CN111289831A - 一种配电线路末端感知终端和线路状态监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电线路末端感知终端和线路状态监测方法。一种配电线路末端感知终端，包括：控制器、定位装置、上行通信器、下行通信器、交流强电感知器、交采计量器和第一存储器；所述定位装置、所述上行通信器、所述下行通信器、所述交流强电感知器、所述交采计量器分别与所述控制器连接；所述感知终端通过所述上行通信器与上行设备进行通信连接。本发明提供的种配电线路末端感知终端和线路状态监测方法，具有以下效果：1)、本发明采用外置开合式电流互感器，精度等级高，工作环境温度范围可在‑40℃～85°，抗干扰能力强；2)、本发明通过采用多功能高精度三相电能专用计量芯片来实现剩余电流监测，具备剩余电流监测和越限事件上报功能。

Description

一种配电线路末端感知终端和线路状态监测方法

技术领域

本发明涉及配电线路监测领域，尤其涉及一种配电线路末端感知终端和线路状态监测方法。

背景技术

低压配电网处于整个电网的末端，一直以来，由于低压配电网点多、面广、量大、单点经济价值低的特点，以及电网公司投资成本、人力资源及技术水平等方面因素限制，配电网改造的重点主要放在10kV及以上网络，配电自动化尚未有效覆盖低压配电网，作为“最后一公里”的低压配电网长期处于监测盲区，长期以来缺乏智能高效的运行监测和运维管理手段。

国家电网公司在2019年“两会”上提出了建设打造设备广泛互联、状态全面感知、设备即插即用、应用灵活迭代、资源高效利用和决策快速智能的配电物联网，其中状态全面感知主要依赖于低压配电网感知层，感知层主要用于实现配电设备运行环境、设备状态、电气量信息等基础数据的监测、采集和感知，感知层目前覆盖量严重不足，实时性不强。

感知层设备主要由低压配电网架构的最底层“端”层设备构成，“端”是低压配电网中将“物”连接“上网”的接入单元，是低压配电网架构中的感知层和执行层，是负责向边或云提供配电网的运行状态、设备状态、环境状态以及其它辅助信息等基础数据的源头，是执行决策命令或就地控制的终端。

其中有一类“端”层设备主要用于对分支箱和表箱等处的电压电流等电气量和开关量等参数进行监测和测量，在此基础上实现电能计量线损分析以及停上电状态监测和事件上报等功能。该类产品目前电网公司均没有统一的技术规范和标准，市场上该类产品形态和功能均是厂家根据不同需求自定义的，导致市场上该类产品形态、通信方式以及功能各异，目前市场上类似的产品还有如下缺点：(1)现有电流采样和计量精度不高，现有产品大部分电流采样按1级精度等级制造，电流采样大部分采用铁氧体或硅钢片材质的外置开合式电流互感器，该类型互感器性能较差，在一些特殊应用场景下易受干扰导致精度变差，如低温性能普通只能做到-25℃，超过此温度精度会超差，如在强磁场环境下(0.5mT)电流采样精度超差很大；(2)现有产品上行通信方式单一，兼容性不强，很多还采用RS485通信、窄带通信或LORA无线等低速通信方式，另外上行通信模块大部分采用内置方案，非外置模块化可插拔设计，可维护性差，如出问题，必须拆掉外壳方可进行维护或更换；(3)对RS485电能表用户停上电感知手段空缺，可靠性不高，无法主动上送用户停上电信息，如无法监测用户电能表表后开关状态；(4)现有产品不具备台区内设备和户表地理位置信息的精准定位；(5)业务应用功能和外部接口单一，兼容和可扩展性都不强，不能快速以低成本方式实现功能改造和业务调整；(6)现有产品无剩余电流监测和越限上报；(7)不能实现末端电网5分钟线路运行状态数据和15分钟电能表负荷数据的高频度采集，无法结合终端表箱计量数据与电能表计量数据进行表箱线损分析计算，实现表箱线损本地感知和窃电分析决策并上传上级终端和主站。

专利号为ZL 201910227388.1的专利文献公开了一种基于物联网的低压配电网末端感知系统及方法，包括台区智能感知终端、分支箱监测单元、表箱监测单元和用户电源监测模块；所述台区智能感知终端与分支箱监测单元、表箱监测单元之间通信连接，通知识别物理拓扑关系并获取低压配电网各线路运行状态数据和用户电能表数据；所述表箱监测单元与用户电源监测模块连接，获取用户开关状态。本发明还公开了利用上述基于物联网的低压配电网末端感知系统的方法，丰富了现有用电信息采集系统功能，但是其中末端感知终端依旧存在上述问题。

因而现有的配电线路监测领域中的末端采集终端监测精度和功能上依然存在不足，还有待改进和提高。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种配电线路末端感知终端和线路状态监测方法，能够提高测量精度，同时具备实时监测配电线路状态的上报功能。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种配电线路末端感知终端，包括：控制器、定位装置、上行通信器、下行通信器、交流强电感知器、交采计量器和第一存储器；所述定位装置、所述上行通信器、所述下行通信器、所述交流强电感知器、所述交采计量器分别与所述控制器连接；所述感知终端通过所述上行通信器与上行设备进行通信连接，通过所述下行通信器与多个电能表连接；所述存储器与所述控制器连接；

