CN101446618B - 配网架空线故障实时监测系统 - Google Patents

Abstract

一种配网架空线故障实时监测系统，包括置于所述配网架空线上的架空线故障报警器，置于所述配网架空线杆上的无线中继器，后台监测系统，和联接于无线中继器与后台监测系统之间的无线收发器。所述架空线故障报警器实时将检测到架空线上的异常信号及异常信号地址信息传递给的无线中继器，无线中继器将信息通过由无线中继器构成的中继链路逐级地传递到无线收发器，无线收发器又将该信息传递给后台监测系统进行分析判断和处理。所述架空线故障报警器包括传感器、信号采集单元、微处理器、无线RF模块、磁电转换电路、电源控制模块和供电电源。能够准确迅速地给出架空线路上的故障和异常信息及发生地址。

Description

配网架空线故障实时监测系统

技术领域

本发明涉及一种用于检测配网架空线上故障的配网架空线故障实时监测系统。

背景技术

随着国民经济形势迅速发展，与之密切相关的输配电网络也在快速扩展，电力传输线路在快速延伸，供电半径不断扩大、分支线路不断增多，造成线路结构愈来愈复杂，架空线路发生故障的可能性也在逐步加大。

架空线路一旦发生故障，故障所在分支和故障点的查找非常困难；查询过程既费时又费力，少则几小时，多则数十小时，需要投入很大的人力物力，给电力公司和用户都造成很大经济损失，影响了供电可靠性；

现有的故障指示器已具有故障指示功能。但由于未改变故障巡查模式，功能上还存在许多不足与缺陷，又缺乏通讯能力，一直未能被很好的应用；如采用配网自动化系统，是能够实现故障自动定位，但由于投入成本非常大，也很难得到有效地推广；如何利用成熟的通信技术，将架空线故障指示器所采集的故障信息快速上传至后台监测系统(计算机)，实现故障区段的快速、自动定位，提高故障指示器性能，完善其不足，增加数据通讯功能，就显的十分重要与迫切。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于检测配网架空线上故障的配网架空线故障实时监测系统。

为达到上述的目的所采取的技术方案是：它包括架空线故障报警器，无线中继器，无线收发器和后台监测系统；所述架空线故障报警器置于所述配网架空线上，它实时检测架空线上的电流状况，并将检测到架空线上的异常信号及异常信号地址信息传递给置于所述配网架空线杆上的无线中继器，无线中继器将信息通过由无线中继器构成的中继链路逐级地传递到无线收发器，无线收发器又将该信息传递给后台监测系统，后台监测系统对所采集到的信息进行分析判断和处理。

所述架空线故障报警器包括传感器，与传感器相连接的信号采集单元和磁电转换电路，与信号采集单元输出端相连接的微处理器，与微处理器相连接的无线RF模块，与磁电转换电路输出端相连接的电源控制模块，与电源控制模块相连接的供电电源，电源分别连接到信号采集单元、微处理器和无线RF模块。

本发明的有益效果显著。

●如上述的结构，本发明架空线故障报警器被安装在架空线的主干线路(入地跨越)或各分支线路处，当架空线路出现各类故障或异常时，架空线故障报警器能及时检测到异常电流，通过微处理器分析、判断，在确定故障或异常后，经无线RF模块(较短距离的)发送至安装在架空线电杆上或各分支线路电杆上的无线中继器，无线中继器在接收到架空线故障报警器的报警报文信息后(A、B、C三相架空线故障报警器)，经过由无线中继器构成的中继链路逐级地向后台监测系统(或称主站)方向传递给无线收发器，各级无线中继器在监测系统中承担主干通讯通道作用；无线收发器联接于无线中继器与后台监测系统之间，负责无线中继器与后台监测系统之间的数据传递；后台监测系统接收到故障报警信息后，可直接进行报警和显示；如与GIS(地理信息系统)系统互联，可将报警信息在GIS工作站上直观地显示出报警信息和准确的故障地点；此时，维修人员可根据报警信息和地点，准确而迅速地对故障进行处理。

●如上述的结构，因为本发明的架空线故障报警器内包括微处理器和无线RF模块。所以它具有对各类故障、异常电流的判断能力(包括短路、接地、断线、冲击、涌流、重合闸等)。本发明利用它组网就能实现对架空线故障的实时监测；架空线故障报警器弥补原故障指示器功能的不足，填补了架空线故障快速报警处理在电力配电故障查询方面的行业空白，为配网架空线故障快速定位、排除和恢复供电，赢得了大量宝贵时间，节约了大量人力和物力，是一项对企业、对社会都具有极高经济价值的应用。

