CN110319886A - 基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电力配电网技术领域，具体涉及一种基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统。包括配网变压器端子箱内安装的故障诊断装置，与故障诊断装置连接的安装在配网变压器端子箱内提供状态量的电流表、电压表、电流传感器、温度传感器、湿度传感器，提供状态量的变压器上安装的温度传感器、瓦斯传感器和油位传感器，与故障诊断装置连接的配网变压器低压侧安装的交流接触器、与交流接触器串联的刀闸。该系统实现网络全时空覆盖，信息高效传输；实现精准防护，智能防御，提高全景监测、精益运行能力。

Description

基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统

技术领域

本发明属于电力配电网技术领域，具体涉及一种基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统。

背景技术

配电线路是直接向用户提供电力，由配电线路组成的网络，简称配网，一般在我国指35kV及以下电压等级组成的供电网络，35kV和10kV电压等级配网由变电站或者开关站开关柜出线，母线侧装有互感器，开关柜上装有微机保护，线路发生故障，如过流、短路等，会在规定时间跳闸。400V配网由10kV电压等级经过公用变或者专变降压而至，该电压等级主要向居民提供生活供电，覆盖面更广，影响范围更大，在公用变上高压侧有保护装置，该装置由靠跌落式熔断器（令克）组成，当变压器内部短路或者过流，零克内部保险丝熔断，保护变压器，造成该台区供电中断，更换熔断器的熔丝也需要技巧，有时用零克棒进行多次更换，都会把保险丝给拉断，严重影响居民供电，给社会带来不良影响。

社会对电力需求越来越高，配网接入设备类型数量越来越多，给配网安全运行带来全新的挑战。配网的电压、电流、负荷、线路的温度、变压器的油位、温度、瓦斯等这因素，始终影响居民用电质量，如何实时监控，不断采取措施进行完善等是电力系统要解决的主要问题，对于现场实时信息采集数据分析，对于配电网的发展、改造具有重要参考意义。

目前普遍采用的改进方法是在变压器低压侧安装刀闸，高压侧安装另一令克，如果变压器低压侧故障，利用高压侧跳闸，一是不够灵敏，二是停电范围扩大了。变压器的低压侧刀闸或者空气开关，例如400A或1000A等，发生一般故障是不会跳闸的，保护不够灵敏，可靠性不高，亟需研制一种故障快速诊断装置，来解决此类问题的不足。

公告号为CN107390628 A的专利文献公开了一种种配网状态监测与预警方法及系统，所述方法包括：获取若干配网应用系统发送的第一配网设备信息，和信息采集设备采集的第二配网设备信息；根据第一配网设备信息和第二配网设备信息得到配网设备监测信息；判断配网设备监测信息中的参数是否超过预设阈值，若超过预设阈值生成报警信息，并将报警信息发送到终端设备。该发明实施例可以解决由于采集的配网设备信息比较庞大，无法及时获取有效信息，对配网设备运行管理带来不便的问题。但是该专利不能不能及时对出现故障的变压器进行跳闸保护，不能适应对于用电要求越来越高的居民的需要。

公告号为CN 107146018 A的专利文献公开了一种基于电网状态监测系统的数据处理分析方法和系统，包括：数据获取模块，数据分区存储模块、数据库模块、数据二次加工模块、数据应用服务模块；数据获取模块用于分别从不同系统中采集相应数据；数据分区存储模块用于对数据进行分区存储；数据库模 块用于建立面向对象方法的输变电设备状态监测数据库以对海量数据进行存储并建模；数据二次加工模块用于获取输变电设备状态监测数据库内存储的监测数据，并根据标准规范对监测数据进行二次加工后形成规范监测数据并存储到输变电设备状态监测数据库内；数据应用服务模块用于根据监测数据进行分析处理并生成分析结果。该发明主要是对电网状态检测到的数据进行分析处理并生成分析结果，并没有故障处理措施，对于电网运行过程中故障情况不能及时处理，影响电网运行。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的问题提供一种基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统，该系统实现网络全时空覆盖，信息高效传输；实现精准防护，智能防御，提高全景监测、精益运行能力。

