CN104316839A - 一种电力设备及输电线路故障综合在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力设备及输电线路故障综合在线监测系统，包括无线测温终端、线路故障检测器、中转站、信息接收总站、数据库服务器、监控主机，所述无线测温终端通过内置的无线通信模块与信息接收总站无线连接，所述线路故障检测器通过内置的无线通信模块与中转站及信息接收总站无线连接，所述信息接收总站与数据库服务器连接，所述数据库服务器与监控主机连接。该系统可以实时监测、上传电力设备温升超标及输电线路接地故障信息，迅速定位线路故障区段和故障分支，缩短故障排除时间，提高电力设备和输电线路的安全可靠性。

Description

一种电力设备及输电线路故障综合在线监测系统

技术领域

本发明涉及电力系统故障在线监测领域，特别是涉及一种电力设备及输电线路故障综合在线监测系统。

背景技术

电力系统设备在长期运行过程中常出现表面氧化腐蚀、紧固螺栓松动，触点和母线连接处老化等问题，造成设备过热甚至出现严重事故。而开关柜内有裸露高压，空间封闭狭小，无法进行人工巡查测温，传统的测温方式无法有效地解决这个问题。

我国输电线路成网络状结构分布，分支多，且多数地区地形复杂，因雷击、大雾、污秽以及风暴等自然灾害引起的输电线路跳闸事故日益增多，工频接地故障成为频发的事故类型之一。由于线路瞬间跳闸，故障残迹不明显，故障点巡查难度很大，如果一段时间内巡查不到故障点，将会给设备运行留下安全隐患。

电力设备过热故障和输电线路工频接地故障是高危易发故障，传统的电力设备温度监测和输电线路故障查找方式不具备故障自动定位功能和故障信息实时上传功能，一旦出现故障，需要人工沿线查找，增加了故障查找难度和时间，目前还没有一种能够同时对电力设备过热故障和输电线路工频接地故障进行综合在线监测的系统。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种电力设备及输电线路故障综合在线监测系统，该系统可以实时监测电力设备异常温升及输电线路故障情况，具有故障自动定位功能和故障信息实时上传功能，能在最短的时间内提醒维护人员进行故障处理，维护电力系统安全。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种电力设备及输电线路故障综合在线监测系统，包括无线测温终端、线路故障检测器、中转站、信息接收总站、数据库服务器、监控主机，每个无线测温终端包括锂电池、无线温度传感器、信号处理单元一、无线通信模块；每个所述线路故障检测器包括数据采集单元，信号处理单元二、无线通信模块、供电模块；所述信息接收总站包括2个无线接收模块和1个供电模块；所述无线测温终端通过内置的无线通信模块与信息接收总站无线通讯，所述线路故障检测器通过内置的无线通信模块与中转站及信息接收总站无线通讯，所述信息接收总站与数据库服务器通讯，所述数据库服务器与监控主机通讯；

无线测温终端中的无线温度传感器安装在电力设备开关的触点和母线连接等容易发生温升超标的部位，线路故障检测器挂装在电力传输网络上所需要监测的位置，该系统可以实时监测电力设备异常温升及输电线路故障情况，具有无线通讯网络传输功能。

所述的无线测温终端、线路故障检测器采用信号处理单元均包括信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑，信号接入单元依次与信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑顺序相连，信号接入单元、信号变换单元和隔离放大单元的选通信号均来自嵌入式微电脑，嵌入式微电脑根据监控主机指令监控分布式信号采集器的工作。

信号接入单元由三个CD4051或CC4051单8通道数字控制模拟电子开关组成，信号接入单元对应A1、A2、A3三个输出端分别输出，哪一路信号输出由片选信号QH和选通信号D2、D1、D0确定。

信号变换单元内包括电阻R1～R11，阻抗变换器GS1～GS6，电子开关S1～S7，输入基准电压Vuot和电子开关的选通信号D2、D1、D0，变换好的信号由B1、B2、B3三个输出端分别输出。

