CN112327053A - 一种配电线路接触阻抗在线监测系统 - Google Patents

一种配电线路接触阻抗在线监测系统 Download PDF

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CN112327053A CN201910655183.3A CN201910655183A CN112327053A CN 112327053 A CN112327053 A CN 112327053A CN 201910655183 A CN201910655183 A CN 201910655183A CN 112327053 A CN112327053 A CN 112327053A
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Abstract

本发明公开了一种配电线路接触阻抗在线监测系统。该系统包括：多个测量模块以及云端计算模块。每个测量模块通过GPS授时单元获取一份GPS时钟用于调整本地时钟用于同步。所有测量模块的本地时钟和GPS时钟保持同步后预约在某一时刻T1开始，按照一定时间间隔设置采样时段以高倍率过采样的方式进行持续性同步测量以获取同一采样时段内所有测量点上的测量数据后上传到云端计算模块。云端计算模块根据在该采样时段内获取的测量数据以及欧姆定律计算待测配电线路的接触阻抗。本发明提供的系统结合同步测量技术解决了配电线路两端的物理距离远，难以在同一时刻获取其两端的电压、流过该配电线路的电流的技术问题，实现了配电线路在线电阻接触阻抗的监测。

Description

一种配电线路接触阻抗在线监测系统
技术领域
本发明提供一种配电线路接触阻抗在线监测系统，涉及电力线路在线监测以 及供电安全领域。具体涉及一种配电线路接触电阻的准确测量方案。
背景技术
供电安全是大家都十分关注的问题。配电线路的阻抗包括电阻，感抗和容抗。 其中，感抗和容抗是导致配电线路无功产生的根源。配电线路的接触电阻则集中 表现为线路阻抗。它是一个十分重要的指标，常常集中在配电线路的接头和开关 柜中，表现为可能的松动，发热等现象。因为这些问题可能导致线路的接触电阻 增大，从而引起线路进一步发热，从而迅速恶化以至于会发生配电线路打火，烧 毁的现象。
传统监测配电线路接触电阻的手段是安装好后用专门一起监测，或者在运行 过程中用红外测温枪监测接头温升情况，或者停机定时检修，检查接头的高温炙 烤痕迹。目前的方法都存在着手段复杂，监测是在故障恶化阶段发生的、不能在 配电线路接触电阻发生增大的初期就提供预警，不够及时准确。为了计算待测配 电线路的接触阻抗需要精准地测量同一时刻配电线路两端的矢量电压和流经该 配电线路的矢量电流。而在实际的测量系统中，待测配电线路的两个测量点的物 理距离一般很远，要想得到同一时刻的矢量数据存在一定的困难。
发明内容
本发明提供一种配电线路接触阻抗的在线监控系统，在配电线路上装上在线 监测部件，实时监测每一段配电线路的阻抗，漏电情况，及时提供线路的维修指 导。通过本发明提供的系统，在接触电阻发生增大的初期就提供预警，以大幅度 提高安全性，同时本发明也提供了感抗和容抗的在线监测。
本发明提供一种配电线路接触阻抗在线监测系统，该系统由多个测量模块和 云端计算模块组成。所述测量模块包括GPS授时单元、微处理器、电压传感器、 电流传感器、模数转换器(ADC)和IOT数据通道。每个测量模块通过GPS授时 单元获取一份GPS时钟脉冲，以调整本地时钟达到与所述GPS时钟同步。在所有 测量模块的本地时钟和GPS时钟保持同步后，约定在某一时刻T1开始，按照一 定时间间隔设置采样时段以高倍过采样的方式进行持续性同步测量以获取该采 样时段内同一时刻所有测量点上的测量电压和测量电流数据后上传到云端计算 模块进行处理。云端计算模块根据接收到的对应于该配电线路的测量数据以及欧 姆定律计算出所述配电线路的接触阻抗。其中、所述采样时段至少长于待测信号的一个周期，所述高倍过采样具体是指采样频率优选为高于待测电压/电流信号 频率的100倍，相邻两次同步测量之间的时间间隔设为t0。
具体地，所述测量模块将测量数据上传到云端计算模块之前，对在同一个采 样时段内所获取的每一个同步测量数据，按照测量先后顺序附加测量序号，并且 附加上测量模块的标识后将该采样时段内的所有测量数据一起上传到云端计算 模块；其中、所述测量模块的标识是唯一的，用于区分具体的测量模块。云端计 算模块对接收到的处于同一个采样时段内的测量数据进行存储，并依据测量模块 在安装时记录的具体分布情况以及测量数据的测量模块标识识别出测量属于同 一配电线路的测量数据。云端计算模块通过检测处于同一个采样时段内关于该配 电线路的测量数据中的过零点得到待测信号的周期TC，根据该配电线路的某一同 步测量时刻获得的测量数据的测量序号、该同步测量时刻所处的待测信号周期内 第一个过零采样点的测量序号以及测量模块相邻同步测量之间的时间间隔t0计 算出该某一同步测量时刻获得的测量数据相对于所述第一个过零采样点的延时ΔT，进而计算出该测量数据的相位信息。
