1，线路发生短路故障，故障指示器采集单元发现短路故障，通过4G无线通讯模块将短路故障数据发送给故障指示器汇集单元；
Sa2，故障指示器汇集单元收到短路故障数据后，通过GPRS模块将短路故障数据上传给故障指示器边缘计算单元1；
Sa3，故障指示器边缘计算单元1收到短路故障数据后对数据进行分析，输出故障结论与位置。
配电网线路单相接地故障判定具体流程如下：
Sb1，线路发生单相接地故障，故障指示器边缘计算单元1中的零序采集单元采集线路零序电压并合成线路零序电压波形传至T3核心板；
Sb2，T3核心板检测到零序电压越限，即识别到线路发生接地故障；
Sb3，T3核心板通过GPRS模块发送录波命令给故障指示器汇集单元；
Sb4，故障指示器汇集单元通过4G无线通讯模块召读故障指示器采集单元内的线路接地故障数据；
Sb5，故障指示器汇集单元通过GPRS模块上传线路接地故障数据给边缘故障指示器边缘计算单元1T3核心板；
Sb6，故障指示器边缘计算单元1T3核心板对故障数据进行分析、判断，输出故障结论与位置。
上述实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可做出各种变换和变化以得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应归入本发明的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种故障指示器，其特征在于，包括边缘计算单元、汇集单元和采集单元；
采集单元包括A相采集单元、B相采集单元以及C相采集单元，安装在架空配电线路上，用于实时采集配电线路的电场和电流数据并上传采集数据至汇集单元；每个采集单元内部具体包括MCU以及同MCU连接的无线通讯模块、电源管理模块、存储模块；
汇集单元安装在电线杆上，用于接收所述采集单元上传的采集数据、将采集的数据合成波形并上传至边缘计算单元；汇集单元内部具体包括MCU以及同MCU连接的无线通讯模块、GPRS模块、北斗/GPS对时模块、加密模块；
边缘计算单元安装在母线处，用于：
1）实时采集母线零序电压并连续存储带有时间标签的瞬时零序电压波形，检测零序电压越限情况，识别是否出现接地故障；
2）汇集同一段母线区域内的故障数据并基于此进行接地故障判断；
3）发送接地故障位置信息与报警信息至各节点；
边缘计算单元内部具体包括核心板以及同核心板连接的零序采集单元、GPRS模块、北斗/GPS对时模块、加密模块、无线通讯模块、存储模块、电源模块。
2.根据权利要求1所述的一种故障指示器，其特征在于，对于其采集单元：
无线通讯模块用于上传采集数据至汇集单元；
电源管理模块用于管理采集单元采用小电流自取电的供电方式，并在模块中辅以超级电容作为主电源；
存储模块用于循环存储数据。
3.根据权利要求1所述的一种故障指示器，其特征在于，对于其汇集单元：
无线通讯模块用于汇集单元和采集单元之间的无线通讯；
GPRS模块用于汇集单元和边缘计算单元间的GPRS通信；
北斗/GPS对时模块用于通过全球导航卫星***定位获得准确的时间和定位信息；
加密模块用于实现对采用APN/VPDN的专用加密通道中的数据进行加密传输。
4.根据权利要求1所述的一种故障指示器，其特征在于，对于其边缘计算单元：
核心板支持数据汇集及边缘计算，对线路故障数据进行分析和计算，识别故障特征，进行故障判断；零序采集单元支持零序电压采样及录波；
GPRS模块用于汇集单元和边缘计算单元间的GPRS通信；
北斗/GPS对时模块用于通过全球导航卫星***定位获得准确的时间和定位信息；
加密模块用于实现对采用APN/VPDN的专用加密通道中的数据进行加密传输；
无线通讯模块用于支持通过调试软件对边缘计算单元进行维护；
存储模块用于循环存储数据；
电源模块支持AC220V和DC24V两种供电方式。
5.根据权利要求1所述的一种故障指示器，其特征在于，所述边缘计算单元、汇集单元的北斗/GPS对时精度达到微秒级。
6.根据权利要求1所述的一种故障指示器，其特征在于，所述边缘计算单元、汇集单元的无线通讯模块为4G或5G通信模块。
7.一种配电网线路故障判定方法，其特征在于，具体流程如下：
当线路发生短路故障时，故障指示器采集单元发现短路故障，通过无线通讯模块将短路故障数据发送给故障指示器汇集单元；故障指示器汇集单元收到短路故障数据后，通过GPRS模块将短路故障数据上传给故障指示器边缘计算单元；故障指示器边缘计算单元收到短路故障数据后对数据进行分析，输出故障结论与位置；
当线路发生单相接地故障时，故障指示器边缘计算单元中的零序采集单元采集线路零序电压并合成线路零序电压波形传至核心板；核心板检测到零序电压越限，即识别到线路发生接地故障；核心板通过GPRS模块发送录波命令给故障指示器汇集单元；故障指示器汇集单元通过无线通讯模块召读故障指示器采集单元内的线路接地故障数据；故障指示器汇集单元通过GPRS模块上传线路接地故障数据给边缘故障指示器边缘计算单元核心板；故障指示器边缘计算单元核心板对故障数据进行分析、判断，输出故障结论与位置。
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