本发明的技术方案是：

基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统，包括配网变压器端子箱内安装的故障诊断装置，与故障诊断装置连接的安装在配网变压器端子箱内提供状态量的电流表、电压表、电流传感器、温度传感器、湿度传感器，提供状态量的变压器上安装的温度传感器、瓦斯传感器和油位传感器，与故障诊断装置连接的配网变压器低压侧安装的交流接触器、与交流接触器串联的刀闸。

所述的故障诊断装置包括对需要采集的配网的各状态量进行实时信息采集和模块数字化处理的采集终端，采集终端通过传输网络将信号传输至后台云服务器进行计算和诊断。

所述的采集终端包括用于接收信息并进行模块数字化处理的微处理器、同时与微处理器及现场数据信息连接的多串口采集卡、用于信息存储的数据存储、用于数据显示的与多串口采集卡连接的液晶显示设备，所述的微处理器通过传输网络、交换机与云服务器连接。

所述的后台云服务器使用云计算法实现配网的故障分析和诊断。

具体的，所述的多串口采集卡采用RS485总线和微处理器连接，所述的RS485总线分别与变压器端子箱内的故障诊断装置、电流表、电压表、电流互感器、温度传感器、湿度传感器、连接进行信息采集，同时与变压器上安装的温度传感器、瓦斯传感器和油位传感器、交流接触器及刀闸连接进行现场数据信息采集。

具体的，所述的采集终端还包括扩展接口，所述的扩展接口用于连接事件报警单元、备用电源、工作指示。

具体的，所述的微处理器通过GPRS模块与传输网络连接完成配置和数据收发，GPRS模块经传输网络与云服务器连接完成数据收发。

具体的，所述的采集终端还包括时钟模块，时钟模块与微处理器连接实现同步授时服务。

具体的，所述的电流传感器采样频率高于12KHz，采样精度不低于16比特。

随着我国电网的逐步建设、扩大，人工管理已经落后，电网的智能化管理已经成为一种趋势，智能电网具有更加快速的采集速率和管理效率。然而，不断增加的数据量对电力信息系统的数据处理能力提出了更高的要求，我国的电力系统逐渐开始演变成为一个积聚出很多数据以及信息计算的系统；另外，随着近年来电网规模的扩大和智能电网建设的需求，未来系统对于电网信息处理的能力将大大超过现在的实际配置，如果只是单纯增加计算机的处理能力，不仅成本过高、投入太大，而且很难保证大规模信息处理要求下信息的实时性、一致性以及准确性。

配网的电压、电流、负荷、线路的温度、变压器的油位、温度、瓦斯等这因素，始终影响居民用电质量，如何实时监控和故障诊断，是配网运行过程中需要解决的问题，众多检测点导致其上报的数据也非常多，对众多的上报数据进行分析和总结是一项工作量非常大的工作，导致电测监督结果的时效性降低，对提高电能质量的实现有一定的阻碍。

另外，变压器故障是靠熔断高压侧熔丝进行保护，为了解决故障问题，一般在变压器低压侧安装刀闸或者空气开关，然而刀闸起不到保险作用，随着技术发展，变压器低压侧也已安装大容量空气开关，该开关一般是安装在变压器端子箱上，离地面距离在2.5米左右，需要运维人员登高爬梯，进行合闸，这种开关合闸是非常费力的，一不小心，运维人员会从高处跌落。

