CN110995319A - 一种无网络服务场景下的故障指示器监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无网络服务场景下的故障指示器监测系统及方法。该监测系统包括主站、通过4G透传模块与主站相连的主载波机和通过电力线与主载波机相连的若干从载波机。从载波机通过串口连接有汇集单元。汇集单元通过微功率无线模块连接有采集单元。汇集单元和采集单元的数量成比例关系，一个汇集单元对应三只采集单元。汇集单元包括网关汇集单元和通过Lora通信与网关汇集单元通信的若干子节点汇集单元。本发明采用Lora通信远距离组网并结合电力载波通信技术解决了无网络服务地区故障指示器与主站数据传输的问题，经现场实际验证，本发明可满足在偏远地区无网络服务情况下故障指示器的现场应用条件，稳定实现线路故障捕获和线路监测数据。

Description

一种无网络服务场景下的故障指示器监测系统及方法

技术领域

本发明涉及故障指示器技术领域，具体涉及一种无网络服务场景下的故障指示器监测系统及方法。

背景技术

架空型故障指示器广泛安装在10KV线路上，可识别线路短路和接地故障并定时上传线路电流及电场等监测数据信息，方便运维人员快速定位排除故障，全面了解线路运行状态。但是，部分偏远地区无法覆盖运营商网络，按照传统的故障指示器监测方案无法将故障信息及线路的监测数据上传至主站，因此，导致传统的故障指示器无法在现场应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无网络服务场景下的故障指示器监测系统及方法，该监测系统及方法能够实现无网络服务的偏远地区的故障指示器的数据监测，利用目前的电力线通信技术，将故障指示器采集的电力线信号直接通过电力线传送到主站，取消专门的无线传输设备，从而降低系统成本，增加系统稳定性和可靠性。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种无网络服务场景下的故障指示器监测系统，包括主站、通过4G透传模块与主站相连的主载波机和通过电力线与主载波机相连的若干从载波机；所述从载波机通过串口连接有汇集单元；所述汇集单元通过微功率无线模块连接有采集单元。所述汇集单元和采集单元的数量对应设置，具体地说，汇集单元和采集单元的数量成比例关系，一个汇集单元对应三只采集单元。所述汇集单元包括网关汇集单元和通过Lora通信与网关汇集单元通信的若干子节点汇集单元。

进一步的，所述网关汇集单元和若干子节点汇集单元均安装有GPS模块。

进一步的，所述网关汇集单元和若干子节点汇集单元均安装有Lora模块。

本发明还涉及一种上述无网络服务场景下的故障指示器监测系统的方法，该方法包括以下步骤：

（1）采集单元实时采集线路数据，并通过微功率无线模块将采集到的线路数据上传至汇集单元。

（2）各子节点汇集单元将接收到的线路数据通过Lora通信上传至网关汇集单元。

（3）网关汇集单元将各子节点汇集单元发送的线路数据以及与其相连的采集单元发送过来的线路数据一同通过串口上传至从载波机。

（4）若干从载波机将接收到的线路数据通过电力线上传至主载波机，主载波机再通过4G透传模块上传至主站，由主站进行故障定位和线路运行数据监测。

由以上技术方案可知，本发明采用Lora通信远距离组网并结合电力载波通信技术解决了无网络服务地区故障指示器与主站数据传输的问题，经现场实际验证，本发明可满足在偏远地区无网络服务情况下故障指示器的现场应用条件，稳定实现线路故障捕获和线路监测数据上传。

附图说明

图1是本发明中采集单元和汇集单元的通信拓扑图；

图2是本发明中主载波机与从载波机的通信拓扑图；

图3是本发明中从载波机、网关汇集单元、子节点汇集单元和采集单元的通信拓扑图。

其中：

100、主站，200、4G透传模块， 300、主载波机，400、电力线，500、从载波机，600、网关汇集单元，700、子节点汇集单元，800、采集单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

如图1-图3所示的一种无网络服务场景下的故障指示器监测系统，包括主站100、通过4G透传模块200与主站100相连的主载波机300和通过电力线400与主载波机300相连的若干从载波机500。所述从载波机500通过串口连接有汇集单元。所述汇集单元通过微功率无线模块连接有采集单元800。所述汇集单元和采集单元800的数量对应设置，具体地说，汇集单元和采集单元800的数量成比例关系，一个汇集单元对应三只采集单元。相等，且一一对应，一个汇集单元配有一个采集单元。所述汇集单元的种类有两种，位于线路中间位置的汇集单元称为网关，即网关汇集单元600，位于网关两侧的一共N个汇集单元作为子节点，即子节点汇集单元700。各个子节点汇集单元700和网关汇集单元600，通过Lora通信的方式，形成了一个Lora无线组网。本发明适用于现场无运营商网络服务，但对故障指示器又有应用需求的偏远地区。

进一步的，所述网关汇集单元600和若干子节点汇集单元700均安装有GPS模块。所述GPS模块，用于汇集单元的授时，通过GPS授时可实现汇集单元之间的时间同步。每个Lora无线组网范围内的子节点汇集单元700会被分配不同的时间片，当子节点时间片到来且有数据需要上传任务时才允许通过Lora无线网络将数据上传至网关汇集单元600，非其时间片不允许发送数据。

进一步的，所述网关汇集单元600和若干子节点汇集单元700均安装有Lora模块。网关汇集单元600与各个子节点汇集单元700之间通过Lora模块实现数据通信。本实施例中的Lora模块可以进行远距离传输，实现在2.5Km范围内的汇集单元之间的通信。

