CN109917234A - 一种低压配电网故障监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低压配电网故障监测装置及方法，监测装置中电流采集模块包括五个电流互感器，分别采集低压配电网的A相、B相、C相、N相和地线的电流，电流采集模块与电源连接；电流采集模块与匹配模块电连接；匹配模块将电流互感器采集的电流信号转换为模拟信号；放大器模块与匹配模块电连接，将模拟信号进行放大；采样模块与放大器模块电连接，将模拟信号转换为数字信号；数据处理模块与采样模块电连接，将数字信号进行计算和存储；通讯模块与数据处理模块连接，将数据进行上传至服务器模块；显示模块与数据处理模块电连接，显示数据处理模块的结果。本发明具有成本低、效率高并能对故障进行实时监测等优点。

Description

一种低压配电网故障监测装置及方法

技术领域

本发明涉及低压配电网领域，具体涉及一种低压配电网故障监测装置及方法。

背景技术

低压配电网是指由低压配电线路及其附属电气设备组成的向用户提供电能的配电网，低压配电网的功能是以中压或者高压配电变压器为电源，将电能通过低压配电线路直接配送给客户。由于其线路设备众多，只有极少量配置有在线监测系统，检修人员对于线路及设备的运行情况掌握不全面，无法做到对故障的进行实时监测。

发明内容

为解决上述一种或全部技术问题，本发明提供一种低压配电网监测装置及方法，该方法能够实现对低配配电网多种故障的监测。

本发明提供一种低压配电网故障监测装置，包括壳体、显示模块、服务器模块，以及内置在壳体内的电源、电流采集模块、匹配模块、放大器模块、采样模块、数据处理模块、通讯模块；电流采集模块包括五个电流互感器，分别采集低压配电网的A相、B相、C相、N相和地线的电流；匹配模块包括五个与电流互感器相匹配的匹配电路，电流互感器用于与线路连接，将电流互感器采集的电流信号转换为模拟信号；放大器模块与匹配模块电连接，将模拟信号进行放大；采样模块与放大器模块电连接，将模拟信号转换为数字信号；数据处理模块与采样模块电连接，将数字信号进行计算和存储；通讯模块与数据处理模块连接，将数据进行上传至服务器模块；显示模块与数据处理模块电连接，显示数据处理模块的结果。

采用上述技术方案，通过电流采集模块对低压配电网电流，通过匹配模块将电流信号转换为模拟信号，并通过放大器模块使得模拟信号进行放大，通过采样模块实现对模拟信号的采样并转换为数字信号，利用数据处理模块进行数据的计算和存储，并将结果显示在显示模块上，通过通讯模块模块将所采集或计算的数据上传至服务器。服务器模块完成数据接收、曲线展示、故障分析、形成结论并对所述故障信息进行报警。本申请的技术方案通过采集电网的电流，对电流进行处理、分析和判断，实现对低压配电网故障的实时监测。除此之外，本申请的技术方案的电流采集模块、匹配模块以及放大器模块集成在监测仪内部，节省空间、携带方便。

优选的，采样模块包括信号处理单元和数模转换单元，处理单元与数模转换单元电连接；数模转换单元采用二阶∑-△型数模转换器；信号处理单元采用DSP。

采用上述技术方案，采样模块对经放大器模块放大的模拟信号进行处理，通过信号处理单元对模拟信号进行采样，通过数模转换单元对模拟信号进行转换，得到数字信号。

优选的，通讯模块采用无线通讯。

优选的，还包括环境监测模块，环境监测模块与服务器模块电连接，用于监测配电网环境参数；还包括报警模块，报警模块与服务器模块电连接，接收服务器模块处理结果并进行报警；报警模块采用声光报警器。

优选的，环境参数包括：环境温度、环境湿度、GPS位置信息、电池电压、通讯信号强度。

采用上述技术方案，通过环境监测模块检测周围的环境温度、环境湿度、GPS位置信息、电池电压、通讯信号强度，为故障的判断提供依据。报警模块与服务器模块电连接，在发生故障时提醒巡检人员进行检修。报警模块采用声光报警器，当故障发生时，采用声光报警器，巡检人员对故障进行快速定位并处理。