所述交采计量器包括：计量管理器、计量器、三相电压采样器、三相电流采样器、剩余电流采样器、第二存储器；所述三相电压采样器、所述三相电流采样器、所述剩余电流采样器分别与所述计量器连接；所述计量器、所述存储器分别与所述计量管理器连接；所述计量管理器与所述控制器连接。

优选的所述的配电线路末端感知终端，所述三相电压采样器包括A相电压采样单元、B相电压采样单元、C相电压采样单元；所述A相电压采样单元、所述B相电压采样单元、所述C相电压采样单元均采用相同的电压采集单元，分别采集三相线路中的电压数据；

所述电压采样单元包括依次连接的电压接线端子、过压保护电路、限流分压器、电压互感器、电压电阻采样电路和电压滤波电路；所述电压滤波电路与所述计量器连接。

优选的所述的配电线路末端感知终端，所述三相电流采样器包括A相电流采样单元、B相电流采样单元、C相电流采样单元；所述A相电流采样单元、所述B相电流采样单元、所述C相电流采样单元均采用相同的电流采样单元，分别采集三相线路中的电流数据；

所述电流采样单元包括依次连接的外置电流互感器、电流接线端子、电流电阻采样电路、电流滤波电路；所述电流滤波电路与所述计量器连接。

优选的所述的配电线路末端感知终端，所述剩余电流采样器包括依次连接的剩余电流互感器、剩余电流接线端子、剩余电流电阻采样电路、剩余电流滤波电路；所述剩余电流滤波电路与所述计量器连接。

优选的所述的配电线路末端感知终端，所述交强电感知器包括依次连接的交流强电过压保护器、交流强电限流器、光耦反向保护器和交强隔离器；所述交强隔离器与所述控制器连接。

一种使用所述的配电线路末端感知终端的配电线路状态监测方法，包括步骤：

S1、所述感知终端接收所述交流强电感知器和所述交采计量器采集终端线路中的检测数据，以及采集下接的多个电能表数据，生成线路运行数据，存储在所述第一存储器中，并等待上位设备抄读；

S2、所述感知终端通过对所述线路运行数据进行分析处理，判断台区线路是否存在异常事件，当异常发生时，所述感知终端主动将异常上报至上级设备。

优选的所述的配电线路状态监测方法，所述线路运行数据包括配电线路实时交采数据、线路电压合格统计数据、配电线路5分钟精度曲线数据、所有连接的所述电能表15分钟精度曲线数据、配电线路小时整点冻结数据和配电线路日冻结数据、配电线路线损整点冻结数据；所述电能表数据包括电表小时整点冻结数据、电表日冻结数据；

所述线路运行异常事件包括线损越限及恢复事件、配电线路停电及恢复事件、电压越限及恢复事件、电压失压及恢复事件、电流失流及恢复事件、三相电流不平衡及不平衡恢复事件、剩余电流越限及恢复事件、线路阻抗越限及恢复事件。

优选的所述的配电线路状态监测方法，所述步骤S1具体包括：

S11、所述计量器实时采集所述三相电压采样器检测的三相电压数据、所述三相电流采样器检测的三相电流数据和所述剩余电流采样器检测的剩余电流数据，并以预定频率更新到所述计量管理器中；

S12、所述计量管理器根据所述三相电压数据、所述三相电流数据得到配电区的有功功率数据，进而得到电能量数据，并将所述有功功率数据和所述电能量数据存储在所述第二存储器中；

S13、所述控制器间隔第一预定时间从所述计量管理器中获取所述三相电压数据、三相电流数据、所述有功功率数据和所述电能量数据，结合所述控制器从所有连接的所述电能表中获取的各个电能表的运行数据，生成本线路运行数据；

S14、所述控制器将所述线路运行数据存储到所述第一存储器中，并等待上行设备抄读。

优选的所述的配电线路状态监测方法，所述步骤S2中，所述线损越限及恢复事件检测具体包括：

S21、当前小时线损计算：将所述感知终端上所述配电线路小时整点冻结数据中正向有功总电能量数据减去所有下接电能表的所述电表小时整点冻结数据中正向有功总电能数据之和，得到本线路当前小时正向有功总电能量线损数据；

S22、上1小时内线损增量数据计算：将当前小时正向有功总电能量线损减去上1小时正向有功总电能量线损，得到本线路上1小时内正向有功总电能量线损增量数据；

S23、上1一小时线路正向有功总电能量增量计算：将所述感知终端的所述配电线路小时整点冻结数据中的当前小时正向有功总电能量数据减去所述感知终端的上1小时整点冻结当前正向有功总电能量，得到本线路上1小时线路正向有功总电能量增量数据；

S24、计算终端线损率：终端线损率计算公式为：

其中，R为上1小时线损率；△S为上1小时线路正向有功总电能量增量；S_n为所述感知终端的所述当前小时正向有功总电能量数据；S_n-1为所述感知终端的所述上1小时整点冻结当前正向有功总电能量；△E为上1小时内正向有功总电能量线损增量；E_n为当前小时正向有功总电能量线损；E_n-1为上1小时正向有功总电能量线损；

