CN110474424A - 一种配电房智能监控系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电房智能监控系统，使用智能控制器及集中器，实现配电变压器低压侧及低压出线的测控功能，实现缺相、断零、过载、漏电等检测，并可以控制普通塑壳断路器脱扣，对人身安全、用户设备等进行保护，防止用户故障扩大影响中压电网。控制器通过zigbee无线连接到集中器，由集中器进行数据汇集后，通过GPRS转发到用户手机APP，实现对低压出线开关运行状态的实时监控。同时是采用自描述协议，无线传输，多装置级联，CT开路过压保护、夹子取电、控制器和CT一体化固定等多种技术手段实现现场不停电安装、无线互联减少线路铺设、协议统一方便调试等，大大提高了施工效率。

Description

一种配电房智能监控系统

技术领域

本发明涉及配电房监控领域，更具体地，涉及一种配电房智能监控系统。

背景技术

随着电力系统自动化覆盖的不断提升，中压开关柜的智能监控设备配置比较完善，线路运检部门可以通过自动化系统，对中压电网运行状态进行实时监控，对故障进行自动隔离，提高了供电可靠性。但低压出线线路普遍没有安装具备通讯功能的智能控制器，运检部门对用户线路的运行情况一无所知，不能及时获得用户线路的用电情况，导致线路故障时，用户停电时间长，电力公司接到的投诉多。

低压配电网大量采用双金属片作为保护原理的普通塑壳断路器，在缺相、断零、过载时不能保证及时、可靠分断，导致用户设备损坏，引起用户停电造成经济损失；目前公用资产低压配电网普遍未安装漏电开关，因低压线路设备漏电造成的人员伤亡事件国内外时有发生，实际运行过程中漏电缺陷因缺乏有效检测手段而可能大量存在，威胁人民群众生命财产安全；用户故障出门是造成配网中压线路故障的主要原因之一，不更换原有开关设备隔离用户故障是配网管理的迫切需求。

电力系统配电网面向用户的配电房数量众多，设备点多面广，较多线路设备处于欠维护状态，安全隐患和缺陷不能及时发现，人工巡视耗费大量人力资源，急需“低成本、接地气、可复制、可推广”的解决方案。

发明内容

本发明提供一种配电房智能监控系统，以较低的设备成本实现配电变压器低压侧及低压出线的测控功能，实现缺相、断零、过载、漏电等检测，并可以控制普通塑壳断路器脱扣，对人身安全、用户设备等进行保护，防止用户故障扩大影响中压电网。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种配电房智能监控系统，包括远程终端、集中器、环境采集模块、设备状态采集模块和若干智能控制器，其中：

远程终端与集中器通过GPRS通讯连接，所述若干智能控制器分别安装在配电变压器低压侧和各低压出线上并采集配电变压器低压侧和各低压出线的电压和电流，统一汇集到集中器，所述若干智能控制器控制低压出线开关的开合状态；

环境采集模块采集配电房环境信息转化为电信号后通过无线通信传输至集中器中，设备状态采集模块采集设备状态信息转化为电信号后通过无线通信传输至集中器中；

所述集中器对数据综合分析处理，进行故障判断以及根据故障生成指令并传送至智能控制器。

在配电变压器低压侧和各低压出线上安装智能控制器，采集配电变压器低压侧及各低压出线线路的电压、电流，智能控制器数据统一汇集到集中器，集中器根据配变总出线电流数据，判断配变是否发生过载，当配变过载时，可以根据各出线的负荷情况，由集中器发出指令，控制出线的塑壳断路器脱扣，以保护变压器。智能控制器采集数据，集中器对数据进行分析，由集中器控制出线负载实现未配置开关的变压器具备过载保护功能。集中器汇集配电房环境状态、设备状态、配电变压器及低压出线开关等数据，并可以对数据进行综合分析处理、存储等。用户使用手机APP可以通过GPRS通讯连接到集中器，实现对配电房的远程实时监控，可以代替日常人工巡视，并可以及时发现异常状况。其中配电房环境状态主要包括电缆沟水位，烟雾状况，温湿度，门禁，小动物活动等，设备状态包括油变的油位、油温、气压，干变的铁芯温度；中压开关柜的局放、温度、倾斜和振动；UPS蓄电池状态等。使用自动化检测及移动通讯技术，实现配电房监控功能，可以及时发现配电房的安全隐患和缺陷。

优选地，所述智能控制器在低压柜内的多路低压出线里，每路低压出线安装一台智能控制器并采集一个电压，四个电流，所述四个电流分别为A相电流、B相电流、C相电流和零序电流。

