CN111157838A - 一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统，包括：线路状态监测设备，安装在配电网线路上，用于监测配电网线路的状态；线路状态汇集设备，安装在电杆上，用于线路故障分析、反演及溯源；远程管理平台，能够对线路状态汇集设备的遥测、摇信、总召数据的实时采集以及展示。有益效果在于：采用小电流感应取电、高精度录波，高精度对时、大数据的智能综合监测系统等技术相结合，实现了铁路配电网运行状态的智能监测和分析，有效地解决了铁路配电网故障类型判断与故障定位的问题。

Description

一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统

技术领域

本发明涉及铁路配电网状态管理系统领域，具体涉及一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统。

背景技术

铁路配电网作为铁路电力系统运行的重要环节，专门负责为铁路信号系统和车站辅助系统、特别是列车运营信号供电，直接关系着铁路行车的安全，对整个铁路系统起着至关重要的作用。铁路配电网一旦发生故障就会影响铁路的正常营运，严重时还会造成重大的生命财产损失，因此当铁路配电网发生故障时，快速可靠的判别故障具有重要的意义。目前我国在铁路配电网运行状态监测、故障诊断和排查方面缺乏有效的手段，特别是故障分析和处理主要依靠调度运行人员的判断，从而影响故障处理和系统恢复供电的速度。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统，实现了铁路配电网运行状态的智能监测和分析，有效地解决了铁路配电网故障类型的判断与故障定位的问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统，包括：

线路状态监测设备，该线路状态监测设备安装在配电网线路上，用于监测配电网线路的状态；

线路状态汇集设备，该线路状态汇集设备安装在电杆上，用于线路故障分析、反演及溯源；

远程管理平台，该远程管理平台能够对线路状态汇集设备的遥测、摇信、总召数据的实时采集以及展示。

作为本案重要的技术方案，所述线路状态监测设备由自供电模块、数据采集模块、信号处理模块和无线传输发射模块组成；

其中所述数据采集模块通过自身的罗氏线圈及后续的积分处理电路采集电力线的电流，通过电压弹片采集电力线的电压，并经过数据采集模块自身的CPU进行AD采样后，将采样值通过无线传输发射模块发送到线路状态汇集设备。该线路状态监测设备具备强大的信号处理和微机运算能力，可自动确定故障电流报警动作值，有效防止负荷波动、合闸励磁涌流等导致的误动、拒动，并具有反时限动作特性，可最大限度配合变电站保护动作特性，避开瞬时扰动，确保动作正确。

作为优选，所述线路状态汇集设备由电源处理模块、信号处理模块、无线接收模块和GPRS通信模块组成。该线路状态汇集设备采用低功耗CPU 和工业级无线通讯模块，通过使用特殊的编程技术和短距无线授时技术，使线路状态监测设备获得±100us 精度的精确绝对时标，同时通过三相合成获取暂态零序电流、电场信号，可实现接地故障就地精准检测、定位，借助GPRS网络可将故障时刻线路状态采集设备录波波形上传至远程管理平台，用于线路故障分析、反演及溯源。

作为优选，所述远程管理平台的大数据架构由数据接入层、数据缓冲层、数据处理层、数据存储层和web端数据操控展示层组成；

其中，所述数据接入层将线路状态汇集设备上传的现场数据转存到数据缓冲层；

所述数据缓冲层用于临时存储自数据接入模块上传的数据；

所述数据处理层将存储在数据缓冲层的现场数据进行抽查、转换和加载，形成平台可视化数据并保存在数据存储层；

所述数据存储层用于存储和检索经过数据处理层处理完成的现场数据，为web端数据操控展示层提供查询数据；

所述web端数据操控展示层用于为操作者提供可视化操作界面，使操作着进行数据查询及设备管理。

作为优选，所述远程管理平台的功能模块由全景监控模块、综合分析模块、统计报告模块和系统管理模块组成。

作为优选，所述综合分析模块由线路事件子模块和负荷分析子模块组成，所述线路事件子模块用于线路发生故障时，系统会记录故障发生时间、事件类型、故障分析结果和处理状态；所述负荷用于对配电网上安装的监控点所采集到的信息进行统计分析，并提供相应的图谱分析结果；

所述统计报告模块由故障统计子模块、负荷统计子模块、在线统计子模块和流量统计子模块组成；所述故障统计子模块用于对线路发生故障的数量及类型情况进行统计；所述负荷统计子模块用于对配电网上安装的监控点所采集的信息进行负荷统计并提供相应的报表和图表；所述在线统计子模块用于对安装的监控点进行在线和离线情况进行记录。流量统计子模块是对安装的监控点产生的数据流量进行记录；

