CN111200317A - 一种配电台区系统及配电台区故障识别定位系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种配电台区系统及配电台区故障识别定位系统，属于电力故障识别技术领域。故障识别定位系统包括：无线中继终端，用于设置在用户表箱的进线侧，并将中继信息上传给无线集中终端；无线集中终端，用于设置在分支线路进线侧，并将集中信息上传给无线集中终端或故障识别定位终端；故障识别定位终端，用于设置在智能配变终端的出线侧，以接收各分支箱出线侧的无线集中终端的集中信息，并根据接收的集中信息进行故障识别定位。本发明可以获知用户表箱和分支线路的相关电气信息、身份信息和位置信息，故障识别定位终端根据获取的用户表箱‑线路之间的对应关系，可以进行故障识别定位。

Description

一种配电台区系统及配电台区故障识别定位系统
技术领域
本发明涉及一种配电台区系统及配电台区故障识别定位系统，属于电力故障识别技术领域。
背景技术
配电台区是智能配电网的重要组成部分，对台区用户的故障定位是实现台区智能化监控的重要前提。但是从目前的台区建设方面来看，台区用户布线复杂，存在资料不全或者未更新现象，台区发生故障后，通常依赖用户投诉分析获得故障信息，缺乏有效的监控能力及快速定位故障的手段，造成电力工作人员的大额工作量，还会间接导致安全故障点、线损异常点等涉及线路本身故障的问题排查效率低、周期长和成本高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电台区系统及配电台区故障识别定位系统，以解决现有台区发生故障时定位困难的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种配电台区故障识别定位系统，包括：
无线中继终端，用于设置在用户表箱的进线侧，以采集用户电气信息，并将采集到的用户电气信息以及无线中继终端自身的身份信息和位置信息作为中继信息上传给无线中继终端所在线路对应进线侧的无线集中终端；
无线集中终端，用于设置在分支线路进线侧，以采集所在分支线路上的电气信息，接收分支线路出线侧上设置的无线中继终端和/或无线集中终端上传的信息，并将采集的电气信息、接收到的信息以及无线集中终端自身的身份信息和位置信息作为集中信息上传给无线集中终端所在分支线路上级线路上的无线集中终端或故障识别定位终端；
故障识别定位终端，用于设置在智能配变终端的出线侧，以接收智能配变终端的各分支箱出线侧的无线集中终端的集中信息，并根据接收的集中信息进行故障识别定位。
有益效果是：本发明通过设置无线中继终端、无线集中终端和故障识别定位终端，可以获知用户表箱和分支线路的相关电气信息、身份信息和位置信息，故障识别定位终端根据获取的用户表箱-线路之间的对应关系，可以进行故障识别定位。
进一步的，所述无线中继终端包括采集模块、数据处理模块和无线通信模块；所述采集模块用于采集用户电气信息，包括电压、电流和频率信息；所述数据处理模块用于对采集的用户电气信息进行处理和故障判别；所述无线通信模块用于将中继信息上传；
当采集的电流变化超过设定值的设定比例时，判定为故障，提取故障前后设定时间的电气信息以同时作为中继信息上传。
进一步的，所述无线集中终端包括采集模块、数据处理模块和无线通信模块；所述采集模块用于采集无线集中终端所在分支线路上的电气信息，包括电压、电流和频率信息；所述数据处理模块用于对采集的电气信息进行处理和故障判别；所述无线通信模块用于接收分支线路出线侧上设置的无线中继终端和/或无线集中终端上传的信息，并将集中信息上传。
进一步的，无线中继终端和无线集中终端的位置信息是通过GPS模块获得的。
进一步的，无线中继终端与无线集中终端之间通过FSK通信，无线集中终端与故障识别定位终端之间通过LoRa通信。
另外，本发明还提出了一种配电台区系统，包括用户表箱、分支箱和智能配变终端，用户表箱设置在分支箱出线侧的各分支线路上，分支箱设置在智能配变终端的出线侧，配电台区系统还包括配电台区故障识别定位系统，配电台区故障识别定位系统包括：
无线中继终端，设置在用户表箱的进线侧，以采集用户电气信息，并将采集到的用户电气信息以及无线中继终端自身的身份信息和位置信息作为中继信息上传给无线中继终端所在线路对应进线侧的无线集中终端；