●如上述的结构，本发明具有准确性。因为架空线故障报警器的报警功能是根据电力公司相关专业部门提供经验数据所设计；尽管架空线故障报警器做过实测试验和动模试验，报警准确性基本稳定，但由于实测试验、动态模拟试验所采用的信号均为标准信号源，与现实工况(不同负载下)有较大的差距；为解决故障报警器在现场运行环境下，报警信息的准确性，必须考虑各类负载对测量电流的影响。所以本发明的架空线故障报警器包括微处理器，微处理器中提供了偏差调整系数，力求报警信息准确无误。后台监测系统还提供远程配置、查询、修正架空线故障报警器运行工况的功能，通过远程查询，可结合后台监测和分析管理，可结合报警源相邻设备状态进行校核，防止了误判、漏判。并且能够稳定、可靠、快速、准确地将各类故障或异常信息及时上报。

●如上述的结构，本发明具有实时性、迅速性和可靠性。因为由架空线故障报警器发出的报警信息需远距离接力传送才能到达后台监测系统，传输过程中时间的延迟会影响对故障的判断。另外接力传送方式对通讯链路可靠性的要求非常高，为避免因数据延迟、数据丢失给系统分析造成不必要的影响和损失。本发明由架空线故障报警器发出的报警信息是通过无线中继器构成的中继链路逐级而迅速地传递给无线收发器，无线收发器将信息传递给后台监测系统。而且，因为本发明的架空线故障报警器内包括微处理器，在微处理器内部配置年时钟和故障信息暂存器，其中年时钟可保证故障发生时刻的时间被有效记录，一旦检测到故障或异常，都能记录故障或异常发生的时间，并快速进行故障报警，为故障处理赢得了大量时间；暂存器可保证通讯链路出现异常时，故障数据有效暂存不至于丢失。当然，报警数据可用手持无线PDA设备就地进行读取，确保了报警信息的准时、安全、可靠；后台检测系统还可以提供远程或就地校时功能。

●如上述的结构，本发明的监测系统是遵从故障判据原则。因为本发明的架空线故障报警器内包括微处理器，微处理器内能够记录故障发生前后异常电流持续的时间，并能抓住架空线电流发生故障时瞬间暂态电流的主要特征，以故障模型(标准数据)作判据，使故障判断更科学、更有效。

●如上述的结构，因为架空线故障报警器与后台监测系统之间是利用无线RF模块(无线RF通讯技术)进行数据上下行传递，因此，报警信息在几分钟内即可完成传递；一旦架空线发生故障，后台监测系统(或称主站)在很短的时间内就可将故障杆塔、架空线路的情况及时、准确地告诉运行及有关人员，大大减轻了巡线排查劳动强度，既可节省大量的人力、物力，又可快速组织人力进行抢修，尽快恢复供电，使故障损失减少到最低限度。而且，可利用无线掌机或远程计算机通过无线RF模块和微处理器对架空线故障报警器进行参数配置或修改，方便了应用和维护。

●另外，后台监测系统还可以通过架空线故障报警器记录架空线24小时准点负荷电流，可记录故障时电流的大小，可帮助运行、检修人员分析分析各类故障，提高架空线运行安全的可靠性。因此，配网架空线故障实时监测系统不仅对电力系统的安全可靠供电具有十分重要的作用，而且还会给电力系统带来巨大的社会和经济效益。

●如上述的结构，本发明的架空线故障报警器内包括传感器，与传感器相连接的磁电转换电路，与磁电转换电路相连接的电源控制模块，与电源控制模块的供电电源。传感器感应架空线上的电流形成磁场产生电压(利用磁电转换原理)，电源控制模块获取电流，以此向供电电源充电。所以供电电源能够自动地、不间断地供给架空线故障报警器的工作电压。使得架空线故障报警器能够安全、稳定、长时间地运行。

●如上述的结构，因为架空线故障报警器内包括微处理器，可以通过微处理器设有多种工作模式，如常态或节能工作模式。可以通过自动检测负荷电流来确定其工作模式；还可以自动判别瞬时性故障或永久性故障，并将检测结果上报至后台监测系统，为故障判断、准确定位、安全运行提供帮助。