优选地，所述同一低压柜里的智能控制器通过总线进行互联，所述总线包含交流电源及RS485通讯，所述同一低压柜里的智能控制器中的一台为主单元，其它为从单元，所述从单元通过RS485通讯把电压电流信息汇总到主单元，主单元通过无线通信上送到集中器。可以根据低压柜线路数灵活配置低压出线开关智能控制器，每个控制器就近安装有效减短接线，只有主单元向集中器发送数据，集中器管理设备数量少，通讯更稳定。

优选地，所述智能控制器通过一电流互感器获取电流，所述智能控制器通过固定在电流互感器上，所述智能控制器与电流互感器电连接，所述电流互感器获取A相电流、B相电流、C相电流和零序电流，所述智能控制器通过带绝缘保护套的夹子夹到母排上来获取电压。

优选地，所述电流互感器采用防止CT开路过压保护的开口互感器。

优选地，所述环境采集模块中，使用红外微波双检防盗、温湿度传感器获取温湿度信息、水位报警器获取水位信息、数字烟雾传感器获取烟雾状况信息、红外热敏探测小动物活动、无源电子锁门禁；设备状态采集模块中，使用局部放电传感器获取中压开关柜的局放、柜体倾斜传感器获取柜体倾斜信息、柜体振动传感器获取柜体振动信息、油位油温压力传感器获取油变的油位、油温和气压、蓄电池数据采集装置采集UPS蓄电池状态，温度传感器获取中压开关柜的温度和干变的铁芯温度。在开关柜面板上采用磁吸方式安装柜体倾斜传感器、震动传感器、局部放电传感器和温度传感器，实现开关柜状态检测。集中器通过综合比对各个柜门及环境的温度、局放数据，模糊识别某个开关柜内部是否异常。

优选地，所述集中器中包括协议转换器，所述协议转换器将不同的传感器通讯协议转换为统一的自描述协议。采用自描述协议，zigbee无线通讯技术，使得多种传感器，智能控制器的数据可以采用统一的协议上送到集中器。单一维护软件实现多种类型的维护，方便调试，避免不同维护软件的使用导致管理复杂。传感器及智能控制器通过无线连接到集中器，避免了通讯线的铺设，大大减少通讯线铺设，减少调试工作量

优选地，安装在配电变压器低压侧的智能控制器，采集A，B，C，N线剩余电流、N线电流、P线电流及接地线的电流，数据上送到集中器，集中器采用人工智能算法，对漏电波形进行学习，对模型不断进化，利用所述4个电流进行断零、漏电的检测，区分设备及线路正常的漏电流，具体为：

集中器首次安装到现场，在没有漏电的线路上采集上述电流波形，通过长时间的记录和比对，分析出漏电流的最大值及波形特征，把这些数据作为线路的正常漏电流的初始模型。建立正常漏电流的模型后，集中器把采集的上述电流量和正常漏电流特征量进行比对，当差异明显时，报告漏电故障。当报告有误判时，通过人工参与设定结果输出，让集中器根据误报数据进行学习，修改模型。不断完善模型，当模型基本完善后可以提取出模型，在新装置上应用。

该方法适合所有接地系统(TT,TN-S,TN-C,TN-C-S)，采用电流信息全面，并能区分设备及线路正常的漏电流，故检测灵敏度高，判断更准确，从根本上解决了低压配电网漏电故障检测问题。

优选地，各低压出线上的智能控制器采集低压侧的电压、电流数据，把数据汇总到集中器，由集中器对低压侧的缺相、断零故障进行判断，经确认发生故障时，集中器发出指令，智能控制器控制塑壳断路器脱扣，使低压出线开关分闸，其中，缺相判断算法为在UA，UB，UC间的相位进行判断，UA，UB，UC分别为A相电压，B相电压和C相电压，缺相判断算法不采用幅值，当中压系统缺相时，经变压器变换后三相电压幅值差异不明显，但三相电压之间的相位变化明显，判断更可靠。集中器进行缺相(相位判据)、断零判断，信息全面。智能控制器判断过载和短路，隔离故障快速。

优选地，集中器还通过采集开关柜上自带的故障指示器和带电指示器的状态，来判断故障。当用户发生故障时指示器指示有故障电流流过，前段线路跳闸，带电指示器由有电状态转变为无电状态，集中器根据故障指示器和带电指示器的状态变化即可判断故障在末端用户侧发生，发出指令使开关柜电动机构分闸，实现用户故障隔离，保证前段线路重合成功。利用现有开关柜上的故障指示器和带电指示器，实现故障判断。采用柜体外部检测，综合比对方法识别异常，不需要停电即可完对开关柜的智能化改造。

