CN105576828A - 一种新型配网分布式故障监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型配网分布式故障监控系统，包括FTU、联络模块和故障指示器，所述FTU设置在配网主干线的分段开关和联络开关上，FTU之间采用光纤网络相互通信；所述联络模块设置于距离配网线路分支线最近的FTU侧，所述联络模块与所述故障指示器连接，所述故障指示器包括报警器以及分别与所述报警器连接的短路检测装置和接地检测装置。本发明以高速率、高可靠、低成本的联络和光网络两种通信方式传输支撑配电自动化信息采集全方位覆盖的开展，既能提高数据传输的灵活性，又能弥补电力行业工作现场的诸多不足，使配电终端进一步智能化、现代化和高效化。
Description
技术领域
本发明涉及电力配网故障监控技术领域，尤其涉及一种新型配网分布式故障监控系统。
背景技术
馈线远方终端（FTU,FeederTerminalUnit）是用于实现配电网架空线监控，对柱上开关进行数据处理并与区域工作站和控制中心通信的自动化设备，是馈线自动化系统与一次设备的接口部分。
申请号为201110372437.4的专利公开了一种配电站管理系统，涉及一种配电网自动化系统，包括系统主站、通信网络和远端现场设备，系统主站包括通信单元、服务主系统、数据库平台、远程抄表单元、监控单元、管理中心和客服中心，远端现场设备包括配电监测终端、智能剩余电流动作保护器、无功功率补偿控制器和智能电能表。本发明能够对线路与设备安全进行智能化监测、保护，对故障自动隔离、快速恢复，提供了供电区域全覆盖的通信保障，对线路设备巡视和服务的精确定位与导航，融合了各种功能，实现了小容量、密布点、短半径、绝缘化、智能化的低压远程抄表和管理功能。
申请号为201310569412.2的专利涉及电力终端领域，具体为一种配电终端运维管理系统，用现有的配网通信网络，实现配电终端的运维管理，利用配电终端管理协议，收集配电终端设备运行状态信息及相关的模拟量信息，按照事先制定的处理规则，对不同类别的设备运行状态进行处理，生成相应的设备状态报表，供设备运维人员对设备状态进行评估，以决定检修策略；同时，对于配网改造、扩容、修改配电终端定值等，利用本发明，运维人员可远方对配电终端进行定值设定，免去现场维护，非常节省时间，也可以提高配电自动化系统的实用性。
申请号为201420208637.5的专利涉及电力技术领域，特别是一种智能终端配电管理系统，包括处理器、电源单元和多路串行口，所述电源单元和多路串行口均与所述处理器连接，还包括有用来采集开关、插座电流电压信号的传感单元，所述传感单元通过采集执行单元与处理器连接；所述处理器还连接有内部时钟单元和E2PROM数据存储单元。采用上述结构后，可以精确的检测电源电压、电流、功率等电气参数，对出现电流超限运行回路做出精确判断，并发出即时指令关闭该回路电源，提高了安全性。
通过FTU实现馈线自动化，需要在线路的开关处和配电变压器低压侧配置馈线远方终端FTU，以通信网络为媒介实现远方监测、控制及计算机管理。当配电线路正常运行时，各FTU负责采集相应开关处的运行参数信息（如电压、电流、功率和开关位置等），通过通信网络将这些信息发送给远方的控制中心，同时各FTU还负责接收控制中心下发的命令并作出相应的操作从而优化配电网的运行方式。在线路发生故障时，各FTU记录各种故障信息并将其上传至控制中心，经计算机系统利用一定的算法分析后确定故障位置并作出相应的恢复供电方案，发送遥控命令控制开关分合闸从而隔离故障区段并恢复非故障区段的供电；该方案能明显减少开关动作次数，故障处理更快捷。同时，该方案对开关智能化的要求较低，因此开关方面投资也相对较低。不足之处是过分依赖通信网络，进行遥控操作必须依靠光纤专用网络进行通信，而目前在城市中多数电缆线路不具备敷设光缆的条件，建设时需要对线路路径进行重新开挖，造价巨大。开关数量越多，通信网络需要传送的数据量就越大，也可能影响数据处理与传输的实时性。