●如上述架空线故障报警器的结构，因为它包括微处理器和无线RF模块，它实现了远程遥测架空线负荷电流，且测量精度在3％～5％，是一般故障指示器所无法比拟的。采用无线RF通讯技术，实现了故障信息快速传递。

●如上述的结构，本发明的监测系统具有良好扩充性。只要增加架空线故障报警器和无线中继器，就能够在更大范围内对架空线路进行故障检测；而且本发明的监测系统拓宽了应用范围。在不增加设备投入和运营成本的情况下，就可实现较大范围的数据采集和故障监测，为今后配网负荷预测、线损计算、防窃电等都打下扎实的技术基础。

●另外，如上述本发明的架空线故障报警器可以增加抗干扰、抗电流冲击等各项措施，使其具有防误报、拒报等功能。

附图说明

图1是本发明监测系统一实施例的结构示意图；

图2是本发明监测系统中架空线故障报警器一实施例的结构示意图；

图3是图2中架空线故障报警器的动态过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例进一步说明本发明监测系统的结构特征。

图1是本发明监测系统一实施例的结构。如图1所示，本发明的监测系统包括架空线故障报警器1，无线中继器2，无线收发器3和后台监测系统4。如图1所示，在本实施例中，有架空线路11和架空线路22两条架空线路。如图1所示，在本实施例中，在每一条架空线路11、22上，都有架空线故障报警器1置于分支线路05上的架空线03上，无线中继器2均置于电线杆04上，无线收发器3置于变电站02内，无线收发器3通过光纤网06和光纤接头07与后台监测系统4联接。后台监测系统4联接到调度端系统08。

如图1所示，当架空线路正常运行时，架空线上有正常负荷电流，架空线故障报警器实时对架空线电流进行检测，并按设定的上报时间将自检情况和架空线准点负荷电流上报给后台监测系统。一旦发生故障，架空线故障报警器会检测到异常电流，架空线故障报警器会发出线路故障报文信息，报文送至无线中继器经中继链路逐级快速地传递给无线收发器至送到后台监测系统。

在本实施例中，所述无线中继器2是由上海城赛信息科技有限公司提供的专用无线中继器。这种无线中继器有效传输距离为1公里，如果无线中继器之间距离超过1公里，则需适当增加无线中继器；无线中继器内部配置了大功率电池组(也可采用其它供电模式)，它可连续工作5年；每台无线中继器都配置了唯一的设备ID编码，通过地址编码和内部收发机制来实现对数据的传输控制；而且在这种无线中继器内进行(必须)了路由配置，所以它能实现路由联接，最终完成与后台监测系统的数据传递。无线中继器一般被安装在架空线路上(或各分支点附近)的电线杆上，由它负责对分支点上架空线故障报警器的信息传递，它对传输数据不做任何加工、处理，只负责原始数据的传递。

在本实施例中，所述无线收发器3也是由上海城赛信息科技有限公司提供的专用无线收发器。这种无线收发器为了实现多点、多级通讯与管理，它将无线收发器的无线RF信号转换成RS-232信号，再利用RS-232串口网络转换器01，将RS-232信号转换成网络数字信号，利用TCP/IP通讯协议传送给后台监测系统，使其实现多点、多级的通讯与管理。无线收发器主要负责无线中继器与后台监测系统之间的数据传递。

如图1所示，在架空线路上，是分段安装架空线故障报警器和无线中继器。在安装时可就地调试或远程调试，安装完成后即可挂网运行；运行过程中可以对架空线故障报警器和无线中继器的参数进行设置，并可观察每一台架空线故障报警器的工作电压和各项性能。

如图1所示，所述后台监测系统4包括信号采集服务器(或称信号采集计算机)401、应用服务器(或称应用计算机)402和数据库服务器(或称数据库计算机)403；所述信号采集服务器401采集由无线收发器3发出的信息，并将其传递给应用服务器402，应用服务器接402收到信息后，进行分析判断，并调取数据库服务器403内的数据进行对比，最后将其判断的异常信号和异常信号地址进行报警显示并存储在数据库服务器403内。在本实施例中，后台监测系统还提供远程配置、查询、修正架空线故障报警器运行工况的功能，通过远程查询，可结合后台监测和分析管理，可结合报警源相邻设备状态进行校核，防止了误判、漏判。

