CN206132904U - 新型10kv线路的智慧故障指示*** - Google Patents

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张志锋
孟璐
张沛
陈方
杨玉明
王培丹
赵双峰
郝涛
罗松涛
王辉
王茂州
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Abstract

本实用新型公开了一种新型10kv线路的智慧故障指示***，包括与变电站连接的断路器，以及与断路器连接的数传电台监控装置，与数传电台监控装置连接的上位管理***，及通过ZigBee传感网络连接的设置在电线路上的故障指示单元；所述的故障指示单元包括简单设备节点的测量单元、全功能设备节点及全功能设备节点中的网络中继器。本实用新型提供了一种加入信息化技术的基于单片机的配电线路故障指示器的故障指示***，能够通过自动化处理更加准确的对线路的故障情况进行判断，不再单一的只是判断瞬时性和永久性故障而能够判断因为何种具体原因导致的故障；能够在一些人为日常管理困难或是线路架设区环境恶劣的情况自动对线路进行故障监控，便于一些日常管理困难的户外山区配电线路故障的定位监测工作以及故障修理工作。

Description

新型10kv线路的智慧故障指示***
技术领域
本实用新型设计电力故障设备***领域，具体为一种新型10kv线路的智慧故障指示***。
背景技术
电力***是由发电、输电、变电、供电、配电等设备组成的统一***。其中。配电网作为连结用户和供电部门之间的纽带，将高压输电线路和低压用户之间连接起来，配电网重要的任务就是向用户提供高质量、高可靠性的电能。
随着人们生活水平和社会经济的快速发展，不仅对电能的需求越来越大，而且很多企业对电能质量的要求也越来越高。为了保证电能的供应，电网结构也日趋复杂，电力***的规模日益扩大，电网在各区域之间有着更加紧密的联系。对于这些配电网的新特点，使得电网中如果发生故障，相比简单的配电网将产生更大的影响。实际运行中，配电网遍布城市、乡村及山区，长年经受雷电、风雨冰霜天气以及日益严酷的环境污染等影响，再加上一些不可预测的人为因素，其发生故障的概率很高。有统计数据表明，大多电网中的故障都是发生在配电网。当电网中发生故障后，不可避免的会对一些用户造成停电等影响，这将直接对人们的日常生活和各行业的正常生产产生影响，对一些依赖持续供电的企业来说可能会产生更加严重的后果。这都说明在电网中不可避免地发生故障后，应尽快的找到故障、消除故障并恢复供电。要完成上述工作，首先需要判断出可能发生故障区域，辨别电网中故障的性质，也就是通常所说的故障诊断和故障定位。
10kV架空线路分支较多，运行方式复杂，正在或准备开发建设的地域线路多、供电半径长、大部分为放射式供电线路，维护线路的工作量较大，故障的查找费时费力，对电力***经济、可靠运行带来很大难题。虽然经过近年来的技术改造，如一些线路进行了手拉手式环网连接，中线改为绝缘导线等，抗外力破坏能力得到增强；配电线路***的故障指示器简单的说就是一种通过安装在架空的配电线路之上、安装在配电线路***的电力柜以及电力开关上的一种故障电流检测流通装置。有了电力线路的故障指示装置就能够在配电线路出现故障以后迅速的自动报警，让工作人员能够更加快速的找到线路故障的区域排查出故障的具***置，一般来说都还具有短路识别以及接地故障识别的功能。配电线路的故障指示器具有对永久性的线路故障修复以后进行复位的功能和能力，对于临时瞬时出现的配电线路故障也能够根据人为给定的时间进行复位；这样就能够让电力线路故障有足够的时间寻找和修复；配电线路的故障指示器使用以后就能够不让由于励磁通流引起的误动现象出现，这样就不会让电力线路故障的巡查人员去盲目的巡线，对于线路确实出现故障时能够让寻找故障点的时间大大的减少，便于线路巡查人员巡查工作以及修复工作的难度，最大可能的减少了故障出现是配电线路停电的时间，这样配电线路故障指示器就能够提高配电线路***的稳定以及可靠性。