进一步地，本发明的提供系统利用供电系统工作时流过配电线路的电流I作 为测量电流，云端计算模块计算在相应采样时段内流过该配电线路的电流I的幅 值最大的时刻对应于该配电线路的两端的矢量电压
Figure BDA0002136658640000031
以及流过该配电线 路的矢量电流
Figure BDA0002136658640000032
作为有效测量数据，根据所述有效测量数据和欧姆定律计算该 配电线路的接触阻抗。
优选地，所述GPS时钟为卫星定位系统提供的1PPS的时间脉冲，所述测量单 元的本地时钟由铷钟或者恒温补偿晶振提供的10Mhz脉冲信号产生。所述测量模 块基于锁相环原理调整铷钟或者晶振输出的时钟脉冲的频率和相位达到本地时 钟达到与所述GPS时钟精确同步。
附图说明
图1为本发明提供的配电线路接触阻抗在线监测系统的示意图；
图2为本发明的配电线路接触阻抗在线监测系统中测量模块的结构示意图；
图3为计算待测配电线路接触阻抗的原理示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案以及有益效果更加清楚明白， 以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。应该理解，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。
图1为本发明所提供的配电线路接触阻抗在线监测系统的示意图。如图1所 示，如图1所示的配电线路接触阻抗在线监测系统包括：布置在待测配电线路两 端的测量节点上A、B1、B2、B3、B4上的测量模块以及与所述多个测量模块进行 通信连接的云端计算模块。
其中、如图2所示、每个测量模块包括GPS授时单元、微处理器、电压传感 器、电流传感器、模数转换器(ADC)和物联网(IOT)数据通道。其中、GPS授 时单元用于从卫星定位系统获取一份高精度的GPS时钟脉冲，所获取的时钟脉冲 可以是1PPS的脉冲信号。根据所述GPS时钟脉冲信号采用锁相环技术调整所述 测量单元的本地时钟以达到本地时钟和GPS时钟精确同步，所述测量模块的本地 时钟由铷钟或者晶振提供的10Mhz脉冲信号产生。所述电压传感器和电流传感器 分别测量流经配电线路上相应测量点上的电压和电流，并分别经由模数转换器 (ADC)转换成数字信号给微处理器进行处理。物联网(IOT)数据通道在微处理 器的控制下，将经过微处理器处理后的测量数据上传到云端计算模块。
云端计算模块根据接收到的测量数据计算某一时刻待测配电线路两端矢量电 压
Figure BDA0002136658640000041
以及矢量电流
Figure BDA0002136658640000042
然后根据欧姆定理的公式计算出该配电线路的接触阻 抗。具体的阻抗计算原理如图3所示，图3中ZS为待测配电线路的接触阻抗，ZL为待测配电线路后端所带的负载，其中ZS的计算公式为：
Figure RE-GDA0002356715910000013
其中、ZS为待测配电线路的接触阻抗。
其中、实现本地时钟和GPS时钟同步的具体方法为：将所述铷钟或者晶振输 出10Mhz脉冲信号经过微处理器控制的分频器进行分频后与GPS时钟脉冲同时送 入鉴相器；微处理器依据所述鉴相器的输出电压来调整铷钟或者晶振输出的时钟 脉冲的频率和相位，进而实现本地时钟达到与所述GPS时钟精确同步。每个测量 模块实现本地时钟和所述GPS时钟同步锁定后，向云端计算模块发送锁定成功的 确认信号。
在所有测量模块的本地时钟和GPS时钟保持同步后，由云端计算模块发送指 令约定所有测量模块在某一时刻T1开始，按照一定时间间隔设置采样时段以高 倍过采样的方式进行持续性同步测量以获取该采样时段内同一时刻所有测量点 上的测量电压和测量电流数据。其中、所述采样时段长于待测信号的一个周期， 测量模块相邻两次同步测量的时间间隔为t0。所获取的测量电压和测量电流数据 中包括在该采样时段内经过同步测量得到每一条待测配电线路两端的电压U1、 U2以及流过该配电线路的电流I的测量数据。