如图1所示，在本实施例中，为了实现区域架空线故障检测与管理，后台监测系统配置了采集、应用、数据库服务器的设备。其中信号采集服务器(计算机)主要负责数据采集、转发(PMS、DSCADA等系统)；应用服务器(计算机)主要负责对故障信息的分析、处理、报警显示等；数据库服务器主要负责对采集数据、报警数据和历史数据的存储与备份；信号采集服务器(计算机)负责采集架空线故障报警器的报警信息，对架空线故障报警器进行初始化配置与测试；在小规模应用情况下，信号采集服务器(计算机)也可实现对架空线故障报警器的应用与管理。

如图1所示，在本实施例中有两条架空线路，如果需要，还可以配有三条、四条等。这说明本发明监测系统可以随时进行扩充，扩充时只要通过增加架空线故障报警器、无线中继器和无线收发器，然后对无线网络进行适当配置，就能够在更大范围内监测架空线路的故障(含负荷电流检测)；在后台监测系统内，对已经安装到位架空线故障报警器，进行唯一ID设备号的相关信息配置(对其设置参数和定值)，即可投入运行。后台监测系统，可实时查询架空线故障报警器的运行工况；如：架空线上的负荷电流、时钟、电源(电池)电压等，还可对架空线故障报警器进行初始化配置(门限电流、时钟、各类参数等)，可实现与PMS(生产管理系统)、DSCADA(配网自动化系统)等系统的互联，实现架空线负荷实时数据的资源共享。

图2、图3是架空线故障报警器一实施例的结构。如图2、3所示。所述架空线故障报警器包括传感器101，与传感器101相连接的信号采集单元102和磁电转换电路107；与信号采集单元102输出端相连接的微处理器103，与微处理器103相连接的无线RF模块104；与磁电转换电路107输出端相连接的电源控制模块106，与电源控制模块106相连接的供电电源105；供电电源105分别连接到信号采集单元102、微处理器103和无线RF模块104。

如图2、图3所示，所述传感器101的内部分成采集电流部分1012和磁电转换部分1011，采集电流部分1012与信号采集单元102相连接，磁电转换部分1011与磁电转换电路107相连接。在本实施例中，传感器101内部的结构分成两部分，所述磁电转换部分1011的导磁截面积大于(或大于大于)采集电流部分1012的导磁截面积，两部分之间有绝缘隔离层。当架空线03内有电流通过时，具有大导磁面积的磁电转换部分1011感应架空线的电流后，形成较强的磁场，通过磁电转换电路107产生电压，转换成电流提供给电源控制模块106。当供电电源(可充电电池)105的电力不足时，电源控制模块105及时地向供电电源105充电。所以，只要架空线03内有(大于10安培)电流流过，电源控制模块105就能为供电电源105充电，则供电电源105就有电供给信号采集单元102、微处理器103和无线RF模块104。即架空线故障报警器就可持续工作。保证了架空线故障报警器能长时间、不间断的工作。

因为架空线故障报警器是在户外的环境下工作，户外缺乏供电条件，而架空线故障报警器又不能停电，一停电就等于架空线故障报警器停止工作。所以，本发明在架空线故障报警器内配置了磁能转换机构，如上述，由传感器101内的磁电转换部分1011感应架空线03上的电流形成磁场；在磁电转换电路上产生电压，就有电流输出到电源控制模块106上；电源控制模块106就可以不断地向供电电源(可充电电池)充电。因此，本发明采用磁能转换机构，只要架空线上有电流流过(一般情况下，架空线电流＞10安培)，供电电源就可实现不断有能源的补充，保证供电电源长期正常工作，防止架空线故障报警器因失电而影响正常工作。

图3是上述图2中架空线故障报警器的动态过程。如图3所示，信号采集单元102通过传感器101上的采集电流部分1012采集架空线03上的电流信息输送给微处理器103；微处理器103对接收到的信息进行比对判断，判断出的异常信号通过无线RF模块104向后台监测系统发出。

如图2、3所示，当架空线路正常运行时，架空线03的电流为正常负荷电流(一般在设计范围内)；一旦发生故障，如；单相接地、短路等，故障电流会产生突变，传感器101会检测到突变后的暂态电流过程；传感器101内的采集电流部分1012将故障电流送至信号采集单元102，信号采集单元102将采集到故障电流的模拟信号转换成数字信号送到微处理器MCU103内，微处理器103根据故障判据对暂态过程及特征进行判别，然后对符合特征条件的故障或异常进行存储和报警处理，并将故障报文送至无线RF模块104，无线RF模块104将故障报文发送至无线中继器2(图1示)，由无线中继器2通过由无线中继器构成的中级链路逐级地传送给无线收发器3，无线收发器3再传至后台监测系统。

