CN108089094A - 基于云平台的环网供电电缆故障定位系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于云平台的环网供电电缆故障定位系统及方法，属于电力监测领域。该系统包括主控单元CPU板、高速数据采集单元DAU板、云服务平台、GPS授时模块、4G通讯模块及电源模块；高速数据采集单元DAU板用于采集被测电缆的高频信号；主控单元CPU板用于接收和处理接收到的高频信号；测得故障点距离后明确指示故障点位置，对故障点进行标注。本发明可在云平台实现故障的预警提示和数据分析处理，并展示故障的定位信息。
Description
技术领域
本发明属于电力监测领域，涉及一种基于云平台的环网供电电缆故障定位系统及方法。
背景技术
随着自动化技术的发展，配电网自动化运行已经越来越重要。配电网自动化是指运用各种技术及配电设备，对配电网进行监控管理，使配电网处于安全、可靠、优质、经济、高效的运行状态。故障定位是配电自动化的关键技术之一，它要求故障发生时能够快速定位故障点，并及时通知电力部门检修人员，为电力部门检修人员排查故障和恢复供电节约时间。目前的故障定位自动化程度较低，定位不准确。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于云平台的环网供电电缆故障定位系统及方法，在城市环网供电系统的环网柜干线设置监测装置，通过高速数据采集的方法，记录供电线路发生故障时的故障时刻，采用卫星时钟同步方法，形成双端测距，在系统平台实现故障点定位。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于云平台的环网供电电缆故障定位系统，包括主控单元CPU板、高速数据采集单元DAU板、云服务平台、GPS授时模块、4G通讯模块及电源模块；
所述高速数据采集单元DAU板用于采集被测电缆的高频信号；
所述主控单元CPU板用于接收和处理接收到的高频信号，处理方式为：
对电缆故障机械能分级，计算电缆故障的距离，计算方法为：设故障初始行波浪涌以相同的传播速度v到达M端和N端母线的绝对时间分别为TM和TN，形成各端第1个反向行波浪涌，则存在关系：
式中：DMF和DNF分别为M端和N端母线到故障点的距离；L为线路MN的长度；
求解获得M端和N端母线到故障点的距离：
测得故障点距离后明确指示故障点位置，对故障点进行标注；
所述云服务平台用于接收主控单元CPU板发出的信号，做信号的集中处理和存储，针对每个用户提供足够的存储空间，用户在任何时间地点随时通过浏览器访问现场的系统监测情况，并且系统历史数据永久存储；
所述GPS授时模块用于使监测时标一致；
所述4G通讯模块用于信号的4G传输；
所述电源模块用于系统的供电。
进一步，所述电源模块的取电模式包括环网柜内取电和太阳能取电；
环网柜内取电：系统安装在环网柜内需要100-220V交流工作电源，通过环网柜二次侧照明用电处取电或二次侧PT处取电；
太阳能取电：太阳能取电方式需增加太阳能板和铅酸电池，铅酸电池安装在环网柜内，系统太阳能板通过环网柜外支架固定，地上部分具体高度根据现场环网柜高度略作调整，若安装环网柜内无法提供电源模块，则系统通过太阳能取电。
进一步，所述系统还包括故障选线模块、环流监测模块和断电防护模块；
故障选线模块：实时监测每条线路接地线电流变化，根据多级系统算法确定故障线路，并通过手机短信、告警弹窗、APP推送方式及时通知；
环流监测模块：针对城市环网中部分单芯电缆，系统实时监测线路的外护套绝缘情况，并绘制环流曲线，对于外护套绝缘异常电缆进行故障报警；
断电防护模块：系统装置内电源模块处于热备份状态，当AC220V供电电源断电后，系统装置持续工作2小时，确保断电瞬间采集的数据完整性。
进一步，所述高速数据采集单元DAU板的采样频率为100MHz。
基于所述系统的环网供电电缆故障定位方法，包括以下步骤：
