CN109814003A - 一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台，包括CT取电模块、通讯模块、电力金具、采集单元和主控制板；电力金具安装在架空线缆上，对电力金具进行编号，并将电力金具编号与位置信息绑定；主控制板分别连接CT取电模块、通讯模块和采集单元；CT取电模块：磁芯挂载在输电线上，进行取电，给设备供电；通讯模块：负责主控制板与服务器、移动终端等通讯设备通讯；主控制板：接收数据，分析处理数据，并将数据存入存储器中；采集单元：主要负责对输电线以及外围环境的数据采集。本发明的效果是：金具的智能化，能定位故障点、监测输电线的状态；便于对整个输电网络进行垂直分析，然后得出输电网络可靠性的改进以及减少维护成本方案。

Description

一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台及方法

技术领域

本发明涉及一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台及方法。

背景技术

近年来，在大数据、云计算、物联网、移动互联网、人工智能等新兴技术的推动下，以互联网技术为核心、以德国“工业4.0”和美国“工业互联网”、“中国制造2025”为代表的新一轮变革正在深刻影响传统产业发展，国内电工装备制造业不断在向自动化、信息化、智能化方向发展。为进一步促进电力金具制造业高质量发展，推进智能制造技术应用，提高产品制造质量水平，重点研究研讨自动化、信息化与智能化生产装备对电力金具设计。

现有技术主要具有以下缺点：

1、现有技术仅能针对输电线其中的一点进行监测，功能单一。由于设备所属公司不同，导致数据分散，不利于系统分析以及后续线路改进可靠性。

2、不支持外围设备组网扩展，不能充当平台事宜。

3、在无广域网情况或者信号不佳的情况下，数据不能有效传回服务器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台和方法,在保证金具基本功能情况下，结合目前部分现有技术，对电网的状态进行的全功能、全方位的整合。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台，包括CT取电模块、通讯模块、电力金具、采集单元和主控制板；电力金具安装在架空线缆上，对电力金具进行编号，并将电力金具编号与位置信息绑定；

主控制板分别连接CT取电模块、通讯模块和采集单元；

CT取电模块：磁芯挂载在输电线上，进行取电，给设备供电；

通讯模块：负责主控制板与服务器、移动终端等通讯设备通讯；

主控制板：接收数据，分析处理数据，转发数据；

采集单元：主要负责对输电线以及外围环境的数据采集。

作为优选方式，电力金具为间隔棒。

作为优选方式，电力金具上安装定位设备，位置信息通过定位设备获取，定位设备的定位信息传输给主控制板。

作为优选方式，定位设备包括GPS定位器和/或北斗定位器。

作为优选方式，通过故障点两侧的定位设备计算故障点的位置，故障点位置计算如下：

其中，l为线路MN的总长，l_M、l_N分别为故障点到金具M和N的距离，t₁为故障波形到达N点后的反射波形到达M点的时间。

作为优选方式，通讯模块和主控制板安装在电力金具上。

作为优选方式，采集单元用于采集故障数据，具体包括故障工频电流波形、故障行波电流波形、故障行波电流幅值、故障发生时刻。

作为优选方式，采集单元包括采集本体和外围扩展设备，采集本体监测导线温湿度、振动、输电线故障定位，外围扩展设备对杆塔的倾斜、输电线图像、微气象条件、污秽度、弧垂等全方面进行监控。

作为优选方式，CT取电模块的磁芯挂载在输电线上，作为监测平台的电源；还设置太阳能电池板作为监测平台的电源；采集单元与主控制板通讯，当主控制板接收到故障信号后，将故障信号和电力金具的位置信息发送给服务器和/或移动终端。