所述系统管理模块由接线图管理子模块、监测点管理子模块、监测终端管理子模块、安装诊断子模块、用户管理子模块、系统告警子模块、系统日志子模块、系统任务子模块和故障订阅子模块组成；

所述接线图管理子模块用于编辑配电网线路走向、配电网线路的起点和终点以及在配电网线路上监测点位的名称；

所述监测点管理子模块即线路状态监测设备的管理子模块用于对线路状态监测设备在配电网上的安装位置和业务类型进行设置；

所述监测终端管理子模块即线路状态汇集设备的管理用于对线路状态汇集设备的类型、安装位置、业务状态和网络地址等进行设置；

所述安装诊断子模块用于对监控点位的所有设备进行健康诊断；

所述用户管理子模块用于创建和编辑系统登录用户的身份信息；

所述系统告警子模块用于系统监测到配电网出现非正常运行状态或跳闸时，给出故障提示，协助现场作业人员快速排查故障；

所述系统日志子模块用于对操作用户使用系统软件登录的相关操作进行记录；

所述系统任务子模块用于记录操作用户通过系统软件对现场监测点的所有设备进行配制操作；

所述故障订阅子模块用于创建和编制能够接收来自系统发出故障信息的作业人员相关信息。

作为优选，所述线路状态监测设备和线路状态汇集设备采用短距无线传输方式；所述线路状态汇集设备和远程管理平台采用长距的无线传输方式。

作为优选，所述无线传输发射模块采用433Mhz无线模块。

作为优选，所述无线接收模块采用433Mhz无线接收模块。

综上，本发明的有益效果在于：采用小电流感应取电、高精度录波，高精度对时、大数据的智能综合监测系统等技术相结合，实现了铁路配电网运行状态的智能监测和分析，有效地解决了铁路配电网故障类型的判断与故障定位的问题，特别是在进行接地故障检测时，不依赖稳态零序电流，而是通过接地故障发生瞬时的高频暂态零序电流进行故障判断和定位，尽管高频暂态零序电流持续时间短，但是其幅值较大，特征显著，用短时高频暂态零序电流波形进行接地故障检测，完全不受接地方式影响，而且具备反应灵敏、定位准确的特性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的系统组成结构图；

图2是本发明远程管理平台的大数据架构；

图3是本发明系统的网络拓扑结构图。

附图标记说明如下：

1、线路状态监测设备；101、A相线路状态监测设备；102、B相线路状态监测设备；103、C相线路状态监测设备；2、线路状态汇集设备；3、远程管理平台；301、数据接入层；302、数据缓冲层；303、数据处理层；304、数据存储层；305、web端数据操控展示层；4、无线专网、VPN或互联网。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参见图1所示，本发明提供了一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统，包括：

线路状态监测设备1，该线路状态监测设备1安装在配电网线路上，用于监测配电网线路的状态；通过配电网线感应取电，平时在电流大于2A时通过能量管理收集技术及最大功率点跟踪技术保持自身的正常工作，在配电网线路无电流通过时采用电池供电及超级电容供电。

线路状态汇集设备2，该线路状态汇集设备2安装在电杆上，用于线路故障分析、反演及溯源；线路状态汇集设备2供电采用主备电源的方式进行，主电源为太阳能电源板，备用电源为免维护长寿命可充电蓄电池，保证供电的可靠性。

远程管理平台3，该远程管理平台3能够对线路状态汇集设备2的遥测、摇信、总召数据的实时采集以及展示，并且能够向线路状态汇集设备2发送遥控指令，可以改变可操作设备的状态，可以对召唤终端的历史数据文件、录波文件进行相应的展示。当配电网发生故障时，平台能进行故障定位并以短信形式将故障信息推送给相关线路运维人员指导巡线。

作为本案优选的实施例，所述线路状态监测设备1由自供电模块、数据采集模块、信号处理模块和无线传输发射模块组成；所述无线传输发射模块采用433m无线模块。其中所述数据采集模块通过自身的罗氏线圈及后续的积分处理电路采集电力线的电流，通过电压弹片采集电力线的电压，并经过数据采集模块自身的CPU进行AD采样（把模拟量转化为数字量）后，将采样值通过无线传输发射模块发送到线路状态汇集设备2。该线路状态监测设备1具备强大的信号处理和微机运算能力，可自动确定故障电流报警动作值，有效防止负荷波动、合闸励磁涌流等导致的误动、拒动，并具有反时限动作特性，可最大限度配合变电站保护动作特性，避开瞬时扰动，确保动作正确。