优选地，集中器通过采集开关柜上自带的故障指示器和带电指示器的状态，来判断故障进而进行故障隔离，具体为：

当用户发生故障时指示器指示有故障电流流过，前段线路跳闸，带电指示器由有电状态转变为无电状态，集中器根据故障指示器和带电指示器的状态变化即可判断故障在末端用户侧发生，发出指令使开关柜电动机构分闸，实现用户故障隔离，保证前段线路重合成功；同时，在开关柜面板上采用磁吸方式安装柜体倾斜传感器、震动传感器、局部放电传感器和温度传感器，实现开关柜状态检测，集中器通过综合比对各个柜门及环境的温度、局放数据，模糊识别某个开关柜内部是否异常；利用现有开关柜上的故障指示器和带电指示器，实现故障判断。采用柜体外部检测，综合比对方法识别异常，不需要停电即可完对开关柜的智能化改造。

集中器还通过收集电容器投切动作信息及配变低压侧的功率因数，实现电容器故障的检测功能，具体为：

在正常工况下低压电容投切，系统功率因数发生可预期的变化；当电容故障时，功率因数变化不能达到预期值，集中器根据此信息即可判断电容故障。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明使用智能控制器及集中器，实现缺相、断零、过载、漏电等检测，通过zigbee无线连接到集中器，由集中器进行数据汇集后，通过GPRS转发到用户手机APP，实现对低压出线开关运行状态的实时监控，采用自描述协议，无线传输，多装置级联，CT开路过压保护、夹子取电、控制器和CT一体化固定等多种技术手段实现现场不停电安装、无线互联减少线路铺设、协议统一方便调试等，大大提高了施工效率。

附图说明

图1为本发明的系统示意图。

图2为集中器收集数据流程图。

图3为配电变压器过载保护程序流程图。

图4为配电变压器缺相判断程序流程图。

图5为配电变压器漏电保护程序流程图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种配电房智能监控系统，如图1，包括远程终端、集中器、环境采集模块、设备状态采集模块和若干智能控制器，其中：

远程终端与集中器通过GPRS通讯连接，所述若干智能控制器分别安装在配电变压器低压侧和各低压出线上并采集配电变压器低压侧和各低压出线的电压和电流，统一汇集到集中器，所述若干智能控制器控制低压出线开关的开合状态；

环境采集模块采集配电房环境信息转化为电信号后通过无线通信传输至集中器中，设备状态采集模块采集设备状态信息转化为电信号后通过无线通信传输至集中器中；

所述集中器对数据综合分析处理，进行故障判断以及根据故障生成指令并传送至智能控制器。

所述智能控制器在低压柜内的多路低压出线里，每路低压出线安装一台智能控制器并采集一个电压，四个电流，所述四个电流分别为A相电流、B相电流、C相电流和零序电流。

所述同一低压柜里的智能控制器通过总线进行互联，所述总线包含交流电源及RS485通讯，所述同一低压柜里的智能控制器中的一台为主单元，其它为从单元，所述从单元通过RS485通讯把电压电流信息汇总到主单元，主单元通过无线通信上送到集中器。

所述智能控制器通过一电流互感器获取电流，所述智能控制器通过固定在电流互感器上，所述智能控制器与电流互感器电连接，所述电流互感器获取A相电流、B相电流、C相电流和零序电流，所述智能控制器通过带绝缘保护套的夹子夹到母排上来获取电压。

所述电流互感器采用防止CT开路过压保护的开口互感器。

所述环境采集模块中，使用红外微波双检防盗、温湿度传感器获取温湿度信息、水位报警器获取水位信息、数字烟雾传感器获取烟雾状况信息、红外热敏探测小动物活动、无源电子锁门禁；设备状态采集模块中，使用局部放电传感器获取中压开关柜的局放、柜体倾斜传感器获取柜体倾斜信息、柜体振动传感器获取柜体振动信息、油位油温压力传感器获取油变的油位、油温和气压、蓄电池数据采集装置采集UPS蓄电池状态，温度传感器获取中压开关柜的温度和干变的铁芯温度。

所述集中器中包括协议转换器，所述协议转换器将不同的传感器通讯协议转换为统一的自描述协议。

安装在配电变压器低压侧的智能控制器，采集A，B，C，N线剩余电流、N线电流、P线电流及接地线的电流，数据上送到集中器，集中器采用人工智能算法，对漏电波形进行学习，对模型不断进化，利用所述4个电流进行断零、漏电的检测，区分设备及线路正常的漏电流。