S25、线损越限事件判断：所述控制器判定当前线路线损率是否大于线损告警阈值，若是，则确定线损越限事件发生，记录并立即将事件上报至上行设备，并执行步骤S26；若否，则执行步骤S27；

S26、线损恢复事件判断：所述控制器实时判定当前线路线损率是否低于线损恢复阈值，若是，则确定线损恢复事件发生，记录并将异常恢复上报至上行设备，执行步骤S27；若否，执行步骤S27；

S27、线损整点冻结：所述感知终端在每个时间整点执行步骤S21-步骤S25，得到并生成本线路24小时的小时线损整点冻结数据。

优选的所述的配电线路状态监测方法，步骤S2中对于所述剩余电流越限及恢复事件的检测操作具体包括：

S201、所述剩余电流采样器实时检测台区末端线路中的检测剩余电流，并将所述检测剩余电流实时发送到所述计量器，所述计量器将所述检测剩余电流发送到所述计量管理器中；

S202、所述计量管理器判定所述检测剩余电流是否大于越限定值，且持续时间大于第一恢复时间，若是，则判断持续存在剩余电流越限事件，执行步骤S203；若否，则执行步骤S201；

S203、将所述剩余电流越限事件保存在所述第二存储器中，并将所述剩余电流越限事件发送到所述控制器中，所述控制器将所述剩余电路越限事件发送到服务器中，并执行步骤S204；

S204、所述计量管理器判定所述检测剩余电流是否小于或等于返回电流，且持续时间大于设定的第二恢复时间，若是，则判定越限事件已经消失，台区线路恢复正常，执行步骤S205；若否，则执行步骤S203；

S205、将所述线路恢复正常信息发送到所述控制器中，所述控制器将所述线路恢复正常信息发送到服务器中，执行步骤S201。

相较于现有技术，本发明提供的种配电线路末端感知终端和线路状态监测方法，具有以下效果：

1)、本发明采用外置开合式电流互感器，精度等级高，性能优异，工作环境温度范围可在-40℃～85°，抗干扰能力强；

2)、本发明通过采用多功能高精度三相电能专用计量芯片来实现剩余电流监测，具备剩余电流监测和越限事件上报功能；

3)、本发明通过对配电线路运行数据分析处理，判断线路异常发生时，主动将异常上报至上行设备；

4)、本发明可实现配电线路5分钟精度线路运行状态数据和所有连接的所述电能表15分钟精度负荷数据的高频度采集，结合配电线路计量数据与电能表计量数据进行线损分析计算，支撑线损本地感知以及窃电分析决策。

附图说明

图1是本发明中末端感知终端的结构框图；

图2是本发明中三相电压采样器中A相电压采样单元的结构框图；

图3是本发明中三相电压采样器中A相电压采样单元的电路图；

图4是本发明中三相电流采样器中A相电流采样单元的结构框图；

图5是本发明中三相电流采样器中A相电流采样单元的电路图；

图6是本发明中剩余电流采样器的结构框图；

图7是本发明中剩余电流采样器的电路图；

图8是本发明中交强感知模块的结构框图；

图9是本发明中交强感知模块的电路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1-图9，在附图3、附图5、附图7中所述计量器22的计量芯片D4和附图9中的所述控制器1中的处理器芯片U1均为本领域的公知技术，只展示部分细节，不影响本技术方案的理解。

本发明提供一种配电线路末端感知终端，包括：控制器1、定位装置4、上行通信器5、下行通信器6、交流强电感知器3、交采计量器2和第一存储器7；所述上行通信器5、所述下行通信器6、所述交流强电感知器3、所述交采计量器2分别与所述控制器1连接；所述感知终端通过所述上行通信器5与上行设备(上级终端或上位机等)进行通信连接，通过所述下行通信器6与多个电能表连接；所述第一存储器7与所述控制器1连接；

所述交采计量器2包括：计量管理器21、计量器22、三相电压采样器23、三相电流采样器、剩余电流采样器、第二存储器；所述三相电压采样器23、所述三相电流采样器24、所述剩余电流采样器25分别与所述计量器22连接；所述计量器22、所述存储器分别与所述计量管理器21连接；所述计量管理器21与所述控制器1连接。

具体的，所述末端感知终端一般用于台区末端线路上节点数据统计以及越限事件(偷漏电等)识别等功能；一般情况下会与多个电能表连接，收集电能表上传的数据以及本节点甚至本台区的末端线路数据管理及分析；优选的，所述控制器1采用瑞萨的R5F51138处理器芯片U1(请参阅图7)；所述第一存储器7采用华邦公司型号为W25Q256的存储器；所述第一存储器7通过SPI接口与所述控制器1连接；所述下行通信器6优选为RS485通信装置，通过UART串口与所述控制器1连接；所述交采计量器2通过UART串口与所述控制器1连接；所述上行通信器5优选为青岛东软载波科技股份有限公司型号为PLCS1667-D-CJQ-GW13的东软六代I采带超级电容高速HPLC载波模块，模块自带超级电容，终端停电后可通过HPLC载波信号耦合方式支持终端停电事件上报，通过标准接口与所述控制器1连接，所述标准接口为本领域中可拆卸标准接口；所述交流强电感知器3，用于感知单个电能表的停上电的状态信息。所述上行设备可以是台区主站、服务器等，也可以是其他的末端终端上位机，也可以是一般的上位控制器、电脑等，本发明不做具体限制。