S1：利用高速数据采集单元DAU板进行电流信号的实时采集，并通过主控单元CPU板进行数据处理，根据每个监测装置数据的时间标签进行同步并且显示，得到两个监测装置检测到的时间差，根据双端测距原理计算故障点位置；
S2：通过4G传输模块上传至云服务平台进行数据展示和存储。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明可实现值班人员通过浏览器访问的方式或者程序窗口的方式登录系统后台软件，直观查看系统故障电缆的情况。
(2)当监测线路出现异常时系统会自动发送报警短信给相关人员，并在系统后台弹出报警弹窗，并展示故障的定位信息，方便了工作人员对电力电缆日常的监测和维护。
(3)相较于其他故障定位方法，本发明故障定位更准确。
(4)本发明采用分布式安装，容易更改位置，配置灵活。
(5)本发明不接入电网，避免了干扰。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明实施例结构示意图；
图2为双端多次现代行波故障测距原理示意图；
图3为系统装置安装示意图；
图4为太阳能供电方式下系统装置安装示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示，基于云平台的环网供电电缆故障定位系统，包括主控单元CPU板、高速数据采集单元DAU板、云服务平台、GPS授时模块、4G通讯模块及电源模块；
所述高速数据采集单元DAU板用于采集被测电缆的高频信号；
所述主控单元CPU板用于接收和处理接收到的高频信号，处理方式为：
对电缆故障机械能分级，计算电缆故障的距离，计算方法为：设故障初始行波浪涌以相同的传播速度v到达M端和N端母线的绝对时间分别为TM和TN，形成各端第1个反向行波浪涌，则存在关系：
式中：DMF和DNF分别为M端和N端母线到故障点的距离；L为线路MN的长度；
求解获得M端和N端母线到故障点的距离：
测得故障点距离后明确指示故障点位置，对故障点进行标注；
所述云服务平台用于接收主控单元CPU板发出的信号，做信号的集中处理和存储，针对每个用户提供足够的存储空间，用户在任何时间地点随时通过浏览器访问现场的系统监测情况，并且系统历史数据永久存储；
所述GPS授时模块用于使监测时标一致；
所述4G通讯模块用于信号的4G传输；
所述电源模块用于系统的供电。
所述电源模块的取电模式包括环网柜内取电和太阳能取电；
环网柜内取电：系统安装在环网柜内需要100-220V交流工作电源，通过环网柜二次侧照明用电处取电或二次侧PT处取电；
太阳能取电：太阳能取电方式需增加太阳能板和铅酸电池，铅酸电池安装在环网柜内，系统太阳能板通过环网柜外支架固定，地上部分具体高度根据现场环网柜高度略作调整，若安装环网柜内无法提供电源模块，则系统通过太阳能取电。
所述系统还包括故障选线模块、环流监测模块和断电防护模块；
故障选线模块：实时监测每条线路接地线电流变化，根据多级系统算法确定故障线路，并通过手机短信、告警弹窗、APP推送方式及时通知；
环流监测模块：针对城市环网中部分单芯电缆，系统实时监测线路的外护套绝缘情况，并绘制环流曲线，对于外护套绝缘异常电缆进行故障报警；
断电防护模块：系统装置内电源模块处于热备份状态，当AC220V供电电源断电后，系统装置持续工作2小时，确保断电瞬间采集的数据完整性。
所述高速数据采集单元DAU板的采样频率为100MHz。
当1#环网柜和2#环网柜之间的电缆发生暂态接地故障时，监测装置均检测到暂态电流信号，通过上位机上传至系统平台，系统平台根据每个监测装置数据的时间标签进行同步并且显示，可以得到两监测装置检测到的时间差，根据双端测距原理计算故障点位置。
双端测距原理是利用记录故障点产生的行波到达线路两端的时间，然后借助于通讯联系实现测距的。由于这种测距原理是利用故障产生后到达母线端的第一次行波的信息，因此不存在区分故障点的反射波和对侧母线端反射波在故障点的透射波的问题。但是它要求在线路两端有通讯联系，而且两边时标要一致，利用GPS技术加以实现。