隔离放大单元由电容隔离开关U₁、可编程放大器U₂、电阻网络U₃组成，GL为电容开关式隔离选通信号、D0为电容开关控制信号、放大选控信号均来自嵌入式微电脑。

嵌入式微电脑以DSP控制器为核心，设有A/D转换单元U4、基准电压源Vout、存储器U7；为了消除环境温度对热电耦测量精度产生的影响，嵌入式微电脑U5连接一个DS18B20数字温度传感器；DSP控制器与无线通信模块U6连接，无线通信模块U6采用无线信号实现与监控主机的通信。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.采用自行研发的信号处理单元，可支持无线网络通讯功能，信号抗干扰能力强，并可实现因设备发热引起的温度变化进行温度补偿。

2.能够及时发现电力设备开关的触点和母线连接等部位温升超标情况，系统可自动远程报警，有效避免电力设备烧毁事故。

3.能快速准确地自动检测输电线路工频接地故障，并将所采集到的故障信息自动传输数据库服务器，迅速定位线路故障区段和故障分支，缩短故障排除时间，提高电力设备和输电线路的安全可靠性。

4.一旦发生故障，该系统会立即将故障点信息传送到维护人员的手机里，引导维护人员迅速准确地找到故障点，有效提高输电线路故障检测速度和工作效率。

5.该系统可以对存放在数据库服务器中的故障数据进行统计、汇总、分析，供管理人员通过预测分析加强管理和制定应对措施，及时发现电力设备和输电线路的故障隐患，达到事前预防的效果。

附图说明

图1是本发明电力设备及输电线路故障综合在线监测系统的结构示意图。

图2是本发明中无线测温终端的结构示意图。

图3是本发明中线路故障检测器的结构示意图。

图4是本发明中信息接收总站的结构示意图。

图5是信号处理单元的结构图。

图6是信号接入单元结构图。

图7是信号变换单元结构图。

图8是隔离放大单元结构图。

图9是嵌入式微电脑结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体技术方案作进一步详细描述。

见图1，一种电力设备及输电线路故障综合在线监测系统，包括无线测温终端、线路故障检测器、中转站、信息接收总站、数据库服务器、监控主机。所述无线测温终端通过内置的无线通信模块与信息接收总站无线连接，所述线路故障检测器通过内置的无线通信模块与中转站及信息接收总站无线连接，所述信息接收总站与数据库服务器连接，所述数据库服务器与监控主机连接。

见图2，一个所述无线测温终端包括锂电池、无线温度传感器、信号处理单元一、无线通信模块。

见图3，一个所述线路故障检测器包括数据采集单元，信号处理单元二、无线通信模块、供电模块，其作用是将检测到的上电、断电、短路故障和接地故障等信号通过无线传输到信息接收总站或中转站。

见图4，所述信息接收总站包括2个无线接收模块和1个供电模块。

无线测温终端中的无线温度传感器安装在电力设备开关的触点和母线连接等容易发生温升超标的部位，无线测温终端通过内置的无线通信模块将无线温度传感器测量的温度信号发送到信息接收总站，信息接收总站通过工业以太网将温度数据传送给数据库服务器，数据库服务器对数据进行处理后，将任意测温点的实时数据在监控主机的显示屏上进行展示，如果温度值处于正常范围之外，则发出声、光报警，并将故障点信息发送到维护人员的手机，提醒维护人员及时处理温度异常。

线路故障检测器挂装在电力传输网络上所需要监测的位置(如各分支口、各事故多发段、较长线路中段等)，当线路出现工频接地故障时，线路故障检测器将采集的数据通过内置的无线通信模块发送到中转站，中转站通过无线传输将数据发送到信息接收总站，信息接收总站通过工业以太网将数据传送给数据库服务器，数据库服务器对数据进行处理后，将线路故障点的实时数据在监控主机的显示屏上进行展示。监控主机直观显示故障路线及位置并发出声、光报警，同时将故障地点及类型等信息发送到维护人员的手机，提醒维护人员及时处理故障。

在本实施例中，中转站安装在电线杆上，当线路故障检测器与信息接收总站传输距离小于50公里时，中途不需要加装中转站。

在本实施例中，系统可以对存放在数据库服务器中的电力设备温升故障及输电线路上电、断电、短路故障和接地故障数据进行统计、汇总、分析，供管理人员通过预测分析加强管理和制定应对措施，及时发现电力设备和输电线路的故障隐患，达到事前预防的效果。