但10kV架空线路事故仍时有发生，尤其是受故障器的技术瓶颈的限制，对于10kv的故障指示***依然无法实现很好的完善。
发明内容
因此，为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供了一种加入信息化技术的基于单片机的配电线路故障指示器的故障指示***，能够通过自动化处理更加准确的对线路的故障情况进行判断，不再单一的只是判断瞬时性和永久性故障而能够判断因为何种具体原因导致的故障；能够在一些人为日常管理困难或是线路架设区环境恶劣的情况自动对线路进行故障监控，便于一些日常管理困难的户外山区配电线路故障的定位监测工作以及故障修理工作的新型10kv线路的智慧故障指示***。
本实用新型的目的是这样实现的：
新型10kv线路的智慧故障指示***，包括与变电站1连接的断路器2，以及与断路器2连接的数传电台监控装置，与数传电台监控装置连接的上位管理***，及通过ZigBee传感网络7连接的设置在电线路上的故障指示单元；所述的故障指示单元包括简单设备节点的测量单元9、全功能设备节点8及全功能设备节点中的网络中继器10；
所述的测量单元9包括智能故障指示器和射频收发器；
所述的数传电台监控装置与断路器2和测量单元9连接的第一数传电台3以及与上位管理***连接的第二数传电台4；所述的第一数传电台3和第二数传电台4之间通过射频连接；
所述的上位管理***包括与第二数传电台4连接的主机5，与主机5通过网关6连接的Tnternet网络；
所述的智能故障指示器包括与滤波及调幅电路b连接的电压电流信号a及多路转换模拟开关c；所述的多路转换模拟开关c连接AD采样模块d，AD采样模块d连接RAM缓存模块e，RAM缓存模块e连接CPU处理器f，CPU处理器f连接无线收发模块h；所述的CPU处理器f同时连接显示电路m、海量存储模块j；
所述的滤波及调幅电路b与CPU处理器f中间设置有测频电路k和触发电路I。
积极有益效果：(1)设计了一套配电网短路故障智能指示、定位***，故障指示器作为故障数据采集设备，利用无线射频技术和ZigBee传感网络技术相结合的方法组成故障信息传感网络，最终通过数传电台将故障指示器动作信号传送至故障定位分析中心，该方案在保证通讯质量的前提下节省了***的运营通信费用。(2)在短路故障检测方面，将微机保护原理引入故障指示器的设计技术中，采用检测电流变比率If/IO(故障电流与负荷电流的比值)突变值的方法并结合线路跳闸停电来检测短路故障，这个变比率突变值按照故障指示器内置的曲线算法并根据负荷电流的大小自动动态整定，克服了“电流突变法”采用的电流突变值静态固定不变的缺陷，因此不受线路结构、运行管理方式、地理环境、甚至运行时刻的影响，从根本上克服了目前市场上基于过流法或“电流突变法”设计原理的故障指示器存在的误报警或漏报警的缺陷，因此短路故障检测准确可靠。(3)在配电网拓扑关系中抽象出故障指示器的连接关系，通过故障指示器的连接关系可以简单清晰地描述出配电网的结构，并通过图形构建自动得到故障指示器的相邻关系，在配电网运行方式改变的情况下可以自动生成新的故障指示器相邻关系。(4)采用了可辨识矩阵与布尔代数运算相结合的属性约简算法对原始决策表进行约简，得到了信息冗余度很小且有高容错性的约简决策表，通过对配电网的分析提取出约简规则，可用故障指示器的相邻关系直接生成原始决策表和约简决策表。(5)分析了单故障和多重故障下故障模式的特点，提出了一种适应多重故障的故障诊断方法。
附图说明
图1为本实用新型的***框图；
图2为本实用新型的智能故障指示器工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型做进一步的说明：
如图1所示，新型10kv线路的智慧故障指示***，包括与变电站1连接的断路器2，以及与断路器2连接的数传电台监控装置，与数传电台监控装置连接的上位管理***，及通过ZigBee传感网络7连接的设置在电线路上的故障指示单元；所述的故障指示单元包括简单设备节点的测量单元9、全功能设备节点8及全功能设备节点中的网络中继器10；