如图2所示，设故障初始行波浪涌以相同的传播速度v到达M端和N端母线的绝对时间分别为TM和TN，形成各端第1个反向行波浪涌，则存在关系：
式中：DMF和DNF分别为M端和N端母线到故障点的距离；L为线路MN的长度。
求解获得M端和N端母线到故障点的距离：
图3为系统装置在环网柜内的安装示意图；如图4所示，假如安装环网柜内无法提供电源，那么系统装置通过太阳能取电，太阳能取电方式下系统装置在环网柜内的安装示意图。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (5)
1.基于云平台的环网供电电缆故障定位系统，其特征在于：该系统包括主控单元CPU板、高速数据采集单元DAU板、云服务平台、GPS授时模块、4G通讯模块及电源模块；
所述高速数据采集单元DAU板用于采集被测电缆的高频信号；
所述主控单元CPU板用于接收和处理接收到的高频信号，处理方式为：
对电缆故障机械能分级，计算电缆故障的距离，计算方法为：设故障初始行波浪涌以相同的传播速度v到达M端和N端母线的绝对时间分别为TM和TN，形成各端第1个反向行波浪涌，则存在关系：
<mfenced open = "{" close = "">
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式中：DMF和DNF分别为M端和N端母线到故障点的距离；L为线路MN的长度；
求解获得M端和N端母线到故障点的距离：
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测得故障点距离后明确指示故障点位置，对故障点进行标注；
所述云服务平台用于接收主控单元CPU板发出的信号，做信号的集中处理和存储，针对每个用户提供足够的存储空间，用户在任何时间地点随时通过浏览器访问现场的系统监测情况，并且系统历史数据永久存储；
所述GPS授时模块用于使监测时标一致；
所述4G通讯模块用于信号的4G传输；
所述电源模块用于系统的供电。
2.根据权利要求1所述基于云平台的环网供电电缆故障定位系统，其特征在于：所述电源模块的取电模式包括环网柜内取电和太阳能取电；
环网柜内取电：系统安装在环网柜内需要100-220V交流工作电源，通过环网柜二次侧照明用电处取电或二次侧PT处取电；
太阳能取电：太阳能取电方式需增加太阳能板和铅酸电池，铅酸电池安装在环网柜内，系统太阳能板通过环网柜外支架固定，地上部分具体高度根据现场环网柜高度略作调整，若安装环网柜内无法提供电源模块，则系统通过太阳能取电。
3.根据权利要求1所述基于云平台的环网供电电缆故障定位系统，其特征在于：所述系统还包括故障选线模块、环流监测模块和断电防护模块；
故障选线模块：实时监测每条线路接地线电流变化，根据多级系统算法确定故障线路，并通过手机短信、告警弹窗、APP推送方式及时通知；
环流监测模块：针对城市环网中部分单芯电缆，系统实时监测线路的外护套绝缘情况，并绘制环流曲线，对于外护套绝缘异常电缆进行故障报警；
断电防护模块：系统装置内电源模块处于热备份状态，当AC220V供电电源断电后，系统装置持续工作2小时，确保断电瞬间采集的数据完整性。
4.根据权利要求1所述基于云平台的环网供电电缆故障定位系统，其特征在于：所述高速数据采集单元DAU板的采样频率为100MHz。
5.基于权利要求1-4中任一项所述系统的环网供电电缆故障定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：利用高速数据采集单元DAU板进行电流信号的实时采集，并通过主控单元CPU板进行数据处理，根据每个监测装置数据的时间标签进行同步并且显示，得到两个监测装置检测到的时间差，根据双端测距原理计算故障点位置；
S2：通过4G传输模块上传至云服务平台进行数据展示和存储。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180529 |