无线集中终端，设置在分支线路进线侧，以采集所在分支线路上的电气信息，接收分支线路出线侧上设置的无线中继终端和/或无线集中终端上传的信息，并将采集的电气信息、接收到的信息以及无线集中终端自身的身份信息和位置信息作为集中信息上传给无线集中终端所在分支线路上级线路上的无线集中终端或故障识别定位终端；
故障识别定位终端，设置在智能配变终端的出线侧，以接收智能配变终端的各分支箱出线侧的无线集中终端的集中信息，并根据接收的集中信息进行故障识别定位。
有益效果是：本发明通过设置无线中继终端、无线集中终端和故障识别定位终端，可以获知用户表箱和分支线路的相关电气信息、身份信息和位置信息，故障识别定位终端根据获取的用户表箱-线路之间的对应关系，可以进行故障识别定位。
进一步的，所述无线中继终端包括采集模块、数据处理模块和无线通信模块；所述采集模块用于采集用户电气信息，包括电压、电流和频率信息；所述数据处理模块用于对采集的用户电气信息进行处理和故障判别；所述无线通信模块用于将中继信息上传；
当采集的电流变化超过设定值的设定比例时，判定为故障，提取故障前后设定时间的电气信息以同时作为中继信息上传。
进一步的，所述无线集中终端包括采集模块、数据处理模块和无线通信模块；所述采集模块用于采集无线集中终端所在分支线路上的电气信息，包括电压、电流和频率信息；所述数据处理模块用于对采集的电气信息进行处理和故障判别；所述无线通信模块用于接收分支线路出线侧上设置的无线中继终端和/或无线集中终端上传的信息，并将集中信息上传。
进一步的，无线中继终端和无线集中终端的位置信息是通过GPS模块获得的。
进一步的，无线中继终端与无线集中终端之间通过FSK通信，无线集中终端与故障识别定位终端之间通过LoRa通信。
附图说明
图1为本发明配电台区故障识别定位系统实施例中配电台区故障识别定位系统结构示意图；
图2为本发明配电台区故障识别定位系统实施例中配电台区故障识别定位系统通讯示意图；
图3为本发明配电台区故障识别定位系统实施例中配电台区故障识别定位系统信息传输示意图；
图4为本发明配电台区故障识别定位系统实施例中配电台区故障识别定位系统故障示意图。
具体实施方式
配电台区故障识别定位系统实施例：
如图1所示，本实施例的配电台区故障识别定位系统包括分布式无线中继故障监测终端(以下简称无线中继终端)、无线集中终端、故障识别定位终端；无线中继终端安装于用户表箱的进线侧，无需进入用户负荷的内部，也无需停电，可实时采集线路电气信息，并将这些信息上传至无线集中终端。无线集中终端安装于各线路分支的进线侧和分支箱的出线侧(进线侧和出线侧是相对而言的，比如，分支箱的出线侧也可以视为分支箱下级线路的进线侧)，可以同时采集线路上的用电信息，接收来自下一级无线中继终端或无线集中终端的用户电气数据，并上传给上级无线集中终端或故障识别定位终端。故障识别定位终端用于安装在智能配变终端的出线侧，接收配变终端各分支箱出线侧上设置的无线集中终端上传的集中信息，并根据所述集中信息进行故障识别定位。本实施例中故障识别定位终端集成在配变终端上，可以将故障识别定位终端和智能配变终端看作为一个整体。
台区内的无线中继终端、无线集中终端和故障识别定位终端均设置唯一的身份识别码，安装前各终端根据主站保存的初始拓扑，保存上一级终端的身份识别码；同时各终端采用无线通讯与上一级终端进行通信，上一级终端保存下一级终端的识别码。各终端安装时，通过辅助扫描设备获得自己的位置信息并保存起来。终端安装完成首次上电后，各终端上送身份识别码、位置信息码、线路的从属状态信息及所属上级的身份识别码，逐级上传至主站。
无线中继终端由采集模块、数据处理模块、无线通信模块与安全加密芯片组成，其中：
采集模块用以采集线路的参数信息，以1个周波64个点的采样频率采样，包括采集线路的电压、电流、频率等电气信息；
数据处理模块利用FFT、小波分析等算法对电压电流采样数据进行处理，提取电压电流稳态和故障特征值，进行故障判别；
无线通信模块集成FSK(Frequency-shift keying)通信模块，各支路的无线中继终端与无线集中终端以FSK无线通讯方式形成自组网，如图2所示，各无线中继终端均有中继功能，可以保证覆盖整个台区，延长传输距离。FSK的主要优点是：实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好，在中低速数据传输中得到了广泛的应用。