各低压出线上的智能控制器采集低压侧的电压、电流数据，把数据汇总到集中器，由集中器对低压侧的缺相、断零故障进行判断，经确认发生故障时，集中器发出指令，智能控制器控制塑壳断路器脱扣，使低压出线开关分闸，其中，缺相判断算法为在UA，UB，UC间的相位进行判断，UA，UB，UC分别为A相电压，B相电压和C相电压。

集中器通过采集开关柜上自带的故障指示器和带电指示器的状态，来判断故障进而进行故障隔离，具体为：

当用户发生故障时指示器指示有故障电流流过，前段线路跳闸，带电指示器由有电状态转变为无电状态，集中器根据故障指示器和带电指示器的状态变化即可判断故障在末端用户侧发生，发出指令使开关柜电动机构分闸，实现用户故障隔离，保证前段线路重合成功；同时，在开关柜面板上采用磁吸方式安装柜体倾斜传感器、震动传感器、局部放电传感器和温度传感器，实现开关柜状态检测，集中器通过综合比对各个柜门及环境的温度、局放数据，模糊识别某个开关柜内部是否异常；

集中器还通过收集电容器投切动作信息及配变低压侧的功率因数，实现电容器故障的检测功能，具体为：

在正常工况下低压电容投切，系统功率因数发生可预期的变化；当电容故障时，功率因数变化不能达到预期值，集中器根据此信息即可判断电容故障。

在具体实施过程中，集中器收集数据如图2，具体为：

S01：集中器召唤第一台设备；

S02：召唤设备数据，判断数据是否召唤成功，若成功，进入步骤S04，若数据召唤不成功，进入步骤S03；

S03：判断是否达到召唤的设定次数，若是，生成通讯异常事项，进入步骤S04，若不是，直接进入步骤S04；

S04：召唤下一台设备并检测是否是最后一台设备，若是最后一台设备，返回步骤S01重新开始下一轮的设备数据获取；若不是，则返回步骤S02重新召唤设备数据。

配电变压器过载保护如图3，具体为：

S11：判断配电变压器智能控制器通讯状态是否正常，正常，则进入步骤S12；若不是，计算所有低压出线电流和作为配电的出线电流，进入步骤S12；

S12：判断配电出线电流是否大于过载设定值，若是，进入步骤S1.3；若不是，则进入步骤S11；

S13：低压出线电流值排序决策最大负荷为需要切除的出线，塑壳断路器故障、通讯故障的除外；

S14：给对应智能控制器下发分闸命令并延时；

S15：判断低压出线的塑壳断路器是否成功分闸，以电流消失为判断标准，若成功分闸，返回步骤S11进行下一轮的保护；若不成功分闸，生成塑壳断路器故障事项，返回步骤S13。

配电变压器缺相判断，如图4，具体为：

S21：判断配电变压器智能控制器通讯状态是否正常，若正常，进入步骤S22，若不正常，重新判断通讯状态是否正常；

S22：判断三相电流相位是否正常，若正常，返回步骤S21；若不正常，哦按段三相电流相位异常并持续设定时间，判断为中压缺相，进入步骤S23；

S23：控制第一台低压出线智能控制器脱扣；

S24：下发分闸命令并延时；

S25：判断低压出线是否成功分闸，以电流消失为判断标准，若是，进入步骤S26，若不是，生成塑壳断路器故障事项，进入步骤S26；

S26：判断是否最后一台，若是，返回步骤S21进行下一轮；若不是，控制下一台低压出线智能控制器脱扣，返回步骤S24。

配电变压器漏电保护，如图5，具体为：

S31：判断配电变压器智能控制器通讯状态是否正常，若正常，进入步骤S32，若不正常，重新判断通讯状态是否正常；

S32：判断是否初次上电，若是，采集多次并保存A，B，C，N线剩余电流、N线电流、P线电流及接地线的电流，进入步骤S33，若不是，则直接进入步骤S33；

S33：根据人工智能算法判断是否漏电，若不是，返回步骤S31，开始下一轮；若是，则生成漏电故障事项，进入步骤S34；

S34：判断是否漏电消失，若是，生成漏电故障消失事项并返回步骤S31；若不是，则重新判断漏电是否消失。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电房智能监控系统，其特征在于，包括远程终端、集中器、环境采集模块、设备状态采集模块和若干智能控制器，其中：

远程终端与集中器通过GPRS通讯连接，所述若干智能控制器分别安装在配电变压器低压侧和各低压出线上并采集配电变压器低压侧和各低压出线的电压和电流，统一汇集到集中器，所述若干智能控制器控制低压出线开关的开合状态；