本发明还包括一种低压配电网故障监测方法，包括以下步骤：S1.采集低压配电网A相、B相、C相、N相和地线的电流信息；S2.将电流信息进行放大和模数转化，得到数字电流信息；S3.将数字电流信息进行矢量叠加计算；S4.将步骤S2和S3中的数据上传至服务器模块；S5.服务器模块完成数据接收，对数据进行分析，判故障类型，进行报警。

采用上述技术方案，采集低压配电网的电流信息，并将电流信息进行处理，计算数字化的电流信息，将采集数据上传到服务器端，在服务器端实现数据接收、存储、备份和展示，通过对数据进行分析实现对低压配电网的故障类型的判断和报警，便于巡检人员对故障进行处理；本发明的故障监测方法实现低压配电网多故障的监测，巡检人员通过访问服务器进行数据或故障的查看，便于实现故障的快速处理。

优选的，步骤S5中的故障类型为漏电故障时，判断依据是低压出线漏电流以及地线电流大于第一预设值时，判定为漏电故障。

采用上述技术方案，由于地线电流是配电网变压器中性点接地电流，正常情况下是小于1安培的，低压出线漏电流反映的是所监测的低压出线的漏电流，当二者的值大于第一预设值时，即可判定为是漏电故障。

优选的，步骤S5中的故障类型为重载故障时，判断依据为数字化电流信息大于等于满载电流80%，并持续5分钟，判定为重载故障。

优选的，步骤S5的故障类型为过载故障时，判断依据为数字化电流信息大于等于满载电流100%，并持续5分钟，判定为过载故障。

优选的，步骤S5的故障类型为三相不平衡故障时，识别出电流最大的相别和电流最小的相别，判断依据为电流最大的相别的数字化电流信息大于等于满载电流的70%，且电流最大的相别的数字化电流为电流最小的相别的数字化电流的1.3倍，并持续5分钟，判断为三相不平衡故障。

采用上述技术方案，本发明的低压配电网监测方法能实现漏电故障、重载故障、过载故障以及三相不平衡故障，实现多故障判断。

综上所述，本发明的低压配电网故障监测方法及装置，能实现对低压配电网多故障的识别与判断，便于巡检人员的检修。

附图说明

图1为本发明的其中一个实施例的结构框图；

图2为本发明的其中一个实施例的流程图。

附图标记：

1.壳体、2.电源、3.显示模块、4. 服务器模块、5.电流采集模块、6.匹配模块、7.放大器模块、8.采样模块、80.信号处理单元、81.数模转换单元、9.数据处理模块、10.通讯模块、11.环境监测模块、12.报警模块。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

现有运行的低压配电网的监测装置，往往由于线路和设备复杂，无法对故障进行预测和判断。

参考图1，本发明提出了一种低压配电网故障监测装置，包括壳体1、显示模块3、服务器模块4，以及内置在壳体内的电源2、电流采集模块5、匹配模块6、放大器模块7、采样模块8、数据处理模块9、通讯模块10；电流采集模块5包括五个电流互感器，分别采集低压配电网的A相、B相、C相、N相和地线的电流；电流采集模块5与匹配模块6电连接；匹配模块6包括五个与电流互感器相匹配的匹配电路，电流互感器用于与线路连接，将电流互感器采集的电流信号转换为模拟信号；放大器模块7与匹配模块7电连接，将模拟信号进行放大；采样模块8与放大器模块7电连接，将模拟信号转换为数字信号；数据处理模块9与采样模块8电连接，将数字信号进行计算和存储；通讯模块10与数据处理模块9连接，将数据进行上传至服务器模块4；显示模块3与数据处理模块9电连接，显示数据处理模块9的结果。

采用上述技术方案，通过电流采集模块实时采集低压配电网的电流，并通过匹配模块将采集的电流转换为模拟电压信号，通过放大器模块将模拟电压信号进行放大，并通过采样模块实现信号的采样以及转换为数字信号，利用数据处理模块对采样后的数字信号进行计算和存储，将电流数据发送并呈现在显示模块上。

