CN104330701B - 一种小区用单相故障监测无线系统及其监测方法 - Google Patents

Abstract

一种小区用单相故障监测无线系统及其监测方法。包括若干单元楼传感器节点、路由节点和协调器节点，若干所述单元楼传感器节点分别连接所述路由节点，所述路由节点连接协调器节点，所述协调器节点连接监控主机；若干所述单元楼传感器节点一一对应若干小区单元楼用户，所述小区单元楼用户的单相输电线包括A相和中性线，所述单元楼传感器节点包括触点温度传感器、电流互感器、电压互感器、DSP控制器、GPRS通讯模块和ZigBee通讯模块，所述触点温度传感器设在A相上、且通过调理电路连接所述DSP控制器，所述DSP控制器通过所述GPRS通讯模块连接调度中心，所述调度中心与小区变电所通讯。本发明具有同步实时性，简单可靠，为智能电网的发展奠定基础。

Description

一种小区用单相故障监测无线系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及单相故障诊断技术领域，尤其涉及一种小区用单相故障监测无线系统及其监测方法。

背景技术

随着智能电网建设和技术发展，电力消费日益增加的同时也对电能质量提出了更高的要求，智能化程度要求越来越高，供电可靠性越来越受到电力部门和电力用户的关注。统计数据显示，电网95%以上的停电事故都是由配电故障引起的。故障发生后，如何能够迅速有效的检测出故障，并进行隔离，恢复供电，减小故障影响具有十分重要的意义。

目前，国内外用于单相系统短路、漏电和过负荷的检测方法和装置很多，技术各有特长，对于接地短路的判别方法的定位有很多专利技术，对于系统过负荷和漏电的判断有很多单一的传统技术和方法，这些技术基本是对单相系统短路、漏电和过负荷的单一判断，或者两种组合判断，有些专利技术也提出了无线智能方法，但是，至今未见到能同时判断三种情况的方法和系统。

综上，现如今缺少一种方法步骤简单、操作简便、投入成本较低、工作量小、工作难度低、使用效果好的配电网单相故障监测方法，能够提供满足智能电网无线传输技术要求，能有效解决现有单相故障监测存在的操作复杂、工作量大、使用效果较差等问题。

发明内容

本发明提供了一种小区用单相故障监测无线系统及其监测方法，旨在解决小区用电故障实时快速预诊断和故障定位及其满足智能电网的要求，通过触点温度采集、单相电压和电流采集，通过多传感器数据融合，实现用户短路、过负荷和系统漏电的预诊断和故障定位，达到避免故障，经济运行的效果。

本发明的技术方案是：包括若干单元楼传感器节点、路由节点和协调器节点，若干所述单元楼传感器节点分别连接所述路由节点，所述路由节点连接协调器节点，所述协调器节点连接监控主机；

若干所述单元楼传感器节点一一对应若干小区单元楼用户， 所述小区单元楼用户的单相输电线包括A相和中性线，所述单元楼传感器节点包括触点温度传感器、电流互感器、电压互感器、DSP控制器、GPRS通讯模块和ZigBee通讯模块，