在本实施例中，微处理器103内部配置了时钟模块(如图3所示)，所以它能够及时记录下架空线内的瞬态电流变化的时刻及常态下的电流变化的时间；微处理器103内还配置了故障电流锁存器，可连续存储多条故障的信息；微处理器103还存储有故障、异常判断模型。主要的故障、异常类型如表1所示。当微处理器103接收到故障信息后，微处理器103根据该故障、异常判断模型，做出故障或异常最后的鉴别，然后组合成报文输出至无线RF模块，由无线RF模块向外发送出去。

如图2、3所示，由于架空线故障报警器内包括无线RF模块，采用了先进的RF无线通讯技术，它可以安全、稳定地传输故障数据，不会对电力一次设备造成任何不良影响，免去了架空线路地段的专用通信线和通讯设备的投资，且不需要投入大量维护人员，提高了故障查询能力和效率。

表1：主要故障、异常类型

从上述表1中可以说明本发明的架空线故障报警器能判断所有类型的架空线故障和异常，包括：涌流、冲击、短路、重合闸、断线、跳闸、接地。

表1中所述的涌流(或称励磁涌流)是架空线运行过程中经常会发生的一种现象。架空线运行过程中会接入各类设备，其中最常用的设备就是变压器。当变压器空载合闸或断开外部故障后，一旦架空线路的电压回复正常，在回复过程中会出现突变(励磁)电流，其电流数值可达额定电流的6倍～8倍(视变压器的容量)，通常将该电流称为励磁电流。在变压器没有接入架空线路时，一次负荷电流为零值；当变压器接入架空线路后，由于变压器励磁涌流作用，架空线电流会有比较大的突变，由于架空线故障报警器的门限电流是根据负荷情况进行配置的，如果其门限电流配置的比较低(如配置最大门限电流为30A)，励磁涌流就可能越过门限电流(越过30A)；为了检测出接入变压器后的励磁涌流最大值，架空线故障报警器除必须具有励磁涌流暂态过程的判断功能，还必须有比较准确的测量精度，才能检测出该异常变化电流；架空线故障报警器检测到满足故障或异常判据电流时，会发出故障或异常告警信息，其信息中还包含最大电流值；在上报异常信息中含有励磁涌流最大值，可帮助用户了解负载情况，帮助用户修正线路的保护参数。

Claims (2)

1.一种配网架空线故障实时监测系统，包括架空线故障报警器，无线中继器和后台监测系统，其特征在于包括由无线中继器构成的中继链路和无线收发器；所述架空线故障报警器包括传感器，与传感器相连接的信号采集单元和磁电转换电路，与信号采集单元输出端相连接的微处理器，与微处理器相连接的无线RF模块，与磁电转换电路输出端相连接的电源控制模块，与电源控制模块相连接的供电电源，供电电源分别连接到信号采集单元、微处理器和无线RF模块，所述微处理器内存储有偏差调整系数，故障、异常判断模型，其故障、异常类型包括：涌流、冲击、短路、重合闸、断线、跳闸、接地；所述传感器的内部分成采集电流部分和磁电转换部分，采集电流部分与信号采集单元相连接，磁电转换部分与磁电转换电路相连接；所述架空线故障报警器置于所述配网架空线上，它实时检测架空线上的电流状况，其中传感器内的采集电流部分将故障电流送至信号采集单元，信号采集单元将采集到的故障电流的模拟信号转换成数字信号送到微处理器内，微处理器根据故障判据对暂态过程及特征进行判别，然后对符合特征条件的故障或异常进行存储和报警处理，并将故障报文送至无线RF模块，通过无线RF模块传递给置于所述配网架空线杆上的无线中继器，无线中继器将信息通过由无线中继器构成的中继链路逐级地传递到无线收发器，无线收发器又将该信息传递给后台监测系统，后台监测系统对所采集到的信息进行分析判断和处理。

2.根据权利要求1所述的配网架空线故障实时监测系统，其特征在于所述后台监测系统包括信号采集服务器、应用服务器和数据库服务器；所述信号采集服务器采集由无线收发器发出的信息，并将其传递给应用服务器，应用服务器接收到信息后，进行分析判断，并调取数据库服务器内的数据进行对比，最后将其判断的异常信号和异常地址进行报警显示并存储在数据库服务器内。

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