在本实施例中，电源2采用电池供电，便于移动和携带。

在本实施例中，在服务器模块4实现数据接收、存储、备份和展示，通过对数据进行分析实现对低压配电网的故障类型的判断和报警。在进行报警时，采用事故事件报警列表方式，便于巡检员及时发现故障并进行处理，尤其对于在地理位置较为偏僻的低压配电网，声光报警器结合GPS信息能够使巡检员实现故障的快速定位。

在上述实施例的基础上，进一步地，采样模块8包括信号处理单元80和数模转换单元81，信号处理单元80与数模转换单元81电连接；数模转换单元81采用二阶∑-△型数模转换器；信号处理单元80采用数字信号处理器。

采用上述技术方案，采样模块对经过放大的模拟信号进行采样，信号处理单元对信号进行采样，数模转换单元将模拟信号转换为数字信号。

在上述实施例的基础上，进一步地，通讯模块10采用无线通讯。

在本实施例中，通讯模块10采用WIFI通讯、蓝牙通讯、3G/4G/5G通讯

在上述实施例的基础上，进一步地，还包括环境监测模块11，环境监测模块11与数据处理模块9电连接，用于监测配电网环境参数。还包括报警模块12，报警模块12与服务器模块4电连接，接收服务器模块4处理结果并进行报警；报警模块12采用声光报警器。

在上述实施例的基础上，进一步地，环境参数包括：环境温度、环境湿度、GPS位置信息、电池电压、通讯信号强度。

采用上述技术方案，利用环境监测模块监测的参数，对低压配电网的故障进行依据，例如：在发生重载或者过流故障时，温度会升高；GPS位置信息能够实现故障的快速锁定；环境湿度较大时，往往容易发生漏电风险。报警模块与服务器模块电连接，在发生故障时提醒巡检人员进行检修。报警模块采用声光报警器，当故障发生时，采用声光报警器，巡检人员对故障进行快速定位并处理。

参考图2，本发明还提供一种使用低压配电网故障监测装置对低压配电网进行故障监测方法，包括以下步骤：S1.采集低压配电网A相、B相、C相、N相和地线的电流信息；S2.将电流信息进行放大和模数转化，得到数字电流信息；S3.将数字电流信息进行矢量叠加计算；S4.将步骤S2和S3中的数据上传至服务器模块；S5.服务器模块完成数据接收，对数据进行分析，判故障类型，进行报警。

采用上述技术方案，采集低压配电网的电流信息，经过处理后得到数字化的电流信息，对信息进行计算，并上传至服务器端，得到配电网故障的类型，便于巡检人员进行维修。

在上述实施例的基础上，进一步地，步骤S5中的故障类型为漏电故障时，判断依据是低压出线漏电流以及地线电流大于第一预设值时，判定为漏电故障。

采用上述技术方案，由于地线电流代表的是低压配电网配电变压器中性点的接地电流，未发生故障时，其值一般小于1安培；由于电流互感器的精度等影响，低压出线漏电流的值一般小于5安培；当发生漏电故障时，低压出线漏电流与地线电流会由于负荷的变化而变化，当二者超过第一预设值时，即变压器中性点接地电流大于等于1安培且低压出线漏电流大于等于5安培时，可判断为漏电故障。

在上述实施例的基础上，进一步地，步骤S5中的故障类型为重载故障时，判断依据为数字化电量信息大于等于满载电流80%，并持续5分钟，判定为重载故障。

采用上述技术方案，可根据数字化电量信息是否大于等于满载电流的80%，以及持续时间进行判断是否为重载故障。

在本实施例中，满载电流的大小是根据所监测低压配电网出线线路材质和线径对应的载流量来进行人工设置的。例如：标称截面为1平方毫米采用两根铜芯的钢管穿管的满载电流为16安培；标称截面为1平方毫米采用二根铜芯塑管穿管的满载电流为13安培。