本实施例中当无线中继终端采集的电流变化超过设定值的20％时，无线中继终端判定越限时刻为故障时刻，并提取故障前后20s的故障截面信息，以上传后供无限集中终端对故障做出进一步研判。作为其他实施方式，上述设定值可以依需修改。
无线集中终端由采集模块、数据处理模块、无线通信模块组成，其中：
采集模块采集的信息与无线中继终端的采集模块采集的信息相同，包括线路的电压、电流、频率等电气信息；
数据处理模块计算有功功率、无功功率、视在功率、频率、谐波等参数；
无线通信模块用以接收来自下级终端的身份信息、位置信息和经过下级终端的数据处理模块计算出的电气信息。
无线集中终端的安装位置不唯一，安装在线路分支出线侧的无线集中终端，集成FSK通信模块，接收来自无线中继终端与下一级无线集中终端的信息；安装在分支箱出线侧的无线集中终端，集成FSK通信模块与LoRa通信模块，FSK通信模块用于接收来自下一级无线集中单元的信息，LoRa通信模块用于向故障识别定位终端上送台区的拓扑信息。LoRa通信技术是物联网通讯技术，可以支持远距离传送。
分支线路进线侧的无线集中终端，通过计算采集无线中继终端及下级无线集中终端的电气信息与故障电流信息，得出该分支的线路拓扑与故障时采集中继终端的位置信息或者集中单元的位置信息，上送至临近的无线集中终端或者分支箱出线侧的无线集中终端。
本实施例的无线中继终端、无线集中终端与故障识别定位终端均配有唯一的二维码身份标识，安装时，采用无线辅助扫描设备进行扫描与上送扫描读取的身份标识信息，如图3所示。
无线辅助扫描设备由扫描模块、信息转换模块、GPS模块、无线传输模块和安全芯片组成，扫描设备扫描终端，将扫描出的身份信息上传至所属支路的上一级无线终端中，并且用GPS模块生成各终端的位置信息,将位置信息采用无线传输的方式传至各终端。该位置信息包括GPS的位置信息，还包括线路的从属状态(比如线路属于第一/二楼层，由安装人员在安装终端时设置，并通过扫描设备扫描读取后进行传输)，因此，各终端传输信息时，用户侧的无线中继终端上传的信息除去电气信息，形成的编码信息还包括终端识别码、位置信息(含线路的从属状态信息)、上级终端的识别码，各支路的无线集中终端则需要在收到的编码信息基础上，加上本无线集中终端的编码信息。该种编码信息的方式，组成了户—线—变的唯一从属关系，同时也组成了判断故障线路，生成位置拓扑的编码系统，辅助主站利用电气信息及位置信息的二维信息，精准定位故障位置的方法。
上传过程中各身份信息与位置信息的编码均由安全加密芯片进行认证，保证数据传输的安全性。
智能配变终端安装于台区的出线侧，故障识别定位终端实时采集低压侧的实时功率，采用LoRa通讯技术，接收来自分支箱出线侧的无线集中终端收集到的线路各分支拓扑结构，还可以支持接入多种下层终端或者传感器的实时数据。智能配变终端利用边缘计算，按照无线中继终端与无线集中终端的位置信息和包含的电气与故障信息，逐步确定台区拓扑关系图中的各终端位置，最终绘制完成配电台区的拓扑关系图，确定台区的故障位置，如图4所示。利用4G通讯技术将拓扑信息与故障信息上传至主站，通过更新并验证，得出配电台区的拓扑信息，实现对台台区故障的实时监测，减少电网运维人员的工作投入。
当无线中继终端判断当前安装线路发生电流越限故障时，启动故障截取功能，截取故障发生时刻前后20s的故障信息，并将故障信息至所属上级无线集中终端，无线集中终端就地研判，将研判结果加上身份识别信息上送至智能配变终端，智能配变终端根据研判结果及电气信息重新分配归属，并将更新后的拓扑上送主站，实现台区拓扑的更新。
当线路发生故障时，故障电流越限，将该信息逐级上传至主站，通过无线集中终端逐级所有监测终端采集的故障特征信息和位置信息发送给配变终端，配变终端获取到整个台区的监测终端故障截面信息，比较同一时刻的故障特征识别故障点。进一步根据故障的特征进行分析，提出故障可能原因以及相应的抢修策略，同时标识在台区拓扑图中，有效确定故障线路故障。
配电台区系统实施例：
本实施例的配电台区系统包括用户表箱、分支箱和智能配变终端，用户表箱设置在分支箱出线侧的各分支线路上，分支箱设置在智能配变终端的出线侧；配电台区系统还包括配电台区故障识别定位系统。
配电台区故障识别定位系统已经在配电台区故障识别定位系统实施例中进行了说明，此处不再赘述。