鉴于需要达到变压器故障时合闸方便并且配网运行过程能够最大限度且准确地处理配网运行状态数据，目前还没有提供一个合适的方案。

本发明的有益效果是：本发明提供的系统包括配网变压器端子箱内安装的故障诊断装置，与故障诊断装置连接的安装在配网变压器端子箱内提供状态量的电流表、电压表、电流传感器、温度传感器、湿度传感器，提供状态量的变压器上安装的温度传感器、瓦斯传感器和油位传感器，与故障诊断装置连接的配网变压器低压侧安装的交流接触器、与交流接触器串联的刀闸。所述的故障诊断装置包括对需要采集的配网的各状态量进行实时信息采集和模块数字化处理的采集终端，采集终端通过传输网络将信号传输至后台云服务器进行计算和诊断，后台云服务器使用云计算法实现配网的故障分析和诊断，具体通过485通信接口和信息采集终端连接，信息采集终端两端连接有光纤，通过电力通信网连接到后台云服务器，云服务器接收采集的配网运行状态数据，对配网实时监控，通过云计算分析，如过电流、过负荷、变压器油温过高等，发现问题可以通知运维人员及时处理，如果发生紧急故障，后台人员也可发送命令，断开变压器合闸回路。

本发明提供的基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统采用云计算方法实现了变压器状态检测，对多种传感数据、电网基础数据进行综合分析并提供友好标准数据接口，为生产管理等系统提供数据服务和信息服务，有利于充分挖掘电网数据价值，为电网企业全面掌握电网运行信息和综合决策提供技术数据和技术支撑，为电网的安全生产运行提供保障。

另一方面实现了对配网的电压、电流、负荷、线路的温度、变压器的油位、温度、瓦斯等这参数实时监控和故障预警，提高电网安全监控及应急处置能力；通过传感器采集环境信息与状态监测信息，实现了数据深入、自动化的分析，有助于提高缺陷管理能力，实现缺陷和故障早期预警，减少因设备隐患和缺陷造成的事故损失。

本发明提供的基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断装置，在国网配电网智能化应用关键设备联合实验室（漯河）进行了多次调试和现场试验，并在国网漯河供电公司龙城变电站试运行，试运行期间，基于云计算配网运行状态实时信息采集及故障快速诊断装置工作稳定，在线率100%。

附图说明

图1是本发明的传输原理示意图；

图2是故障检测装置的原理模块图；

图3是485通信接口采集接线示意图；

图4是配网变压器低压侧一次回路电路示意图；

图5是配网变压器低压侧二次回路电路示意图。

其中QF为空气开关、SA为转换开关、KM为交流接触器、DK为刀闸。

具体实施方式

如图1所示为一种基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统的传输原理示意图，是通过信息采集终端采集变压器端子箱内状态量的状态信息，并通过传输网络将状态信息经交换机传递给云服务器，经后台云服务器使用云计算法实现配网的实时状态的诊断和故障分析，对配网实时监控，通过计算分析，如过电流、过负荷、变压器油温过高等，发现问题可以通知运维人员及时处理，如果发生紧急故障，后台人员也可发送命令，断开变压器合闸回路。

本发明提供的基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统包括配网变压器端子箱内安装的故障诊断装置，与故障诊断装置连接的安装在配网变压器端子箱内提供状态量的电流表、电压表、电流传感器、温度传感器、湿度传感器，提供状态量的变压器上安装的温度传感器、瓦斯传感器和油位传感器，与故障诊断装置连接的配网变压器低压侧安装的交流接触器、与交流接触器串联的刀闸，所述的电流传感器采样频率高于12KHz，采样精度不低于16比特。

所述的故障诊断装置包括对需要采集的配网的各状态量进行实时信息采集和模块数字化处理的采集终端，采集终端通过传输网络将信号传输至后台云服务器进行计算和诊断。

所述的采集终端包括用于接收信息并进行模块数字化处理的微处理器、同时与微处理器及现场数据信息连接的多串口采集卡、用于信息存储的数据存储、用于数据显示的与多串口采集卡连接的液晶显示设备，所述的微处理器通过传输网络、交换机与云服务器连接，所述的微处理器通过GPRS模块与传输网络连接完成配置和数据收发，GPRS模块经传输网络与云服务器连接完成数据收发，所述的采集终端还包括时钟模块，时钟模块与微处理器连接实现同步授时服务，器原理模块图如图2所示。