作为优选方式，电力金具的通讯需要采用到通讯组网，将若干电力金具设置成中继节点或者汇集节点；

中继节点：与其他中继节点或者汇集节点通讯；汇集节点：作为中继节点的汇集点，与广域网络进行数据通讯。

本发明的有益效果是：

1、金具的智能化，能定位故障点、监测输电线的状态，外围杆塔，环境情况等；

2、金具作为数据平台，具有外围监测设备数据接入接口，完成所有监测量数据搜集；

3、通过组网，解决大山、密林等无广域网覆盖的地方，大量数据通讯回传问题；

4、各种类型以及大量的数据，回传服务器，便于对整个输电网络进行垂直分析，然后得出输电网络可靠性的改进以及减少维护成本方案。

附图说明

图1为监测平台的系统结构图；

图2为通讯组网示意图；

图3为实施例中的电力金具示意图；

图4为计算故障点检测的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台，包括CT取电模块、通讯模块、电力金具、采集单元和主控制板；电力金具安装在架空线缆上，对电力金具进行编号，并将电力金具编号与位置信息绑定；

主控制板分别连接CT取电模块、通讯模块和采集单元；

CT取电模块：磁芯挂载在输电线上，进行取电，给设备供电；

通讯模块：负责主控制板与服务器、移动终端等通讯设备通讯；

主控制板：接收数据(接收采集单元采集到的信号)，分析处理数据(找寻采集信号中暂态波形的起始时间，时间由GPS/BD定位模块提供)，转发数据；优选地，还设置有储存器，储存器与主控制板连接，主控制板的数据存储在存储器中。

采集单元：主要负责对输电线以及外围环境的数据采集。

在一个优选实施例中，如图3所示，电力金具为间隔棒。

在一个优选实施例中，电力金具上安装定位设备，位置信息通过定位设备获取，定位设备的定位信息传输给主控制板。

在一个优选实施例中，定位设备包括GPS定位器和/或北斗定位器。

在一个优选实施例中，通讯模块和主控制板安装在电力金具上。

在一个优选实施例中，采集单元用于采集故障数据，具体包括故障工频电流波形、故障行波电流波形、故障行波电流幅值、故障发生时刻。

在一个优选实施例中，采集单元包括采集本体和外围扩展设备，采集本体监测导线温湿度(温湿度传感器)、振动(加速度传感器)、输电线故障定位需要的波形和时间信息(采集故障点的时间信息(GPS/BD定位模块)，已知两个设备之间距离，计算在两个设备之间发生故障的点的位置)，外围扩展设备对杆塔的倾斜、输电线图像(摄像头)、微气象条件(温湿度、风速)、污秽度、弧垂等全方面进行监控。外围扩展设备包括拉力传感器、摄像头、环境探测器，这些设备可以设置在杆塔上，也可以设置在电力金具上。

输电线故障定位是本发明的一种重点，通过故障点两侧的定位设备计算故障点的位置，计算时，选择故障点两侧最近的定位设备作为研究对象(如果故障点在定位设备处，直接采用定位设备的位置作为故障点的位置)。l为线路MN的总长(即故障点两侧最近的定位设备的距离，定位设备是安装在金具上的，也可以是两侧金具的距离)，l_M、l_N分别为故障点到金具M和N的距离，t₁为故障波形到达N点后的反射波形到达M点的时间。

如图4所示，当线路上点f发生故障时，故障行波将向两侧的电力金具M和N传播，记录下行波初始波头(暂态波形)到达电力金具M的时间和到达电力金具N的时间(时间信息由电力金具处或者金具内部设置的GPS/BD定位模块提供)，则故障距离可通过下式计算：

其中，l为线路MN的总长，l_M、l_N分别为故障点到金具M和N的距离。通常而言，v为行波在线路上传播的波速度；但是对于本发明而言，引入t1实现计算l_M和l_N的目的，其中t₁为故障波形到达N点后的反射波形到达M点的时间。

通过公式(1)和(2)得到：

通过以上公式得到以下方程组：

由于l、t₁、t_M以及t_N已知，可以求得l_M和l_N，计算得到的l_M和l_N如下：

上述方法求得的l_M和l_N，可以避免采用行波在线路上传播的波速度(不变)或者变化的波速度对结果精确度的影响，避免了波速对结果的不良影响，使得整个计算结果更加精确，故障点判断更加精准。

一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测方法，CT取电模块的磁芯挂载在输电线上，作为监测平台的电源；还设置太阳能电池板作为监测平台的电源；采集单元与主控制板通讯，当主控制板接收到故障信号后，将故障信号和电力金具的位置信息发送给服务器和/或移动终端。