所述触点温度传感器设在A相上、且通过调理电路连接所述DSP控制器，

所述电流互感器分别接A相和中性线上用于测得A相电流和中性线电流、且通过调理电路连接所述DSP控制器，

所述电压互感器分别接A相和中性线上用于测得A相电压、且通过调理电路连接所述DSP控制器，

所述DSP控制器通过所述GPRS通讯模块连接调度中心，所述调度中心与小区变电所通讯，

所述DSP控制器通过ZigBee通讯模块与所述小区变电所通讯。

所述单元楼传感器节点还包括Flash电路和RAM电路，所述Flash电路和RAM电路分别连接所述DSP控制器；所述协调器节点包括无线收发器。

本发明中小区用单相故障监测无线系统及其监测方法包括以下步骤：

1)、A相电流、中性线电流和A相电压运行工况信息的同步实时数据采集及触点温度采集；

通过DSP控制器实测单相电压和电流，单相电压和电流的采样采用芯片AD7656实时计算单相的电压、电流、功率和功率因数；同时，采用触点温度传感器检测触点温度；

2）、通过对A相电流、中性线电流和计算电流的比较分析判断系统是否正常；

如果是，表示系统正常；如果有异常现象，则进一步进行系统短路、系统过负荷和系统漏电的判断；

3）、在步骤2）的基础上，如果有异常现象，进一步判断A相电流是否大于计算电流，同时A相电压是否小于220V，实现系统短路判断；

如果是，表示系统短路；如果否，判断系统是否漏电；

4）、在步骤2）的基础上，如果有异常现象，进一步通过判断A相电流是否小于等于开关整定电流，同时触点温度高于设定值，采用多传感器数据融合，实现系统过负荷的判断；

通过A相电流采集、触点温度采集和触点温度快速升高的时间采集，通过多传感器融合判断系统过负荷；

如果是，表示系统过负荷；如果否，表示系统正常；

5）、在步骤3）没有异常的基础上，进一步通过判断A相电流和中性线电流的差值是否大于等于设定值，实现系统漏电的判断；

如果是，表示系统漏电；如果否，表示系统正常。

本发明中的无线系统包括若干一一对应小区单元楼用户的单元楼传感器节点，单元楼传感器节点包括触点温度传感器、电流互感器、电压互感器、DSP控制器、GPRS通讯模块和ZigBee通讯模块，便于采集A相电流、中性线电流和A相电压，通过GPRS通讯模块和ZigBee通讯模块实现无线传输，提高了同步性，方便可靠；

本发明中的监测方法包括下列步骤：1）、A相电流、中性线电流和A相电压运行工况信息的同步实时数据采集及触点温度采集；2）、通过对A相电流、中性线电流和计算电流的比较分析判断系统是否正常；然后，在步骤2）的基础上，分别进行系统短路、系统过负荷和系统漏电的判断。

本发明能够同时判断系统短路、漏电和过负荷三种故障，提供基于无线Zigbee通讯和GPRS通讯的无线方式，特别是对过负荷监测，采用了融合触点温度和开关整定电流的多数据融合技术，实现对过负荷故障的准确判断，该方法步骤简单、操作简便、投入成本较低、工作量小、工作难度低、使用效果好。

本发明具有同步实时性，简单可靠，为智能电网的发展奠定基础。

附图说明

图1是本发明的结构框图，

图2是本发明中单元楼传感器节点的结构框图；

图3是本发明的流程图；

图中1是单元楼传感器节点，11是触点温度传感器，12是电流互感器，13是电压互感器，14是DSP控制器，15是ZigBee通讯模块，16是小区变电所，17是GPRS通讯模块，18是调度中心，2是路由节点，3是协调器节点，4是监控主机。

具体实施方式

本发明如图1-3所示，包括若干单元楼传感器节点1、路由节点2和协调器节点3，若干所述单元楼传感器节点1分别连接所述路由节点2，所述路由节点2连接协调器节点3，所述协调器节点3连接监控主机4；

若干所述单元楼传感器节点1一一对应若干小区单元楼用户， 所述小区单元楼用户的单相输电线包括A相和中性线，所述单元楼传感器节点1包括触点温度传感器11、电流互感器12、电压互感器13、DSP控制器14、GPRS通讯模块17和ZigBee通讯模块15，

所述触点温度传感器11设在A相上、且通过调理电路连接所述DSP控制器，调理电路为常规电路；

所述电流互感器12分别接A相和中性线上用于测得A相电流和中性线电流、且通过调理电路连接所述DSP控制器，

所述电压互感器13分别接A相和中性线上用于测得A相电压、且通过调理电路连接所述DSP控制器，通过DSP控制器实现单相运行工况的实时采集与监测；

所述DSP控制器14通过所述GPRS通讯模块17连接调度中心18，所述调度中心18与小区变电所16通讯，

所述DSP控制器14通过ZigBee通讯模块15与所述小区变电所16通讯，实现实时数据的无线收发。

所述单元楼传感器节点还包括Flash电路和RAM电路，所述Flash电路和RAM电路分别连接所述DSP控制器，将数据存储在Flash中，掉电不会丢失，可召唤查询和主动发送到调度中心；所述协调器节点包括无线收发器。

本发明中的监测方法，包括以下步骤：

1)、A相电流、中性线电流和A相电压运行工况信息的同步实时数据采集及触点温度采集；

通过DSP控制器实测单相电压和电流，单相电压和电流的采样采用芯片AD7656实时计算单相的电压、电流、功率和功率因数；同时，采用触点温度传感器检测触点温度；触点温度传感器采用安装在触头表面，温度通过热量传导影响传感器特性，获取电磁波能量，然后电－声－电压电芯片效应，把温度转换为电信号的无源温度传感器。

工作中，分别从进小区单元楼配电箱实时采集单相电压和电流及触点温度的运行工况信息，并标注时标后，将工况信息存入工况信息库。

2）、通过对A相电流、中性线电流和计算电流的比较分析判断系统是否正常；

如果是，表示系统正常；如果有异常现象，则进一步进行系统短路、系统过负荷和系统漏电的判断；

3）、在步骤2）的基础上，如果有异常现象，进一步判断A相电流是否远远大于计算电流，同时A相电压是否远远小于220V，实现系统短路判断；

如果是，表示系统短路；如果否，表示系统正常，判断系统是否漏电；以一小区单元楼8户，每户8kW为例，该单元总负荷为64kW，计算电流为130A，A相电流短路电流是6000～7000A，A相电压接近0V。