“面保护”方式为了减少故障处理时间，在开关设备处的FTU上设置保护功能。在具有高速光纤网络通信的条件下，相邻FTU交换信息判断故障区段，然后由FTU直接发送控制命令，控制开关动作；由于该方案相较于远方控制方式省去了信息向远方的控制中心传输与处理的过程，因此整个处理时间也大大缩短。但是“面保护”方式采用的通信方式没有本质改变，FTU之间需要光网络的高速传输速率支持。实现原理上往往没有考虑分支线路，在处理故障时也会出现越级跳闸等问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种新型配网分布式故障监控系统，结合现场配电设备的实际工况，能通过较低的成本和便捷的安装，提高数据传输的灵活性，弥补电力行业工作现场的诸多不足，使故障监控系统进一步智能化、现代化和高效化。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种新型配网分布式故障监控系统，包括FTU、联络模块和故障指示器，所述FTU设置在配网主干线的分段开关和联络开关上，FTU之间采用光纤网络相互通信；所述联络模块设置于距离配网线路分支线最近的FTU侧，所述联络模块与所述故障指示器连接，所述故障指示器包括报警器以及分别与所述报警器连接的短路检测装置和接地检测装置。
所述联络模块为无线自组织网模块，包括自组织mesh的无线网络设备。
所述无线网络设备的工作频段为485MHz-505MHz。
所述FTU与所述故障传感器实现拓扑结构连接，建立主从网络节点关系；在所述联络模块侧设置的FTU为主节点。
所述联络模块与所述故障指示器之间设置联络中继设备。
所述联络中继设备包括4G通信终端和数据加密装置。
所述FTU连接供源模块，所述供源模块包括平板电容器以及与其连接的整流器、降压转换器、蓄电池组。
所述报警器包括声光报警器与远程彩信告警装置，所述远程彩信告警装置包括无线GSM模块。
本发明的具体实现方法为：新型配网分布式故障监控系统包括：FTU、联络模块、故障指示器，FTU负责采集分段开关或者联络开关处的运行参数信息（如电压、电流、功率和开关位置等），以光纤通信网络为媒介实现相邻FTU交换信息判断故障区段，并直接发送控制命令，控制开关动作；联络模块为自组织mesh无线网络设备，运行于485MHz-505MHz公共计量免申请频段，支持8-32个跳频频点同步慢跳频通信，网络组态采用自组织mesh架构，单跳可实现1至2公里范围内的传输距离，再加上中继设备则传输距离更大；故障指示器是用来检测短路及接地故障的设备。
在10千伏架空线路的主干线上的分段开关和联络开关处安置FTU，利用光纤网络互相进行通信。在距离线路的某个分支线最近的FTU侧安装联络的传输模块，在分支线上的分支开关上安置具有联络通信模块的故障处理器，此时FTU和故障传感器的联络通信模块便建立了主从网络节点关系（FTU侧连接的联络模块为主节点），便可通过已建立的联络采集分支线路上分支开关的电气量（电压、电流、有功功率、无功功率）和故障数据。若距离较长，两者之间可增加联络中继设备。
在一条配电架空线上，若故障发生则收集该线路上每个开关处的信息。若某一开关检测到某一相流过大于整定值的故障电流，则该开关处的FTU向相邻开关处的FTU发送信息。信息内容包括本开关处是否检测到故障、故障功率方向等。
若该线路上所有开关处上报的故障功率方向都指向某个主干线配电区域内部，如果此区域没有分支线路，则可以判定故障发生在此配电区域内部。否则，若本区域内部的含联络模块的FTU接收到来自某个分支开关故障指示器的故障信息，则故障发生在本配电区域的此支线部分，而主干线并没有故障，各个分段开关的FTU不需要控制开关跳闸，只需要分支开关跳闸即可；若本区域内部的含联络模块的FTU没有接收到来自分支开关故障指示器的故障信息，则故障发生在本配电区域的主干线部分，则需要两端分段开关进行跳闸。通过跳开故障区域内各端点处的分段开关或者分支开关，将故障隔离在故障区段内部。
本发明针对现有的配电自动化终端在配电网发生故障时易出现越级跳闸、大量信息影响通信可靠性、未考虑多分支线路等问题，提出了一种新型混合组网的配网分布式故障监控系统，其有益效果主要体现在：
1、本发明充分考虑配电自动化中分支线路的馈线自动化，可以实现逐级传递，避免越级跳闸，同时在事故发生时也可以实现有序查找，工作效率高；
2、本发明应用了多个FTU自动化终端信息设备，支撑配电自动化终端信息采集全方位覆盖；
3、本发明通过拓扑结构的形式连接，不仅实现了大设备之间的组网，同时也支撑了联络与光纤网络混合组网的推广和应用；