在一个优选实施例中，如图2所示，电力金具的通讯需要采用到通讯组网，将若干电力金具设置成中继节点或者汇集节点；

中继节点：与其他中继节点或者汇集节点通讯；汇集节点：作为中继节点的汇集点，与广域网络进行数据通讯。

本发明关键点是：金具智能化，使得电力金具成为一个智能的故障定位、状态监测平台。在一个优选实施例中，主控制板与云平台对接，通过云平台对数据进行分析处理。

本发明对金具进行智能化的改造，让它具有多种复杂的功能，功能如下：

1、能对输电线路的故障点进行波形采集以及云平台分析，确定输电线故障点位置。优势:缩短故障修复时间、减少停电损失、减轻人工巡线工作量。

2、输电线的导线温度、湿度、振动的实时监测。优势：即时监测电网运行状态，避免人为倒负荷，导致发热超警戒，恶劣天气对杆塔、输电线的造成损害的信息反馈。

3、通过无线组网方式，可扩展监测功能(平台功能)。包括杆塔倾斜、图像视频监测、风偏、污秽度、弧垂等功能。实现状态监测的360°全覆盖。

4、能在无广域网的情况下(附近无4G、以太网接入口等)，进行远距离(10公里)局域网级联，保证数据从无信号(山区、无人区)，把数据送到有信号覆盖的终端点。

本发明设计基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台，能全方位对输电线路以及杆塔的状态情况实时监控，本体监测导线温湿度、振动、输电线故障定位，外围扩展设备对杆塔的倾斜、输电线图像、微气象条件、污秽度、弧垂等全方面进行监控。根据监测的数据进行分析，能减少停电损失、减轻人工巡线工作量、降低运营成本提高线路可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，应当指出的是，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台，其特征在于：包括CT取电模块、通讯模块、电力金具、采集单元和主控制板；电力金具安装在架空线缆上，对电力金具进行编号，并将电力金具编号与位置信息绑定；

主控制板分别连接CT取电模块、通讯模块和采集单元；

CT取电模块：磁芯挂载在输电线上，进行取电，给设备供电；

通讯模块：负责主控制板与服务器、移动终端等通讯设备通讯；

主控制板：接收数据，分析处理数据，转发数据；

采集单元：主要负责对输电线以及外围环境的数据采集。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台，其特征在于：电力金具为间隔棒。

3.根据权利要求1所述的一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台，其特征在于：电力金具上安装定位设备，位置信息通过定位设备获取，定位设备的定位信息传输给主控制板。

4.根据权利要求3所述的一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台，其特征在于：定位设备包括GPS定位器和/或北斗定位器。

5.根据权利要求3所述的一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台，其特征在于：通过故障点两侧的定位设备计算故障点的位置，故障点位置计算如下：

其中，l为线路MN的总长，l_M、l_N分别为故障点到金具M和N的距离，t₁为故障波形到达N点后的反射波形到达M点的时间。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台，其特征在于：通讯模块和主控制板安装在电力金具上。

7.根据权利要求1所述的一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台，其特征在于：采集单元用于采集故障数据，具体包括故障工频电流波形、故障行波电流波形、故障行波电流幅值、故障发生时刻。

8.根据权利要求1所述的一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测平台，其特征在于：采集单元包括采集本体和外围扩展设备，采集本体监测导线温湿度、振动、输电线故障定位，外围扩展设备对杆塔的倾斜、输电线图像、微气象条件、污秽度、弧垂等全方面进行监控。

9.一种基于电力金具的智能故障定位、状态监测方法，其特征在于：CT取电模块的磁芯挂载在输电线上，作为监测平台的电源；还设置太阳能电池板作为监测平台的电源；采集单元与主控制板通讯，当主控制板接收到故障信号后，将故障信号和电力金具的位置信息发送给服务器和/或移动终端。

10.根据权利要求9所述的基于电力金具的智能故障定位、状态监测方法，其特征在于：电力金具的通讯需要采用到通讯组网，将若干电力金具设置成中继节点或者汇集节点；

中继节点：与其他中继节点或者汇集节点通讯；汇集节点：作为中继节点的汇集点，与广域网络进行数据通讯。