Claims (10)

1.一种配电台区故障识别定位系统，其特征在于，包括：
无线中继终端，用于设置在用户表箱的进线侧，以采集用户电气信息，并将采集到的用户电气信息以及无线中继终端自身的身份信息和位置信息作为中继信息上传给无线中继终端所在线路对应进线侧的无线集中终端；
无线集中终端，用于设置在分支线路进线侧，以采集所在分支线路上的电气信息，接收分支线路出线侧上设置的无线中继终端和/或无线集中终端上传的信息，并将采集的电气信息、接收到的信息以及无线集中终端自身的身份信息和位置信息作为集中信息上传给无线集中终端所在分支线路上级线路上的无线集中终端或故障识别定位终端；
故障识别定位终端，用于设置在智能配变终端的出线侧，以接收智能配变终端的各分支箱出线侧的无线集中终端的集中信息，并根据接收的集中信息进行故障识别定位。
2.根据权利要求1所述的配电台区故障识别定位系统，其特征在于，所述无线中继终端包括采集模块、数据处理模块和无线通信模块；所述采集模块用于采集用户电气信息，包括电压、电流和频率信息；所述数据处理模块用于对采集的用户电气信息进行处理和故障判别；所述无线通信模块用于将中继信息上传；
当采集的电流变化超过设定值的设定比例时，判定为故障，提取故障前后设定时间的电气信息以同时作为中继信息上传。
3.根据权利要求1所述的配电台区故障识别定位系统，其特征在于，所述无线集中终端包括采集模块、数据处理模块和无线通信模块；所述采集模块用于采集无线集中终端所在分支线路上的电气信息，包括电压、电流和频率信息；所述数据处理模块用于对采集的电气信息进行处理和故障判别；所述无线通信模块用于接收分支线路出线侧上设置的无线中继终端和/或无线集中终端上传的信息，并将集中信息上传。
4.根据权利要求1所述的配电台区故障识别定位系统，无线中继终端和无线集中终端的位置信息是通过GPS模块获得的。
5.根据权利要求1所述的配电台区故障识别定位系统，其特征在于，无线中继终端与无线集中终端之间通过FSK通信，无线集中终端与故障识别定位终端之间通过LoRa通信。
6.一种配电台区系统，包括用户表箱、分支箱和智能配变终端，用户表箱设置在分支箱出线侧的各分支线路上，分支箱设置在智能配变终端的出线侧，其特征在于，配电台区系统还包括配电台区故障识别定位系统，配电台区故障识别定位系统包括：
无线中继终端，设置在用户表箱的进线侧，以采集用户电气信息，并将采集到的用户电气信息以及无线中继终端自身的身份信息和位置信息作为中继信息上传给无线中继终端所在线路对应进线侧的无线集中终端；
无线集中终端，设置在分支线路进线侧，以采集所在分支线路上的电气信息，接收分支线路出线侧上设置的无线中继终端和/或无线集中终端上传的信息，并将采集的电气信息、接收到的信息以及无线集中终端自身的身份信息和位置信息作为集中信息上传给无线集中终端所在分支线路上级线路上的无线集中终端或故障识别定位终端；
故障识别定位终端，设置在智能配变终端的出线侧，以接收智能配变终端的各分支箱出线侧的无线集中终端的集中信息，并根据接收的集中信息进行故障识别定位。
7.根据权利要求6所述的配电台区系统，其特征在于，所述无线中继终端包括采集模块、数据处理模块和无线通信模块；所述采集模块用于采集用户电气信息，包括电压、电流和频率信息；所述数据处理模块用于对采集的用户电气信息进行处理和故障判别；所述无线通信模块用于将中继信息上传；
当采集的电流变化超过设定值的设定比例时，判定为故障，提取故障前后设定时间的电气信息以同时作为中继信息上传。
8.根据权利要求6所述的配电台区系统，其特征在于，所述无线集中终端包括采集模块、数据处理模块和无线通信模块；所述采集模块用于采集无线集中终端所在分支线路上的电气信息，包括电压、电流和频率信息；所述数据处理模块用于对采集的电气信息进行处理和故障判别；所述无线通信模块用于接收分支线路出线侧上设置的无线中继终端和/或无线集中终端上传的信息，并将集中信息上传。
9.根据权利要求6所述的配电台区系统，无线中继终端和无线集中终端的位置信息是通过GPS模块获得的。
10.根据权利要求6所述的配电台区系统，其特征在于，无线中继终端与无线集中终端之间通过FSK通信，无线集中终端与故障识别定位终端之间通过LoRa通信。
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