所述线路状态汇集设备2由电源处理模块、信号处理模块、无线接收模块和GPRS通信模块组成。该线路状态汇集设备2采用低功耗CPU 和工业级无线通讯模块，通过使用特殊的编程技术和短距无线授时技术，使线路状态监测设备1获得±100us 精度的精确绝对时标，同时通过三相合成获取暂态零序电流、电场信号，可实现接地故障就地精准检测、定位，借助GPRS网络可将故障时刻线路状态采集设备录波波形上传至远程管理平台3，用于线路故障分析、反演及溯源。所述无线接收模块采用433Mhz无线接收模块。

如图2所示，所述远程管理平台3的大数据架构由数据接入层301、数据缓冲层302、数据处理层303、数据存储层304和web端数据操控展示层305web组成；

其中，所述数据接入层301将线路状态汇集设备2上传的现场数据转存到数据缓冲层302；

所述数据缓冲层302用于临时存储自数据接入模块上传的数据；

所述数据处理层303将存储在数据缓冲层302的现场数据进行抽查、转换和加载，形成平台可视化数据并保存在数据存储层304；

所述数据存储层304用于存储和检索经过数据处理层303处理完成的现场数据，为web端数据操控展示层305web提供查询数据；

所述web端数据操控展示层305web用于为操作者提供可视化操作界面，使操作着进行数据查询及设备管理。

所述远程管理平台3的功能模块由全景监控模块、综合分析模块、统计报告模块和系统管理模块组成。

所述综合分析模块由线路事件子模块和负荷分析子模块组成，所述线路事件子模块用于线路发生故障时，系统会记录故障发生时间、事件类型、故障分析结果和处理状态；所述负荷用于对配电网上安装的监控点所采集到的信息进行统计分析，并提供相应的图谱分析结果；

所述统计报告模块由故障统计子模块、负荷统计子模块、在线统计子模块和流量统计子模块组成；所述故障统计子模块用于对线路发生故障的数量及类型情况进行统计；所述负荷统计子模块用于对配电网上安装的监控点所采集的信息进行负荷统计并提供相应的报表和图表；所述在线统计子模块用于对安装的监控点进行在线和离线情况进行记录。流量统计子模块是对安装的监控点产生的数据流量进行记录；

所述系统管理模块由接线图管理子模块、监测点管理子模块、监测终端管理子模块、安装诊断子模块、用户管理子模块、系统告警子模块、系统日志子模块、系统任务子模块和故障订阅子模块组成；

所述接线图管理子模块用于编辑配电网线路走向、配电网线路的起点和终点以及在配电网线路上监测点位的名称；

所述监测点管理子模块即线路状态监测设备1的管理子模块用于对线路状态监测设备1在配电网上的安装位置和业务类型进行设置；

所述监测终端管理子模块即线路状态汇集设备2的管理用于对线路状态汇集设备2的类型、安装位置、业务状态和网络地址等进行设置；

所述安装诊断子模块用于对监控点位的所有设备进行健康诊断；

所述用户管理子模块用于创建和编辑系统登录用户的身份信息；

所述系统告警子模块用于系统监测到配电网出现非正常运行状态或跳闸时，给出故障提示，协助现场作业人员快速排查故障；

所述系统日志子模块用于对操作用户使用系统软件登录的相关操作进行记录；

所述系统任务子模块用于记录操作用户通过系统软件对现场监测点的所有设备进行配制操作；

所述故障订阅子模块用于创建和编制能够接收来自系统发出故障信息的作业人员相关信息。

所述线路状态监测设备1和线路状态汇集设备2采用短距无线传输方式；所述线路状态汇集设备2和远程管理平台3采用长距的无线传输方式。

综上，如图2所示，铁路配网线路智能化监测系统能够对铁路配网的运行状态进行监测，并采用短距和远距相结合的无线传输方式，该无线传输方式可以为无线专网4、VPN或互联网VPN，将现场监测数据传至远程管理平台3。远程管理平台3能够对线路电流、线路负荷等线路状态进行分析，使电力工作人员可以随时掌握配电网线路的运行工况。当线路发生故障时，系统能够精准识别线路故障类型并快速定位故障区段，并通过无线传输的方式，将线路故障情况发送至远程管理平台3和现场作业人员，从而缩短线路故障的判断、响应和处理时间，该系统实现了铁路配电网线路的智能化监测，有助于提升使铁路配电网的供电能力和供电可靠性，而线路状态监测设备1可设置3GE ,分别为A相线路状态监测设备101、B相线路状态监测设备102、C相线路状态监测设备103，用于监测A相、B相和C相线路。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统，其特征在于，包括：