4）、在步骤2）的基础上，如果有异常现象，进一步通过判断A相电流是否小于等于开关整定电流，同时触点温度高于设定值，采用多传感器数据融合，实现系统过负荷的判断；

通过A相电流采集、触点温度采集和触点温度快速升高的时间采集，通过多传感器融合进行系统过负荷的判断。

如果是，表示系统过负荷；如果否，表示系统正常；

以一小区单元楼8户，每户8kW为例，该单元总负荷为64kW，计算电流为130A，A相触点正常温度小于70度，控制系统通过对A相电流、触点温度和时间的多次测量，每隔2秒采集一次A相电流、触点温度，获取实时原始数据，通过多传感器融合技术，其中数据级融合采用自适应加权方法，特征级融合采用BP神经网络；实现系统过负荷的判断。

传感器数据融合把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的局部数据资源加以综合，采用计算机技术对其进行分析，消除多传感器信息之间可能存在的冗余和矛盾，加以互补，降低其不确实性，获得被测对象的一致性解释与描述，从而提高系统决策、规划、反应的快速性和正确性，使系统获得更充分的信息。其信息融合在不同信息层次上出现，包括数据层融合、特征层融合、决策层融合。

5）、在步骤3）没有异常的基础上，进一步通过判断A相电流和中性线电流的差值是否大于等于设定值（每户按照30mA，根据户数设定），实现系统漏电的判断；

如果是，表示系统漏电；如果否，表示系统正常。

Claims (3)

1.一种小区用单相故障监测无线系统，其特征在于，包括若干单元楼传感器节点、路由节点和协调器节点，若干所述单元楼传感器节点分别连接所述路由节点，所述路由节点连接协调器节点，所述协调器节点连接监控主机；

若干所述单元楼传感器节点一一对应若干小区单元楼用户， 所述小区单元楼用户的单相输电线包括A相和中性线，所述单元楼传感器节点包括触点温度传感器、电流互感器、电压互感器、DSP控制器、GPRS通讯模块和ZigBee通讯模块，

所述触点温度传感器设在A相上、且通过调理电路连接所述DSP控制器，

所述电流互感器分别接A相和中性线上用于测得A相电流和中性线电流、且通过调理电路连接所述DSP控制器，

所述电压互感器分别接A相和中性线上用于测得A相电压、且通过调理电路连接所述DSP控制器，

所述DSP控制器通过所述GPRS通讯模块连接调度中心，所述调度中心与小区变电所通讯，

所述DSP控制器通过ZigBee通讯模块与所述小区变电所通讯。

2.根据权利要求1所述的一种小区用单相故障监测无线系统，其特征在于，所述单元楼传感器节点还包括Flash电路和RAM电路，所述Flash电路和RAM电路分别连接所述DSP控制器；所述协调器节点包括无线收发器。

3.一种权利要求1所述的小区用单相故障监测无线系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、A相电流、中性线电流和A相电压运行工况信息的同步实时数据采集及触点温度采集；

通过DSP控制器实测单相电压和电流，单相电压和电流的采样采用芯片AD7656实时计算单相的电压、电流、功率和功率因数；同时，采用触点温度传感器检测触点温度；

2）、通过对A相电流与中性线电流的比较、A相电流与计算电流的比较以及中性线电流与计算电流的比较分析判断系统是否正常；

如果是，表示系统正常；如果有异常现象，则进一步进行系统短路、系统过负荷和系统漏电的判断；

3）、在步骤2）的基础上，如果有异常现象，进一步判断A相电流是否大于计算电流，同时A相电压是否小于220V，实现系统短路判断；

如果是，表示系统短路；如果否，判断系统是否漏电；

4）、在步骤2）的基础上，如果有异常现象，进一步通过判断A相电流是否小于等于开关整定电流，同时触点温度高于设定值，采用多传感器数据融合，实现系统过负荷的判断；

通过A相电流采集、触点温度采集和触点温度快速升高的时间采集，通过多传感器融合判断系统过负荷；

如果是，表示系统过负荷；如果否，表示系统正常；

5）、在步骤3）没有异常的基础上，进一步通过判断A相电流和中性线电流的差值是否大于等于设定值，实现系统漏电的判断；

如果是，表示系统漏电；如果否，表示系统正常。