所述的多串口采集卡采用485通信接口和微处理器连接，如图3所示，所述的485通信接口与变压器端子箱内的故障诊断装置、电流表、电压表、电流互感器、温度传感器、湿度传感器、连接进行信息采集，同时与变压器上安装的温度传感器、瓦斯传感器和油位传感器、交流接触器及刀闸、开关等连接进行现场电压、电流、功率、电度、电压、刀闸分合、变压器油位、变压器油温、环境温度、避雷器放电次数等数据信息的采集。

所述的采集终端还包括扩展接口，所述的扩展接口用于连接事件报警单元、备用电源、工作指示。

如图3所示为配网变压器低压侧一次回路电路连接示意图，该一次回路有三条分支回路，每条分支回路上分别安装有交流接触器和刀闸，当其中一条线路故障，控制该线路的交流接触器跳闸，而不会影响其他线路的正常运行。如图4为配网变压器低压侧二次回路电路连接示意图，信息采集终端通过485通信端口分别与变压器端子箱内的故障诊断装置、电流表、电压表、电流互感器、温度传感器、湿度传感器、连接进行信息采集，同时与变压器上安装的温度传感器、瓦斯传感器和油位传感器、交流接触器及刀闸连接进行现场电压、电流、功率、电度、电压、刀闸分合、变压器油位、变压器油温、环境温度、避雷器放电次数等数据信息的采集，其中采集互感器信息，用于判断是否过流等，采电压表进行监控交流电源缺相、失压等问题，采集变压器瓦斯、温度、油温信息便于对变压器进行跳闸保护，通过微处理器与开关进行连接，在变压器出现过流、温度过高、瓦斯密度高等情况时，可以实时检测并控制开关进行跳闸动作，以实现实时监控和快速跳闸的目的。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (6)

1.基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统，其特征在于，包括配网变压器端子箱内安装的故障诊断装置，与故障诊断装置连接的安装在配网变压器端子箱内提供状态量的电流表、电压表、电流传感器、温度传感器、湿度传感器，提供状态量的变压器上安装的温度传感器、瓦斯传感器和油位传感器，与故障诊断装置连接的配网变压器低压侧安装的交流接触器、与交流接触器串联的刀闸；

所述的故障诊断装置包括对需要采集的配网的各状态量进行实时信息采集和模块数字化处理的采集终端，采集终端通过传输网络将信号传输至后台云服务器进行计算和诊断；

所述的采集终端包括用于接收信息并进行模块数字化处理的微处理器、同时与微处理器及现场数据信息连接的多串口采集卡、用于信息存储的数据存储、用于数据显示的与多串口采集卡连接的液晶显示设备，所述的微处理器通过传输网络、交换机与云服务器连接；

所述的后台云服务器使用云计算法实现配网的故障分析和诊断。

2.根据权利要求1所述基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统，其特征在于，所述的多串口采集卡采用RS485总线和微处理器连接，所述的RS485总线分别与变压器端子箱内的故障诊断装置、电流表、电压表、电流互感器、温度传感器、湿度传感器、连接进行信息采集，同时与变压器上安装的温度传感器、瓦斯传感器和油位传感器、交流接触器及刀闸连接进行现场数据信息采集。

3.根据权利要求1所述基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统，其特征在于，所述的采集终端还包括扩展接口，所述的扩展接口用于连接事件报警单元、备用电源、工作指示。

4.根据权利要求1所述基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统，其特征在于，所述的微处理器通过GPRS模块与传输网络连接完成配置和数据收发，GPRS模块经传输网络与云服务器连接完成数据收发。

5.根据权利要求4所述基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统，其特征在于， 所述的采集终端还包括时钟模块，时钟模块与微处理器连接实现同步授时服务。

6.根据权利要求1所述基于云计算配网状态实时信息采集及故障诊断系统，其特征在于，所述的电流传感器采样频率高于12KHz，采样精度不低于16比特。