其中，所述交采计量器2用于监测线路运行状态，实现三相电压、三相电流、剩余电流、有功、无功、功率因数、电能量等参数的测量，为负荷数据监测和线损分析提供基础数据。所述三相电压采样器23，用于采样A、B、C三相线路的电压；所述三相电流采样器24，用于采样A、B、C三相线路的电流；所述剩余电流采样器25，用于采样剩余电流；所述计量器22，优选钜泉公司的ATT7022E多功能高精度三相电能专用计量芯片D4(请参阅图3、图5、图7)，用于接收三相线路电压有效值、三相线路电流有效值、功率因数、相角、频率、有功电能和无功电能等参数；所述第二存储器，采用ATMEL公司的AT24C256 EEPROM存储器，用于存储计量参数和电量等数据；所述计量管理器21，优选采用复旦微电子FM33A048单片机；所述计量器22与所述计量管理器21通过SPI接口连接。

相应的，本发明还提供一种配电线路状态监测方法，包括步骤：

S1、所述感知终端接收所述交流强电感知器3和所述交采计量器2采集终端线路中的检测数据，以及下接的多个电能表上报的电能表运行数据，生成线路运行数据，存储在所述第一存储器7中，并等待接收上位设备或主站的的数据召测命令上传数据；

S2、所述感知终端通过对所述线路运行数据进行处理，判断台区末端线路是否存在线路运行异常事件，并将异常事件实时主动上报到主站上行设备中。

作为优选方案，本实施例中，所述线路运行数据包括配电线路实时交采数据、线路电压合格统计数据、配电线路5分钟精度曲线数据、所有连接的所述电能表15分钟精度曲线数据、配电线路小时整点冻结数据和配电线路日冻结数据、配电线路线损整点冻结数据；所述电能表数据包括电表小时整点冻结数据、电表日冻结数据；

所述线路运行异常事件包括线损越限及恢复事件、配电线路停电及恢复事件、电压越限及恢复事件、电压失压及恢复事件、电流失流及恢复事件、三相电流不平衡及不平衡恢复事件、剩余电流越限及恢复事件、线路阻抗越限及恢复事件。

作为优选方案，本实施例中，所述三相电压采样器23包括A相电压采样单元(未示图)、B相电压采样单元(未示图)、C相电压采样单元(未示图)；所述A相电压采样单元、所述B相电压采样单元、所述C相电压采样单元均采用相同的电压采集单元，分别采集三相线路中的电压数据；

所述电压采样单元包括依次连接的电压接线端子231、过压保护电路232、限流分压器233、电压互感器234、电压电阻采样电路235和电压滤波电路236；所述电压滤波电路236与所述计量器22连接。所述电压接线端子231优选采用4芯弯头插座XS4，用于三相四线220V交流电接入可采用菲尼克斯公司的4芯弯头插座规格为GMSTB 2,5/4-GF-7,62；所述过压保护电路232主要由压敏电阻RV2实现，压敏电阻RV2采用成都铁达电子有限责任公司的MYN15-821K，压敏电压为820V±10％；所述限流分压器233优选由6个高精度低温漂的电阻(电阻R17、电阻R18、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23)串联组成，封装均为1206封装(本领域一种封装方式)，电阻精度要求为0.5％，温漂系数为25PPM，其中1个电阻阻值为100kΩ(例如电阻R17为100kΩ)，剩下5个电阻阻值为33kΩ(例如电阻R18、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23的阻值均为33kΩ)，6个限流电阻总阻值为265kΩ左右；所述电压互感器234优选采用北京霍远科技有限公司的HPT225A-G电压互感器CT，主要参数为参数比为2mA/2mA，耐压为2500VAC，精度等级为0.1；所述电压电阻采样电路235采用差分采样，采用两个高精度低温漂的电阻(电阻R19和电阻R24)组成，阻值均为30Ω；所述电压滤波电路236采用RC滤波电路(电阻R16、电阻R25、电容C17和电容C18组成)，其中电阻R19和电阻R24均取值为1.2KΩ，电容C17和电容C18的容值均为0.01uf。

具体的，所述三相电压采样器23，用于强电三相220V交流电压采样，所述A相电压采样单元、所述B相电压采样单元、所述C相电压采样单元均与所述计量器22连接。

现以A相为例详述交采电压采样原理，A相电压采样单元包括依次连接的A相电压接线端子231、A相过压保护电路232、A相限流分压器233、A相电压互感器234、A相电压电阻采样电路235和A相电压滤波电路236；A相交流电先经过所述A相电压接线端子231进入所述A相过压保护电路232，再经过所述A相限流电阻分压器，将220V交流电压转换为小电压信号，在经过所述A相电压互感器234将小电压信号转换为隔离的小电流信号，经过后级的所述A相电压电阻采样电路235转换为小电压信号，在经过所述A相电压滤波电路236最终将小电压信号输入到所述计量器22中的计量芯片ATT7022E的V2P和V2C差分ADC模数转换管脚。