见图5，本发明中的无线测温终端、线路故障检测器均采用自行研发设计的信号处理单元，具有高精度的测量和抗干扰功能。所述的信号处理单元一、信号处理单元二均包括信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑，信号接入单元依次与信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑顺序相连，信号接入单元、信号变换单元和隔离放大单元的选通信号均来自嵌入式微电脑，嵌入式微电脑根据监控主机指令监控分布式信号采集器的工作。

见图6，信号接入单元由三个CD4051或CC4051单8通道数字控制模拟电子开关组成。信号接入单元对应A1、A2、A3三个输出端分别输出，哪一路信号输出由片选信号QH和选通信号D2、D1、D0确定.

见图7，信号变换单元内包括电阻R1～R11，阻抗变换器GS1～GS6，电子开关S1～S7，输入基准电压Vuot和电子开关的选通信号D2、D1、D0，变换好的信号由B1、B2、B3三个输出端分别输出。

见图8，隔离放大单元是由电容隔离开关U₁和可编程放大器U₂和电阻网络U₃组成，GL为电容开关式隔离选通信号、D0为电容开关控制信号、放大选控信号均来自嵌入式微电脑；这种电容开关式隔离，具有高可靠隔离特性，可编程放大器，线性好，依据信号自动选定量程，尤其能保证微弱数据信号放大不失真。

见图9，嵌入式微电脑基于DSP(如TMS320C54X)技术设计，设有A/D转换单元U4、基准电压源Vout、存储器U7。为了消除环境温度对热电耦测量精度产生的影响，嵌入式微电脑U5连接一个DS18B20数字温度传感器；DSP控制器与无线通信模块U6连接，无线通信模块U6采用无线信号(如GPRS\GSM)实现与监控主机的通信。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种电力设备及输电线路故障综合在线监测系统，包括无线测温终端、线路故障检测器、中转站、信息接收总站、数据库服务器、监控主机，每个无线测温终端包括锂电池、无线温度传感器、信号处理单元一、无线通信模块；每个所述线路故障检测器包括数据采集单元，信号处理单元二、无线通信模块、供电模块；所述信息接收总站包括2个无线接收模块和1个供电模块；所述无线测温终端通过内置的无线通信模块与信息接收总站无线通讯，所述线路故障检测器通过内置的无线通信模块与中转站及信息接收总站无线通讯，所述信息接收总站与数据库服务器通讯，所述数据库服务器与监控主机通讯；其特征在于：

无线测温终端中的无线温度传感器安装在电力设备开关的触点和母线连接等容易发生温升超标的部位，线路故障检测器挂装在电力传输网络上所需要监测的位置，该系统可以实时监测电力设备异常温升及输电线路故障情况，具有无线通讯网络传输功能；

所述的无线测温终端、线路故障检测器采用信号处理单元均包括信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑，信号接入单元依次与信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑顺序相连，信号接入单元、信号变换单元和隔离放大单元的选通信号均来自嵌入式微电脑，嵌入式微电脑根据监控主机指令监控分布式信号采集器的工作；

信号接入单元由三个CD4051或CC4051单8通道数字控制模拟电子开关组成，信号接入单元对应A1、A2、A3三个输出端分别输出，哪一路信号输出由片选信号Q字和选通信号D2、D1、D0确定；

信号变换单元内包括电阻R1～R11主阻抗变换器GS1～GS6，电子开关S1～S7，输入基准电压Vuot和电子开关的选通信号D2、D1、D0，变换好的信号由B1、B2、B3三个输出端分别输出；

隔离放大单元由电容隔离开关U₁、可编程放大器U₂、电阻网络U₃组成，GL为电容开关式隔离选通信号、D0为电容开关控制信号、放大选控信号均来自嵌入式微电脑；

嵌入式微电脑以DSP控制器为核心，设有A/D转换单元U4、基准电压源Vout、存储器U7；为了消除环境温度对热电耦测量精度产生的影响，嵌入式微电脑U5连接一个DS18B20数字温度传感器；DSP控制器与无线通信模块U6连接，无线通信模块U6采用无线信号实现与监控主机的通信。