进一步的，主载波机300与各个从载波机500之间通过电力载波技术（电力线400）实现数据通信，在本实施例中，所述电力线400为10KV电缆线。主载波机300使用4G无线透传模块实现各从载波机与主站将的通信功能。

本发明还涉及一种上述无网络服务场景下的故障指示器监测系统的方法，该方法包括以下步骤：

（1）如图1所示，采集单元800实时采集线路数据，并通过微功率无线模块将采集到的线路数据上传至汇集单元。本实施例中的架空型故障指示器的采集单元为ABC三相采集单元。采集单元800实时捕获线路短路及接地故障，当捕获到故障后，采集单元800通过433M微功率无线模块将故障信息上传至汇集单元。与此同时，采集单元800实时采集线路的负荷和电场等线路运行数据，通过433M微功率无线模块定时将线路监测数据上传至汇集单元。

（2）如图2所示，各子节点汇集单元700将接收到的线路数据通过Lora通信上传至网关汇集单元600。两个电杆间隔一般为50米，若每个电线杆均安装一套故障指示器，则每台网关至少可带40个子节点汇集单元。由于Lora的通讯距离受限，所以采用2.5公里范围内布置一台从载波机与网关汇集单元相连，确保所有子节点汇集单元700与网关汇集单元600均能正常通信。

（3）如图2所示，各子节点汇集单元700在各自时间片完成与网关汇集单元600的数据交互任务，网关汇集单元600将各子节点汇集单元700发送的线路数据以及与其相连的采集单元800发送过来的线路数据一同通过串口上传至从载波机500。网关汇集单元600处于中间位置，各子节点汇集单元700分别位于两侧，安装前需将网关汇集单元600自身ID号及网关内子节点汇集单元数目、各子节点汇集单元的本身ID号及网关汇集单元ID号以参数形式下设完成组网。例如网关汇集单元ID号为N1，组网范围内子节点数目为5。默认子节点ID号在网关ID号基础上依次递增，子节点1的ID号为N2，其中N2=N1+1，子节点2的ID号为N3，N3=N1+2依次类推至子节点5。

（4）如图3所示，每个从载波机500将接收到的线路数据通过电力线400上传至主载波机300，主载波机300再通过4G透传模块200上传至主站100，由主站100进行故障定位和线路运行数据监测以及故障信息的显示。主载波机300通过4G透传模块200与主站100进行数据交互，实现在无网络服务情况下子节点汇集单元700数据上传至主站100的数据传输。所述主载波机300安装在有GPRS信号覆盖的地方，配合4G透传模块将从载波机500的数据上传至主站100，由主站100进行故障定位及线路运行数据监测。

传统的故障指示器汇集单元通过2G/3G/4G无线模块将采集单元的故障信息及监测数据上传至配电主站，2G/3G/4G信号的传输必须依赖公网或者专网进行无线传输，但是部分偏远地区无网络信号，造成信息无法上传。电力载波技术以电力线作为传输介质，利用载波方式将数字信号变为高频信号，通过电力线实现远距离传输，具有传输距离远、通道可靠性高、安全保密性好、投资少见效快、与电网建设同步等优点。而且电力线宽带通信速率高，每个IP包在毫秒级时间内即完成数据传输，可大大降低 遭受突发干扰的影响，即使一次通信失败，也可按照带冲突检测的载波侦听多路访问网络 协议迅速重发，确保数据传输可靠。Lora模块稳定通信距离为两公里，按照电线杆间距50米，一个组网可实现40个汇集单元相互通信功能。因此，本发明采用Lora远距离组网结合电力载波技术实现采集单元数据通过电力线上传将故障信息及线路监测数据上传至主站，而Lora远距离通信组网方案大大降低了载波机安装数量、取消了无线网络终端设备的铺设与运营管理从而降低了系统成本增加了系统稳定性与可靠性。本发明所述的故障指示器监测系统及方法，可以节省监测成本，同时解决故障指示器实际现场应用困难。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (4)

1.一种无网络服务场景下的故障指示器监测系统，其特征在于：包括主站、通过4G透传模块与主站相连的主载波机和通过电力线与主载波机相连的若干从载波机；所述从载波机通过串口连接有汇集单元；所述汇集单元通过微功率无线模块连接有采集单元；汇集单元和采集单元的数量对应设置；所述汇集单元包括网关汇集单元和通过Lora通信与网关汇集单元通信的若干子节点汇集单元。

2.根据权利要求1所述的一种无网络服务场景下的故障指示器监测系统，其特征在于：所述网关汇集单元和若干子节点汇集单元均安装有GPS模块。

3.根据权利要求1所述的一种无网络服务场景下的故障指示器监测系统，其特征在于：所述网关汇集单元和若干子节点汇集单元均安装有Lora模块。

4.根据权利要求1~3任意一项所述的一种无网络服务场景下的故障指示器监测系统的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

（1）采集单元实时采集线路数据，并通过微功率无线模块将采集到的线路数据上传至汇集单元；

（2）各子节点汇集单元将接收到的线路数据通过Lora通信上传至网关汇集单元；

（3）网关汇集单元将各子节点汇集单元发送的线路数据以及与其相连的采集单元发送过来的线路数据一同通过串口上传至从载波机；

（4）若干从载波机将接收到的线路数据通过电力线上传至主载波机，主载波机再通过4G透传模块上传至主站，由主站进行故障定位和线路运行数据监测。

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