作为优选方案，本实施例中，所述三相电流采样器24包括A相电流采样单元(未示图)、B相电流采样单元(未示图)、C相电流采样单元(未示图)；所述A相电流采样单元、所述B相电流采样单元、所述C相电流采样单元均采用相同的电流采样单元，分别采集三相线路中的电流数据；

所述电流采样单元包括依次连接的外置电流互感器241、电流接线端子242、电流电阻采样电路243、电流滤波电路244；所述电流滤波电路244与所述计量器22连接。所述外置电流互感器241优选采用北京霍远科技有限公司的HCT22K-A1电流互感器，额定电流为100A，CT变比为4000:1，最大电流可到400A，精度等级为0.5级；所述电流接线端子242采用6芯插拔式接线端子插座XS3，可采用尤提乐电气有限公司型号规格为MB1.5/V3.81/06-GN的接线端子插座；所述电流电阻采样电路243采用差分采样，采用两个高精度低温漂的电阻(电阻R12和电阻R13)组成，阻值均为3.3Ω；所述电流滤波电路244采用RC滤波电路(电阻R11、电阻R14、电容C15和电容C16组成)，其中电阻R11、电阻R14均取值为1.2KΩ，电容C15和电容C16的容值均为0.01uf。

具体的，所述三相电流采样器24主要负责三相交流电流采样，现以A相为例详述交采电流采样原理，所述A相电流采样单元包括A相外置电流互感器241、A相电流接线端子242、A相电流电阻采样电路243、A相电流滤波电路244；A相交流电流经过所述A相外置电流互感器241采样，按一定变比将大电流转换为小电流信号，小电流信号在经过所述A相电流接线端子242，再经过后级的所述A相电阻采样电路转换为小电压信号，然后经过所述A相滤波电路最终将小电压信号输入到所述计量器22中的专用计量芯片ATT7022E的V1P和V1N差分ADC模数转换管脚。

作为优选方案，本实施例中，所述剩余电流采样器25包括依次连接的剩余电流互感器251、剩余电流接线端子252、剩余电流电阻采样电路253、剩余电流滤波电路254；所述剩余电流滤波电路254与所述计量器22连接。具体的，所述剩余电流采样电路主要负责剩余电流采样，即，在采样时，三相四线线路中四线同时穿过所述剩余电流互感器251进行检测。所述剩余电流互感器251采用济南圣鸿电子有限公司的CTZK5Y-10电流互感器，额定电流为1A，CT变比为2000:1，最大电流可到2A，精度等级为1级；所述剩余电流接线端子252采用可采用尤提乐电气有限公司型号规格为MB1.5/V3.81/02-GN的接线端子插座XS2；所述剩余电流电阻采样电路253采用差分采样，采用两个高精度低温漂的电阻(电阻R8和电阻R9)组成，阻值均为200Ω，所述剩余电流滤波电路254采用RC滤波电路(电阻R7、电阻R10、电容C13和电容C14组成)，其中电阻R7、电阻R10均取值为1.2KΩ，电容C13和电容C14容值均为0.01uf。

剩余电流先经过所述剩余电流互感器251采样，按一定变比将大电流转换为小电流信号，再经过剩余电流接线端子242，再经过后级的所述剩余电流电阻采样电路253转换为小电压信号，在经过所述剩余电流滤波电路254最终将小电压信号输入到所述计量器22中的专用计量芯片ATT7022E的V0P和V0N差分ADC模数转换管脚。

作为优选方案，本实施例中，所述外置电流互感器241为精度等级为0.5的电流互感器；所述剩余电流互感器251为精度等级为1的电流互感器。所述外置电流互感器241和所述剩余电流互感器251均采用非晶或坡莫合金材质，精度等级高，可满足电流采样0.5级精度等级，性能优异，工作温度范围宽，环境工作温度可在-40℃～85°，抗干扰能力强。

作为优选方案，本实施例中，所述交流强电感知器3包括依次连接的交流强电过压保护器31、交流强电限流器32、光耦反向保护器33和交强隔离器34；所述交强隔离器34与所述控制器1连接。所述强电感知器，用于感知监测单个电能表用户的停上电状态信息，这里交流强电主要指220V交流电，通过IO口与所述控制器1连接。所述交流强电过压保护器31主要用于做过压保护，抑制瞬态过压保护后继器件，优选采用压敏电阻RV1，用于做过压保护，防止雷击浪涌之类的过压冲击损坏检测电路，压敏电阻RV1可采用EPSON的S14K680E2，其主要规格参数为：最大连续工作直流电压和最大连续交流电压AC：420Vrms、DC：560V，压敏电压680V，浪涌电流5000A，最大限制钳位电压1100V；所述交流强电限流器主要用于提供一个合适的驱动电流驱动隔离器件，采用3个1206封装的100K电阻(电阻R3、电阻R4、电阻R5)；所述光耦反向保护器33为保护光耦避免反向击穿，采用整流二极管D1，可选用扬州扬杰电子科技股份有限公司的1N4007整流二极管，反向耐压为1000V，其规格为：D0-41 Vrrm:1000VVrms:700V If:1A-65℃～175℃；所述交强隔离器34主要用于将交流220V强电与弱电系统隔离，避免用户触电，采用隔离光耦D2，可采用光宝型号为LTV-816S的隔离光耦，交流强电信号经过隔离光耦后，光耦的3脚与控制器1(处理器芯片U1)的P11管脚连接。