4、在实际应用时，如在10千伏架空线路上的分段开关和联络开关直接通过光纤网络进行配电自动化信息交互；而在位于支路上的分支开关不需要新建光纤网络，而是通过无线自组网将电气量和故障信息传送给与主干线上距离最近的分段开关上FTU自带的无线自组网通信模块，从而此分段开关就获取了附近支路的分支开关的配电自动化信息。如此则实现了配电自动化信息采集的全方位覆盖，既提高了配电自动化的覆盖区域，又避免了停电时牵扯到大范围的用电区域，同时降低了覆盖配电自动化设备的工程造价。
5、本发明以高速率、高可靠、低成本的联络和光网络两种通信方式传输支撑配电自动化信息采集全方位覆盖的开展，既能提高数据传输的灵活性，又能弥补电力行业工作现场的诸多不足，使配电终端进一步智能化、现代化和高效化。
附图说明
图1是本发明实施例一的监控系统的组成结构图。
图2是本发明实施例二的监控系统的组成结构图。
图3是本发明故障监控混合组网模块图。
图4是本发明故障监控混合组网具体实施图。
具体实施方式
实施例一
如图1、3所示，一种新型配网分布式故障监控系统，包括FTU1、联络模块2和故障指示器3，FTU设置在配网主干线的分段开关和联络开关上，FTU之间采用光纤网络相互通信；所述联络模块设置于距离配网线路分支线最近的FTU侧，所述联络模块与所述故障指示器连接，所述故障指示器包括报警器以及分别与所述报警器连接的短路检测装置6和接地检测装置7。
所述联络模块为无线自组织网模块，包括自组织mesh的无线网络设备。
所述无线网络设备的工作频段为485MHz-505MHz。
所述FTU与所述故障传感器实现拓扑结构连接，建立主从网络节点关系；在所述联络模块侧设置的FTU为主节点。
所述FTU连接供源模块11，所述供源模块包括平板电容器以及与其连接的整流器、降压转换器、蓄电池组。
所述报警器包括声光报警器4与远程彩信告警装置5，所述远程彩信告警装置包括无线GSM模块。
本发明的具体实现方法为新型配网分布式故障监控系统包括：FTU、联络模块、故障指示器，FTU负责采集分段开关或者联络开关处的运行参数信息（如电压、电流、功率和开关位置等），以光纤通信网络为媒介实现相邻FTU交换信息判断故障区段，并直接发送控制命令，控制开关动作；联络模块为自组织mesh无线网络设备，运行于485MHz-505MHz公共计量免申请频段，支持8-32个跳频频点同步慢跳频通信，网络组态采用自组织mesh架构，单跳可实现1至2公里范围内的传输距离；故障指示器是用来检测短路及接地故障的设备。Mesh网络即“无线网格网络”,是面向基于IP接入的基于呈网状分布的众多无线接入点间的相互合作和协同，具有宽带高速和高频谱效率的优势，具有动态自组织、自配置、自维护等突出特点。
在10千伏架空线路的主干线上的分段开关和联络开关处安置FTU，利用光纤网络互相进行通信。在距离线路的某个分支线最近的FTU侧安装联络的传输模块，在分支线上的分支开关上安置具有联络通信模块的故障处理器，此时FTU和故障传感器的联络通信模块便建立了主从网络节点关系（FTU侧连接的联络模块为主节点），便可通过已建立的联络采集分支线路上分支开关的电气量（电压、电流、有功功率、无功功率）和故障数据。若距离较长，两者之间可增加联络中继设备。
在一条配电架空线上，若故障发生则收集该线路上每个开关处的信息。若某一开关检测到某一相流过大于整定值的故障电流，则该开关处的FTU向相邻开关处的FTU发送信息。信息内容包括本开关处是否检测到故障、故障功率方向等。
若该线路上所有开关处上报的故障功率方向都指向某个主干线配电区域内部，如果此区域没有分支线路，则可以判定故障发生在此配电区域内部。否则，若本区域内部的含联络模块的FTU接收到来自某个分支开关故障指示器的故障信息，则故障发生在本配电区域的此支线部分，而主干线并没有故障，各个分段开关的FTU不需要控制开关跳闸，只需要分支开关跳闸即可；若本区域内部的含联络模块的FTU没有接收到来自分支开关故障指示器的故障信息，则故障发生在本配电区域的主干线部分，则需要两端分段开关进行跳闸。通过跳开故障区域内各端点处的分段开关或者分支开关，将故障隔离在故障区段内部。
如图4所示，为本发明故障监控混合组网具体实施图，以在变电站51与变电站52之间建立监控系统为例，其故障定位和隔离包括以下几个步骤：
1）在一条配电架空线上，若故障发生则收集该线路上每个开关（分段开关A、分段开关B、联络开关C、分支开关D、分支开关E等等）FTU处的信息。
2）若某一开关检测到某一相流过大于整定值的故障电流，则该开关处的FTU向相邻开关处的FTU发送信息。信息内容包括本开关处是否检测到故障、故障功率方向等。