环境采集模块采集配电房环境信息转化为电信号后通过无线通信传输至集中器中，设备状态采集模块采集设备状态信息转化为电信号后通过无线通信传输至集中器中；

所述集中器对数据综合分析处理，进行故障判断以及根据故障生成指令并传送至智能控制器。

2.根据权利要求1所述的配电房智能监控系统，其特征在于，所述智能控制器在低压柜内的多路低压出线里，每路低压出线安装一台智能控制器并采集一个电压，四个电流，所述四个电流分别为A相电流、B相电流、C相电流和零序电流。

3.根据权利要求2所述的配电房智能监控系统，其特征在于，所述同一低压柜里的智能控制器通过总线进行互联，所述总线包含交流电源及RS485通讯，所述同一低压柜里的智能控制器中的一台为主单元，其它为从单元，所述从单元通过RS485通讯把电压电流信息汇总到主单元，主单元通过无线通信上送到集中器。

4.根据权利要求3所述的配电房智能监控系统，其特征在于，所述智能控制器通过一电流互感器获取电流，所述智能控制器通过固定在电流互感器上，所述智能控制器与电流互感器电连接，所述电流互感器获取A相电流、B相电流、C相电流和零序电流，所述智能控制器通过带绝缘保护套的夹子夹到母排上来获取电压。

5.根据权利要求4所述的配电房智能监控系统，其特征在于，所述电流互感器采用防止CT开路过压保护的开口互感器。

6.根据权利要求5所述的配电房智能监控系统，其特征在于，所述环境采集模块中，使用红外微波双检防盗、温湿度传感器获取温湿度信息、水位报警器获取水位信息、数字烟雾传感器获取烟雾状况信息、红外热敏探测小动物活动、无源电子锁门禁；设备状态采集模块中，使用局部放电传感器获取中压开关柜的局放、柜体倾斜传感器获取柜体倾斜信息、柜体振动传感器获取柜体振动信息、油位油温压力传感器获取油变的油位、油温和气压、蓄电池数据采集装置采集UPS蓄电池状态，温度传感器获取中压开关柜的温度和干变的铁芯温度。

7.根据权利要求1至6任一项所述的配电房智能监控系统，其特征在于，所述集中器中包括协议转换器，所述协议转换器将不同的传感器通讯协议转换为统一的自描述协议。

8.根据权利要求7所述的配电房智能监控系统，其特征在于，安装在配电变压器低压侧的智能控制器，采集A，B，C，N线剩余电流、N线电流、P线电流及接地线的电流，数据上送到集中器，集中器采用人工智能算法，对漏电波形进行学习，对模型不断进化，利用所述4个电流进行断零、漏电的检测，区分设备及线路正常的漏电流，具体为：

集中器首次安装到现场，在没有漏电的线路上采集上述电流波形，通过长时间的记录和比对，分析出漏电流的最大值及波形特征，把这些数据作为线路的正常漏电流的初始模型；建立正常漏电流的模型后，集中器把采集的上述电流量和正常漏电流特征量进行比对，当差异明显时，报告漏电故障；当报告有误判时，通过人工参与设定结果输出，让集中器根据误报数据进行学习，修改模型，不断完善模型。

9.根据权利要求8所述的配电房智能监控系统，其特征在于，各低压出线上的智能控制器采集低压侧的电压、电流数据，把数据汇总到集中器，由集中器对低压侧的缺相、断零故障进行判断，经确认发生故障时，集中器发出指令，智能控制器控制塑壳断路器脱扣，使低压出线开关分闸，其中，缺相判断算法为在UA，UB，UC间的相位进行判断，UA，UB，UC分别为A相电压，B相电压和C相电压。

10.根据权利要求9所述的配电房智能监控系统，其特征在于，集中器通过采集开关柜上自带的故障指示器和带电指示器的状态，来判断故障进而进行故障隔离，具体为：

当用户发生故障时指示器指示有故障电流流过，前段线路跳闸，带电指示器由有电状态转变为无电状态，集中器根据故障指示器和带电指示器的状态变化即可判断故障在末端用户侧发生，发出指令使开关柜电动机构分闸，实现用户故障隔离，保证前段线路重合成功；同时，在开关柜面板上采用磁吸方式安装柜体倾斜传感器、震动传感器、局部放电传感器和温度传感器，实现开关柜状态检测，集中器通过综合比对各个柜门及环境的温度、局放数据，模糊识别某个开关柜内部是否异常；

集中器还通过收集电容器投切动作信息及配变低压侧的功率因数，实现电容器故障的检测功能，具体为：

在正常工况下低压电容投切，系统功率因数发生可预期的变化；当电容故障时，功率因数变化不能达到预期值，集中器根据此信息即可判断电容故障。