作为优选方案，本实施例中，还包括定位装置4，所述定位装置4包括GPS装置和北斗装置，用于时钟精准对时以及经纬度等地理位置信息定位，北斗&GPS双模模块采用SIMCOM公司的SIM68VB北斗&GPS导航模块，R5F51138微控器通过UART串口与SIM68VB北斗&GPS导航模块连接通信，SIM68VB北斗&GPS导航模块还与天线连接。

作为优选方案，本实施例中，所述步骤S1具体包括：

S11、所述计量器22实时采集所述三相电压采样器23检测的三相电压数据、所述三相电流采样器24检测的三相电流数据和所述剩余电流采样器25检测的剩余电流数据实时将检测数据发送到中，计量管理器21以预定频率读取计量器22中的实时检测数据，并存储在所述第二存储器中；

S12、所述计量管理器21根据所述三相电压数据、所述三相电流数据得到配电区的有功功率数据，进而得到电能量数据，并将所述有功功率数据和所述电能量数据存储在所述第二存储器中；

S13、所述控制器1间隔第一预定时间从所述计量管理器21中获取所述三相电压数据、三相电流数据、所述有功功率数据和所述电能量数据等数据，结合所述控制器1从所有连接的所述电能表中获取各个电能表的运行数据，生成台区末端线路运行数据；

S14、所述控制器1将所述线路运行数据存储到所述第一存储器7中，并根据上行设备的召测命令上传数据。

其中，所述电压合格率统计数据主要用来统计末端线路运行电压情况，分为日冻结数据和月冻结数据，日冻结数据存储4天，月冻结数据存储4个月。所述5分钟曲线数据主要包括ABC三相电压、ABC三相电流、剩余电流、ABC三相和合相有功功率、ABC三相和合相功率因数、ABC三相和合相电能量，存储时间为连续存储3天。所述小时整点冻结数据为每天时钟跨时时存储，主要存储正反向有功总电能数据，存储时间为连续存储24小时。所述日冻结数据为每天跨日时存储，主要存储正反向有功总电能数据，日冻结数据为连续存储12天。

作为优选方案，本实施例中，所述步骤S2中，所述线损越限及恢复事件检测具体包括：

S21、当前小时线损计算：将所述感知终端上所述配电线路小时整点冻结数据中正向有功总电能量数据减去所有下接电能表的所述电表小时整点冻结数据中正向有功总电能数据之和，得到本线路当前小时正向有功总电能量线损数据；

S22、上1小时内线损增量数据计算：将当前小时累积线损减去上1小时累积线损，得到本线路上1小时内正向有功总电能量线损增量数据；

S23、上1一小时线路正向有功总电能量增量计算：将所述感知终端的所述当前小时整点冻结当前正向有功总电能量数据减去所述感知终端的所述上1小时整点冻结当前正向有功总电能量，得到本线路上1小时线路正向有功总电能量增量数据；

S24、计算终端线损率：终端线损率计算公式为：

其中，R为上1小时线损率；△S为上1小时线路正向有功总电能量增量；S_n为所述感知终端的所述当前小时整点冻结当前正向有功总电能量数据；S_n-1为所述感知终端的所述上1小时整点冻结当前正向有功总电能量；△E为上1小时内正向有功总电能量线损增量；E_n为当前小时正向有功总电能量线损；E_n-1为上1小时正向有功总电能量线损；

S25、线损越限事件判断：所述控制器判定当前线路线损率是否大于线损告警阈值，若是，则确定线损越限事件发生，记录并立即将事件上报至上行设备，并执行步骤S26；若否，则执行步骤S27；所述线损告警阈值的设定本发明不做具体限定，使用本领域常用的阈值即可，也可以根据不同的线路类型进行灵活设定；

S26、线损恢复事件判断：所述控制器实时判定当前线路线损率是否低于线损恢复阈值，若是，则确定线损恢复事件发生，记录并将异常恢复上报至上行设备，执行步骤S27；若否，执行步骤S27；所述线损恢复阈值的设定发明不做具体限定，可以根据现场情况做具体设定；

S27、线损整点冻结：所述感知终端在每个时间整点执行步骤S21-步骤S25，得到并生成本线路24小时的小时线损整点冻结数据。

剩余电流，是指低压配电线路中各相(含中性线)电流矢量和不为零的电流。通俗讲当用电侧发生了事故，电流从带电体通过人体流到大地，使主电路进出线中的电流相相和中性线的大小不相等，此时电流的瞬时矢量合成有效值称为剩余电流，俗称漏电。

步骤S2中对于所述剩余电流越限及恢复事件的检测操作具体包括：

S201、所述剩余电流采样器实时检测台区末端线路中的检测剩余电流，并将所述检测剩余电流实时发送到所述计量器，所述计量器将所述检测剩余电流发送到所述计量管理器中；

S202、所述计量管理器判定所述检测剩余电流是否大于越限定值，且持续时间大于第一恢复时间，若是，则判断持续存在剩余电流越限事件，执行步骤S203；若否，则执行步骤S201；