所述的测量单元9包括智能故障指示器和射频收发器；
所述的数传电台监控装置与断路器2和测量单元9连接的第一数传电台3以及与上位管理***连接的第二数传电台4；所述的第一数传电台3和第二数传电台4之间通过射频连接；
所述的上位管理***包括与第二数传电台4连接的主机5，与主机5通过网关6连接的Tnternet网络；
如图2所示，所述的智能故障指示器包括与滤波及调幅电路b连接的电压电流信号a及多路转换模拟开关c；所述的多路转换模拟开关c连接AD采样模块d，AD采样模块d连接RAM缓存模块e，RAM缓存模块e连接CPU处理器f，CPU处理器f连接无线收发模块h；所述的CPU处理器f同时连接显示电路m、海量存储模块j；
所述的滤波及调幅电路b与CPU处理器f中间设置有测频电路k和触发电路I。
故障指示器会有显示功能，发生故障后故障指示器检测到故障电流，故障指示器本身指示工作提供显示，并利用通讯单元将故障指示器检测到的数据、动作情况以及地址编码信息发送至小区内的DTU数据终端，再通过DTU数据终端将小区内的故障指示器信息发送至故障定位中心。
故障指示器都是利用测量电磁场的传感器并通过非接触的方式获取故障时的电流和电压信息，将通过信号调理电路后的信号进入A/D转换器进行模数转换，在处理单元中将刚才处理后得到的信息同故障指示器的地址信息进行整合，通过无线收发模块将数据发送出去。根据符合一般***设计功能要求设计的故障指示器主要由测量传感器模块、信号调理模块、CPU处理模块、海量存储模块模块等组成。
设计故障指示器工作的思路是：在***中正常无故障时，故障指示器只对线路的电压、电流值进行采样，再通过DMA方式将数据存储在CPU的RAM中，其CPU处于休眠状态；当***中发生故障时，故障指示器的CPU被激活，并利用无线通信模块与小区内DTU数据终端单元进行访问，DTU接收到动作信息后对小区内其他故障指示器进行访问，搜集故障指示器的动作信号等信息，在将这些信息通过数传电台(433MHZ)发送给故障定位中心，故障指示器在完成上述任务后重新进入休眠状态。这种长时间的休眠状态也可延长故障指示器的电池使用时间，从而减小故障诊断***的维护时间和维护费用。
本实用新型主要创新点和解决的主要问题如下：
(1)设计了一套配电网短路故障智能指示、定位***，故障指示器作为故障数据采集设备，利用无线射频技术和ZigBee传感网络技术相结合的方法组成故障信息传感网络，最终通过数传电台将故障指示器动作信号传送至故障定位分析中心，该方案在保证通讯质量的前提下节省了***的运营通信费用。
(2)在短路故障检测方面，将微机保护原理引入故障指示器的设计技术中，采用检测电流变比率If/IO(故障电流与负荷电流的比值)突变值的方法并结合线路跳闸停电来检测短路故障，这个变比率突变值按照故障指示器内置的曲线算法并根据负荷电流的大小自动动态整定，克服了“电流突变法”采用的电流突变值静态固定不变的缺陷，因此不受线路结构、运行管理方式、地理环境、甚至运行时刻的影响，从根本上克服了目前市场上基于过流法或“电流突变法”设计原理的故障指示器存在的误报警或漏报警的缺陷，因此短路故障检测准确可靠。
(3)在配电网拓扑关系中抽象出故障指示器的连接关系，通过故障指示器的连接关系可以简单清晰地描述出配电网的结构，并通过图形构建自动得到故障指示器的相邻关系，在配电网运行方式改变的情况下可以自动生成新的故障指示器相邻关系。
(4)采用了可辨识矩阵与布尔代数运算相结合的属性约简算法对原始决策表进行约简，得到了信息冗余度很小且有高容错性的约简决策表，通过对配电网的分析提取出约简规则，可用故障指示器的相邻关系直接生成原始决策表和约简决策表。
(5)分析了单故障和多重故障下故障模式的特点，提出了一种适应多重故障的故障诊断方法。