线路状态监测设备，该线路状态监测设备安装在配电网线路上，用于监测配电网线路的状态；

线路状态汇集设备，该线路状态汇集设备安装在电杆上，用于线路故障分析、反演及溯源；

远程管理平台，该远程管理平台能够对线路状态汇集设备的遥测、摇信、总召数据的实时采集以及展示。

2.根据权利要求1所述一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统，其特征在于，所述线路状态监测设备由自供电模块、数据采集模块、信号处理模块和无线传输发射模块组成；

其中所述数据采集模块通过自身的罗氏线圈及后续的积分处理电路采集电力线的电流，通过电压弹片采集电力线的电压，并经过数据采集模块自身的CPU进行AD采样后，将采样值通过无线传输发射模块发送到线路状态汇集设备。

3.根据权利要求2所述一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统，其特征在于，所述线路状态汇集设备由电源处理模块、信号处理模块、无线接收模块和GPRS通信模块组成。

4.根据权利要求3所述一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统，其特征在于，所述远程管理平台的大数据架构由数据接入层、数据缓冲层、数据处理层、数据存储层和web端数据操控展示层组成；

其中，所述数据接入层将线路状态汇集设备上传的现场数据转存到数据缓冲层；

所述数据缓冲层用于临时存储自数据接入模块上传的数据；

所述数据处理层将存储在数据缓冲层的现场数据进行抽查、转换和加载，形成平台可视化数据并保存在数据存储层；

所述数据存储层用于存储和检索经过数据处理层处理完成的现场数据，为web端数据操控展示层提供查询数据；

所述web端数据操控展示层用于为操作者提供可视化操作界面，使操作着进行数据查询及设备管理。

5.根据权利要求4所述一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统，其特征在于，所述远程管理平台的功能模块由全景监控模块、综合分析模块、统计报告模块和系统管理模块组成。

6.根据权利要求5所述一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统，其特征在于，所述综合分析模块由线路事件子模块和负荷分析子模块组成，所述线路事件子模块用于线路发生故障时，系统会记录故障发生时间、事件类型、故障分析结果和处理状态；所述负荷用于对配电网上安装的监控点所采集到的信息进行统计分析，并提供相应的图谱分析结果；

所述统计报告模块由故障统计子模块、负荷统计子模块、在线统计子模块和流量统计子模块组成；所述故障统计子模块用于对线路发生故障的数量及类型情况进行统计；所述负荷统计子模块用于对配电网上安装的监控点所采集的信息进行负荷统计并提供相应的报表和图表；所述在线统计子模块用于对安装的监控点进行在线和离线情况进行记录；流量统计子模块是对安装的监控点产生的数据流量进行记录；

所述系统管理模块由接线图管理子模块、监测点管理子模块、监测终端管理子模块、安装诊断子模块、用户管理子模块、系统告警子模块、系统日志子模块、系统任务子模块和故障订阅子模块组成；

所述接线图管理子模块用于编辑配电网线路走向、配电网线路的起点和终点以及在配电网线路上监测点位的名称；

所述监测点管理子模块即线路状态监测设备的管理子模块用于对线路状态监测设备在配电网上的安装位置和业务类型进行设置；

所述监测终端管理子模块即线路状态汇集设备的管理用于对线路状态汇集设备的类型、安装位置、业务状态和网络地址等进行设置；

所述安装诊断子模块用于对监控点位的所有设备进行健康诊断；

所述用户管理子模块用于创建和编辑系统登录用户的身份信息；

所述系统告警子模块用于系统监测到配电网出现非正常运行状态或跳闸时，给出故障提示，协助现场作业人员快速排查故障；

所述系统日志子模块用于对操作用户使用系统软件登录的相关操作进行记录；

所述系统任务子模块用于记录操作用户通过系统软件对现场监测点的所有设备进行配制操作；

所述故障订阅子模块用于创建和编制能够接收来自系统发出故障信息的作业人员相关信息。

7.根据权利要求1所述一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统，其特征在于，所述线路状态监测设备和线路状态汇集设备采用短距无线传输方式；所述线路状态汇集设备和远程管理平台采用长距的无线传输方式。

8.根据权利要求2所述一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统，其特征在于，所述无线传输发射模块采用433m无线模块。

9.根据权利要求3所述一种铁路配电网运行状态大数据智能化管理系统，其特征在于，所述无线接收模块采用433Mhz无线接收模块。

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