S203、将所述剩余电流越限事件保存在所述第二存储器中，并将所述剩余电流越限事件发送到所述控制器中，所述控制器将所述剩余电路越限事件发送到服务器中，并执行步骤S204；

S204、所述计量管理器判定所述检测剩余电流是否小于或等于返回电流，且持续时间大于设定的第二恢复时间，若是，则判定越限事件已经消失，台区线路恢复正常，执行步骤S205；若否，则执行步骤S203；

S205、将所述线路恢复正常信息发送到所述控制器中，所述控制器将所述线路恢复正常信息发送到服务器中，执行步骤S201。

当剩余电流互感器251检测到线路中的剩余电流值大于越限定值，且持续时间大于设定的第一恢复时间，则判定线路中存在越限事件。其中，所述越限定值优选为额定电流的50％，所述额定电流以具体现场实施确定，一般为100A、200A、400A；所述第一恢复时间为1min。

在越限事件发生状态下，所述剩余电流互感器251检测到线路中的剩余电流小于或等于返回电流，且持续时间大于设定的第二恢复时间，则判定越限事件已经恢复正常。所述返回电流优选为额定电流的30％；所述第二恢复时间优选为1min。

综上所述，本发明提供的，具有以下优点：

(1)本发明采用定制的非晶或坡莫合金材质外置开合式电流互感器，精度等级高，可满足电流采样0.5级精度等级，性能优异，工作温度范围宽，环境工作温度可在-40℃～85°，抗干扰能力强。

(2)本发明上行通信支持多种通信方式，可支持RS485通信和外置通信模块，外置通信模块为可插拔设计，其强弱电接口定义满足《QGDW 1375.3-2013电力用户用电信息采集系统型式规范第3部分：采集器型式规范》中A7.3章节通信模块弱电接口管脚定义以及A7.4章节通信模块载波耦合接口定义，由于采用国家电网用采系统I型采集器标准接口，支持热插拔和互换性，因此可满足不同厂家、相同功能模块的可互换要求，外置通信模块可以通过更换不同的通信模块，支持窄带、微功率无线、HPLC高速载波和HPLC无线双模等通信方式。

(3)本发明具备一路外接交流220V强电感知接口，可以用于监测单用户电能表表后空开状态，精准监测用户停上电状态。

(4)本发明终端采用了北斗&GPS双模模块，可实现设备地理位置信息的高可靠和高精度定位。

(5)本发明终端接口丰富扩展性能强，可快速实现以低成本方式实现功能改造和业务调整。

(6)本发明通过采用多功能高精度三相电能专用计量芯片来实现剩余电流监测，具备剩余电流监测和越限事件上报功能。

(7)不本发明可实现末端电网5分钟线路运行状态数据和15分钟电能表负荷数据的高频度采集，无法结合终端表箱计量数据与电能表计量数据进行表箱线损分析计算，实现表箱线损本地感知和窃电分析决策并上传上级终端和主站。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种配电线路末端感知终端，其特征在于，包括：控制器、定位装置、上行通信器、下行通信器、交流强电感知器、交采计量器和第一存储器；所述定位装置、所述上行通信器、所述下行通信器、所述交流强电感知器、所述交采计量器分别与所述控制器连接；所述感知终端通过所述上行通信器与上行设备进行通信连接，通过所述下行通信器与多个电能表连接；所述存储器与所述控制器连接；

所述交采计量器包括：计量管理器、计量器、三相电压采样器、三相电流采样器、剩余电流采样器、第二存储器；所述三相电压采样器、所述三相电流采样器、所述剩余电流采样器分别与所述计量器连接；所述计量器、所述存储器分别与所述计量管理器连接；所述计量管理器与所述控制器连接。

2.根据权利要求1所述的配电线路末端感知终端，其特征在于，所述三相电压采样器包括A相电压采样单元、B相电压采样单元、C相电压采样单元；所述A相电压采样单元、所述B相电压采样单元、所述C相电压采样单元均采用相同的电压采集单元，分别采集三相线路中的电压数据；

所述电压采样单元包括依次连接的电压接线端子、过压保护电路、限流分压器、电压互感器、电压电阻采样电路和电压滤波电路；所述电压滤波电路与所述计量器连接。

3.根据权利要求1所述的配电线路末端感知终端，其特征在于，所述三相电流采样器包括A相电流采样单元、B相电流采样单元、C相电流采样单元；所述A相电流采样单元、所述B相电流采样单元、所述C相电流采样单元均采用相同的电流采样单元，分别采集三相线路中的电流数据；

所述电流采样单元包括依次连接的外置电流互感器、电流接线端子、电流电阻采样电路、电流滤波电路；所述电流滤波电路与所述计量器连接。

4.根据权利要求1所述的配电线路末端感知终端，其特征在于，所述剩余电流采样器包括依次连接的剩余电流互感器、剩余电流接线端子、剩余电流电阻采样电路、剩余电流滤波电路；所述剩余电流滤波电路与所述计量器连接。

5.根据权利要求1所述的配电线路末端感知终端，其特征在于，所述交强电感知器包括依次连接的交流强电过压保护器、交流强电限流器、光耦反向保护器和交强隔离器；所述交强隔离器与所述控制器连接。