社会效益分析：随着电网调度自动化的水平不断发展，电网调度中心广泛采用了能量管理***和(EMS)数据采集监控***(SCADA)，电网中也应用了多种监控设备对电网的运行进行监控。当电网中发生故障时，控制中心中会收到大量的报警信息和电网的运行状态参数。尤其在电网发生复杂故障情况的时候，将产生十分复杂的故障信息。同时，由于故障指示器错误动作情况或是通信质量的原因，导致故障信息也存在了一定不确定性，即调度中心里收到的信号有可能是错误的，甚至在一些严重情况下收到的信号可能是不完备的。要求工作人员通过阅读未经过处理且数量巨大的故障信息，在短时间内正确地对故障类型及故障区域做出判断显然是十分困难的事情。而故障定位***能够通过计算机对故障信息进行处理，得出具有一定准确性和可解释性的故障结论，对工作人员进行故障诊断分析起到了很好的辅助作用。
经济效益分析：该系***通过采集故障报警、停送电状态信息，将这些信息发送到主站中心，经过中心的数据统计、分析、拓扑计算，便可以确定故障区域，并帮助工作人员迅速准确找到故障点11。为了实现信息的贡献，该装置可以短信形式将故障点信息通知相关人员，高效快速。大大提高了电力部门抢修线路的能力。
我国输电线路分布极其广泛，线路跨度也非常大。在恶劣的环境中运行，出现故障难以定位。查找线路故障的一般办法是先断开分支线断路器后，先试着送电，然后逐级查找恢复没有故障的其它线路。或者利用绝缘测试仪分段进行相间或对地遥测，这样来缩小查找故障范围。这些都需要花费大量的人力及时间，电力是人们不可或缺的能源，停电的时间越长，给各界带来的经济损失就越大。架空线路故障指示器具有非常明显的经济效益。对于电力部门来说，可以增加售电量，对人们的生产来说，可以减少生产停滞带来的损失。对人们的生活来说，可以很快恢复正常。
上述实施例仅用于说明本实用新型具体实施的技术方案而非对其进行限制，所属技术领域的普通技术人员应该理解，在不违背本实用新型宗旨的前提下，未改变其性能或用途对本实用新型的实施方式进行的任何等同替代或明显变型，均应涵盖在本实用新型请求保护的范围内。

Claims (6)

1.新型10kv线路的智慧故障指示***，其特征在于：包括与变电站(1)连接的断路器(2)，以及与断路器(2)连接的数传电台监控装置，与数传电台监控装置连接的上位管理***，及通过ZigBee传感网络(7)连接的设置在电线路上的故障指示单元；所述的故障指示单元包括简单设备节点的测量单元(9)、全功能设备节点(8)及全功能设备节点中的网络中继器(10)。
2.根据权利要求1所述的新型10kv线路的智慧故障指示***，其特征在于：所述的测量单元(9)包括智能故障指示器和射频收发器。
3.根据权利要求1所述的新型10kv线路的智慧故障指示***，其特征在于：所述的数传电台监控装置与断路器(2)和测量单元(9)连接的第一数传电台(3)以及与上位管理***连接的第二数传电台(4)；所述的第一数传电台(3)和第二数传电台(4)之间通过射频连接。
4.根据权利要求1或3所述的新型10kv线路的智慧故障指示***，其特征在于：所述的上位管理***包括与第二数传电台(4)连接的主机(5)，与主机(5)通过网关(6)连接的Tnternet网络。
5.根据权利要求2所述的新型10kv线路的智慧故障指示***，其特征在于：所述的智能故障指示器包括与滤波及调幅电路(b)连接的电压电流信号(a)及多路转换模拟开关(c)；所述的多路转换模拟开关(c)连接AD采样模块(d)，AD采样模块(d)连接RAM缓存模块(e)，RAM缓存模块(e)连接CPU处理器f，CPU处理器(f)连接无线收发模块(h)；所述的CPU处理器(f)同时连接显示电路(m)、海量存储模块(j)。
6.根据权利要求5所述的新型10kv线路的智慧故障指示***，其特征在于：所述的滤波及调幅电路(b)与CPU处理器(f)中间设置有测频电路(k)和触发电路(I)。
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