在本实施例中，当数字化电流信息小于满载电流的80%，并持续五分钟，判断为重载故障解除。

在上述实施例的基础上，进一步地，步骤S5的故障类型为过载故障时，判断依据为数字化电流信息大于等于满载电流100%，并持续5分钟，判定为过载故障。

采用上述技术方案，可根据数字化电流信息是否大于等于满载电流的100%，以及持续时间进行判断是否为过载故障。

在本实施例中，当数字化电流信息小于满载电流的100%，并持续五分钟，判断为过载故障解除。

在上述实施例的基础上，进一步地，步骤S5的故障类型为三相不平衡故障时，识别出电流最大的相别和电流最小的相别，判断依据为电流最大的相别的数字化电流信息大于等于满载电流的70%，且电流最大的相别的数字化电流为电流最小的相别的数字化电量的1.3倍，并持续5分钟，判断为三相不平衡故障。

采用上述技术方案，通过识别出电流最大的相别以及电流最小的相别，并判断电流最大的相别大于等于满载电流的70%，电流最大的相别为电流最小的相别的1.3倍，判断为三相不平衡故障。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种低压配电网故障监测装置，其特征在于，包括壳体、显示模块、服务器模块，以及内置在所述壳体内的电源、电流采集模块、匹配模块、放大器模块、采样模块、数据处理模块、通讯模块；

所述电流采集模块包括五个电流互感器，分别采集低压配电网的A相、B相、C相、N相和地线的电流；所述电流采集模块与所述匹配模块电连接；

所述匹配模块包括五个与所述电流互感器相匹配的匹配电路，所述电流互感器用于与线路连接，将所述电流互感器采集的电流信号转换为模拟信号；

所述放大器模块与所述匹配模块电连接，将所述模拟信号进行放大；

所述采样模块与所述放大器模块电连接，将所述模拟信号转换为数字信号；

所述数据处理模块与所述采样模块电连接，将所述数字信号进行计算和存储；

所述通讯模块与所述数据处理模块连接，将数据进行上传至所述服务器模块；

所述显示模块与所述数据处理模块电连接，显示所述数据处理模块的结果。

2.根据权利要求1所述的低压配电网故障监测装置，其特征在于，所述采样模块包括信号处理单元和数模转换单元，所述处理单元与所述数模转换单元电连接；所述模转换单元采用二阶∑-△型数模转换器；所述信号处理单元采用DSP。

3.根据权利要求1所述的低压配电网故障监测装置，其特征在于，所述通讯模块采用无线通讯。

4.根据权利要求1所述的低压配电网故障监测装置，其特征在于，还包括环境监测模块，所述环境监测模块与所述服务器模块电连接，用于监测配电网环境参数；还包括报警模块，所述报警模块与所述服务器模块电连接，接收所述服务器模块处理结果并进行报警；所述报警模块采用声光报警器。

5.根据权利要求4所述的低压配电网故障监测装置，其特征在于，所述环境参数包括：环境温度、环境湿度、GPS位置信息、电池电压、通讯信号强度。

6.一种应用在权利要求1-5任一项所述的低压配电网故障监测装置的低压配电网故障监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.采集低压配电网A相、B相、C相、N相和地线的电流信息；

S2.将所述电流信息进行放大和模数转化，得到数字电流信息；

S3.将所述数字电流信息进行矢量叠加计算；

S4.将步骤S2和S3中的数据上传至服务器模块；

S5.所述服务器模块完成数据接收，对数据进行分析，判故障类型，进行报警。

7.根据权利要求6所述的低压配电网故障监测方法，其特征在于，所述步骤S5中的故障类型为漏电故障时，判断依据是低压出线漏电流以及地线电流大于第一预设值时，判定为漏电故障。

8.根据权利要求6所述的低压配电网故障监测方法，其特征在于，所述步骤S5中的故障类型为重载故障时，判断依据为所述数字化电量信息大于等于满载电流80%，并持续5分钟，判定为重载故障。

9.根据权利要求6所述的低压配电网故障监测方法，其特征在于，所述步骤S5的故障类型为过载故障时，判断依据为所述数字化电量信息大于等于满载电流100%，并持续5分钟，判定为过载故障。

10.根据权利要求6所述的低压配电网故障监测方法，其特征在于，所述步骤S5的故障类型为三相不平衡故障时，识别出电流最大的相别和电流最小的相别，判断依据为所述电流最大的相别的数字化电流信息大于等于满载电流的70%，且电流最大的相别的数字化电量为电流最小的相别的数字化电流的1.3倍，并持续5分钟，判断为三相不平衡故障。