3）若该线路上所有开关处上报的故障功率方向都指向以虚线圆框标识的主干线配电区域内部，如果此区域没有分支线路，则可以判定故障发生在此配电区域内部。
4）否则，若虚线圆框区域内部的含联络模块的FTU（分段开关A处）接收到来自分支开关D的故障指示器的故障信息，则故障发生在本配电区域的分支1线路，而主干线并没有故障，分段开关B和联络开关C的FTU不需要控制开关开合闸；如果分段开关A的FTU接收到分支开关E的故障信息，则故障发生在分支2线路，主干线没有故障。跳开故障分支线上的分支开关，就可以将故障隔离在分支线，不会越级跳闸到主干线上。
5）若虚线圆框区域内部的含联络模块的FTU（分段开关A处）没有接收到来自分支开关故障指示器的故障信息，则故障发生在本配电区域的主干线部分，需要跳开故障区域两端的分段开关A和分段开关B，将故障隔离在故障区段内部。
同时，为了保证FTU的使用稳定性，方案采用了与配电网互联的供源模块，供源模块包括平板电容器以及与其连接的整流器、降压转换器、蓄电池组，整流器包括功率放大器与频率控制器，功率放大器包括前端输入型OTL放大电路；频率控制器由三相不可控整流电路、H桥逆变电路、输出滤波器和串联谐振电路组成，供源模块直接安装在配电网的高压电场中，以平板电容器取能，并将感生电能经整流、降压等一系列转换最终输入蓄电池组。
实施例二
如图2所示，一种新型配网分布式故障监控系统，包括FTU1、联络模块2和故障指示器3，FTU设置在配网主干线的分段开关和联络开关上，FTU之间采用光纤网络相互通信；所述联络模块设置于距离配网线路分支线最近的FTU侧，所述联络模块与所述故障指示器连接，所述故障指示器包括报警器以及分别与所述报警器连接的短路检测装置6和接地检测装置7。
所述联络模块为无线自组织网模块，包括自组织mesh的无线网络设备。
所述无线网络设备的工作频段为485MHz-505MHz。
所述FTU与所述故障传感器实现拓扑结构连接，建立主从网络节点关系；在所述联络模块侧设置的FTU为主节点。
所述FTU连接供源模块11，所述供源模块包括平板电容器以及与其连接的整流器、降压转换器、蓄电池组。
所述报警器包括声光报警器4与远程彩信告警装置5，所述远程彩信告警装置包括无线GSM模块。
与实施例一的不同之处在于：考虑到传输距离与传输安全的原因，所述联络模块与所述故障指示器之间设置联络中继设备8；所述联络中继设备包括4G通信终端9和数据加密装置10。联络中继设备通过建立FTU和实时系统的4G通信，实现实时与后台数据融合，保证移动系统之间的及时互通；数据加密装置通过对数据链路层上通过使用设备地址、认证私钥、加密私钥和随机码等多个参数保证通信安全，为调试、维护以及操作提供方便、安全等有利保证。
Claims (8)
1.一种新型配网分布式故障监控系统，其特征在于：包括FTU、联络模块和故障指示器，所述FTU设置在配网主干线的分段开关和联络开关上，FTU之间采用光纤网络相互通信；所述联络模块设置于距离配网线路分支线最近的FTU侧，所述联络模块与所述故障指示器连接，所述故障指示器包括报警器以及分别与所述报警器连接的短路检测装置和接地检测装置。
2.如权利要求1所述的一种新型配网分布式故障监控系统，其特征在于：所述联络模块为无线自组织网模块，包括自组织mesh的无线网络设备。
3.如权利要求2所述的一种新型配网分布式故障监控系统，其特征在于：所述无线网络设备的工作频段为485MHz-505MHz。
4.如权利要求1所述的一种新型配网分布式故障监控系统，其特征在于：所述FTU与所述故障传感器实现拓扑结构连接，建立主从网络节点关系；在所述联络模块侧设置的FTU为主节点。
5.如权利要求1所述的一种新型配网分布式故障监控系统，其特征在于：所述联络模块与所述故障指示器之间设置联络中继设备。
6.如权利要求5所述的一种新型配网分布式故障监控系统，其特征在于：所述联络中继设备包括4G通信终端和数据加密装置。
7.如权利要求1所述的一种新型配网分布式故障监控系统，其特征在于：所述FTU连接供源模块，所述供源模块包括平板电容器以及与其连接的整流器、降压转换器、蓄电池组。
8.如权利要求1所述的一种新型配网分布式故障监控系统，其特征在于：所述报警器包括声光报警器与远程彩信告警装置，所述远程彩信告警装置包括无线GSM模块。
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