6.一种使用权利要求1-5任一所述的配电线路末端感知终端的配电线路状态监测方法，其特征在于，包括步骤：

S1、所述感知终端接收所述交流强电感知器和所述交采计量器采集终端线路中的检测数据，以及采集下接的多个电能表数据，生成线路运行数据，存储在所述第一存储器中，并等待上位设备抄读；

S2、所述感知终端通过对所述线路运行数据进行分析处理，判断台区线路是否存在异常事件，当异常发生时，所述感知终端主动将异常上报至上级设备。

7.根据权利要求6所述的配电线路状态监测方法，其特征在于，所述线路运行数据包括配电线路实时交采数据、线路电压合格统计数据、配电线路5分钟精度曲线数据、所有连接的所述电能表15分钟精度曲线数据、配电线路小时整点冻结数据和配电线路日冻结数据、配电线路线损整点冻结数据；所述电能表数据包括电表小时整点冻结数据、电表日冻结数据；

所述线路运行异常事件包括线损越限及恢复事件、配电线路停电及恢复事件、电压越限及恢复事件、电压失压及恢复事件、电流失流及恢复事件、三相电流不平衡及不平衡恢复事件、剩余电流越限及恢复事件、线路阻抗越限及恢复事件。

8.根据权利要求7所述的配电线路状态监测方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：

S11、所述计量器实时采集所述三相电压采样器检测的三相电压数据、所述三相电流采样器检测的三相电流数据和所述剩余电流采样器检测的剩余电流数据，并以预定频率更新到所述计量管理器中；

S12、所述计量管理器根据所述三相电压数据、所述三相电流数据得到配电区的有功功率数据，进而得到电能量数据，并将所述有功功率数据和所述电能量数据存储在所述第二存储器中；

S13、所述控制器间隔第一预定时间从所述计量管理器中获取所述三相电压数据、三相电流数据、所述有功功率数据和所述电能量数据，结合所述控制器从所有连接的所述电能表中获取的各个电能表的运行数据，生成本线路运行数据；

S14、所述控制器将所述线路运行数据存储到所述第一存储器中，并等待上行设备抄读。

9.根据权利要求8所述的配电线路状态监测方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述线损越限及恢复事件检测具体包括：

S21、当前小时线损计算：将所述感知终端上所述配电线路小时整点冻结数据中正向有功总电能量数据减去所有下接电能表的所述电表小时整点冻结数据中正向有功总电能数据之和，得到本线路当前小时正向有功总电能量线损数据；

S22、上1小时内线损增量数据计算：将当前小时正向有功总电能量线损减去上1小时正向有功总电能量线损，得到本线路上1小时内正向有功总电能量线损增量数据；

S23、上1一小时线路正向有功总电能量增量计算：将所述感知终端的所述配电线路小时整点冻结数据中的当前小时正向有功总电能量数据减去所述感知终端的上1小时整点冻结当前正向有功总电能量，得到本线路上1小时线路正向有功总电能量增量数据；

S24、计算终端线损率：终端线损率计算公式为：

其中，R为上1小时线损率；△S为上1小时线路正向有功总电能量增量；S_n为所述感知终端的所述当前小时正向有功总电能量数据；S_n-1为所述感知终端的所述上1小时整点冻结当前正向有功总电能量；△E为上1小时内正向有功总电能量线损增量；E_n为当前小时正向有功总电能量线损；E_n-1为上1小时正向有功总电能量线损；

S25、线损越限事件判断：所述控制器判定当前线路线损率是否大于线损告警阈值，若是，则确定线损越限事件发生，记录并立即将事件上报至上行设备，并执行步骤S26；若否，则执行步骤S27；

S26、线损恢复事件判断：所述控制器实时判定当前线路线损率是否低于线损恢复阈值，若是，则确定线损恢复事件发生，记录并将异常恢复上报至上行设备，执行步骤S27；若否，执行步骤S27；

S27、线损整点冻结：所述感知终端在每个时间整点执行步骤S21-步骤S25，得到并生成本线路24小时的小时线损整点冻结数据。

10.根据权利要求7所述的配电线路状态监测方法，其特征在于，步骤S2中对于所述剩余电流越限及恢复事件的检测操作具体包括：

S201、所述剩余电流采样器实时检测台区末端线路中的检测剩余电流，并将所述检测剩余电流实时发送到所述计量器，所述计量器将所述检测剩余电流发送到所述计量管理器中；

S202、所述计量管理器判定所述检测剩余电流是否大于越限定值，且持续时间大于第一恢复时间，若是，则判断持续存在剩余电流越限事件，执行步骤S203；若否，则执行步骤S201；

S203、将所述剩余电流越限事件保存在所述第二存储器中，并将所述剩余电流越限事件发送到所述控制器中，所述控制器将所述剩余电路越限事件发送到服务器中，并执行步骤S204；

S204、所述计量管理器判定所述检测剩余电流是否小于或等于返回电流，且持续时间大于设定的第二恢复时间，若是，则判定越限事件已经消失，台区线路恢复正常，执行步骤S205；若否，则执行步骤S203；

S205、将所述线路恢复正常信息发送到所述控制器中，所述控制器将所述线路恢复正常信息发送到服务器中，执行步骤S201。

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