其中、所述测量模块将测量数据上传到云端计算模块之前，所述测量模块对 在同一个采样时段内所获取的每一个同步测量数据，按照测量先后顺序附加测量 序号，并且附加上测量模块的标识后将该采样时段内的所有测量数据一起上传到 云端计算模块。其中、所述测量模块的标识是唯一的，用于区分具体的测量模块。
云端计算模块对接收到的所述同一个采样时段内的测量数据进行存储，并依 据测量模块在安装时记录的具体分布情况以及所述测量模块标识，识别出属于同 一配电线路的在该采样时段内的测量数据。
云端计算模块通过检测处于同一个采样时段内关于待测配电线路的测量数据 中的过零点得到待测信号的周期TC；根据该待测配电线路的某一同步测量时刻获 得的测量数据的测量序号Nt、该同步测量时刻所处的待测信号周期内第一个过零 采样点的测量序号N0、测量模块相邻同步测量之间的时间间隔t0计算出所述某一 同步测量时刻的测量数据相对于所述第一个过零采样点的延时△T，进而计算出 该测量数据的相位信息；根据该某一同步测量时刻的测量数据的幅值和所述计算 得到相位信息得出对应的矢量测量数据。所述相位信息的计算方法为：
Figure RE-GDA0002356715910000021
△T＝(Nt-N0)·t0 (3)
其中、Pt为某一同步测量时刻的测量数据的相位，Nt为该测量数据的测量序 号，N0为该同步测量时刻所处的待测信号周期内第一个过零采样点的测量序号。 为了使第一过零采样点足够接近待测信号的零点，使获取的采样数据足够密集以 保证计算出的测量数据的相位信息足够准确，所述高倍过采样具体是指采样频率 优选为高于待测电压/电流信号频率的100倍。
进一步地，由于在实际系统中配电线路的接触阻抗一般很小、为毫欧姆量级， 往往导致配电线路两端的电压差值|U2|-|U1|很小，测量结果很容易被淹没在噪声 里。为了放大这个结果，可以采取的方案主要是增大电流I和提高测量精度U。 相比之下，提高测量精度U在电网这个高噪声条件下，效果是有限的。因此，在 本发明的方案中云端计算模块计算在相应采样时段内流过待测配电线路的电流 I的幅值最大的时刻对应于该待测配电线路的两端的矢量电压
Figure RE-GDA0002356715910000031
以及流 过该配电线路的矢量电流
Figure RE-GDA0002356715910000032
作为有效测量数据，结合所述有效测量数据和欧姆 定律计算出所述待测配电线路的接触阻抗。此时，公式1将变换为：
Figure RE-GDA0002356715910000033
进一步地，为了防止配电线路电流过大，引起线路过热、以至于发生配电线 路打火、烧毁的现象，本发明所提供配电线路接触阻抗在线监测系统，还可以设 置成在云端计算模块计算出待测配电线路的有效测量数据之前，云端计算模块判 断在相应采样时段内，流过待测配电线路的电流I的幅值是否存在大于为该配电 线路预设的阈值I0，如果是、则进行过流预警，并计算在该采样时段内流过该配 电线路的电流I的幅值最大的时刻相应的该待测配电线路两端的矢量电压
Figure RE-GDA0002356715910000034
Figure RE-GDA0002356715910000035
以及流过该待测配电线路的矢量电流
Figure RE-GDA0002356715910000036
作为有效测量数据，根据欧姆公式(4)测量出该待测配电线路的接触阻抗；否则、忽略该采样时段内的测量数据。
本发明提供的系统结合GPS授时技术，实现对广域电网中多个点的电信号的 同步测量。在配电线路上装上测量模块，可以无需电网断电的情况下，借助电网 的工作电流，实现电网支路中接触阻抗的测量。工作电流越大，测量的精度也越 高。从而实现广域电网的阻抗测量，对接触阻抗的变化提出早期预警，大幅度提 高供电的安全性。

Claims (7)

1.一种配电线路接触阻抗在线监测系统，该系统包括：多个测量模块和云端计算模块；其特征在于：所述测量模块包括GPS授时单元、微处理器、电压传感器、电流传感器、模数转换器(ADC)和IOT数据通道；每个测量模块通过GPS授时单元获取一份GPS时钟脉冲，以调整本地时钟达到与所述GPS时钟同步；在所有测量模块的本地时钟和GPS时钟保持同步后，约定在某一时刻T1开始，按照一定时间间隔设置采样时段以高倍过采样的方式进行持续性同步测量以获取该采样时段内同一时刻对应的测量点上的测量电压和测量电流数据后，上传到云端计算模块进行处理；云端计算模块根据接收到的对应于该配电线路的测量数据计算出所述配电线路的接触阻抗；其中、所述采样时段至少长于待测信号的一个周期，相邻两次同步测量之间的时间间隔设为t0。
2.如权利要求1所述的配电线路接触阻抗在线监测系统，其中、所述GPS时钟为卫星定位系统提供的1PPS的时间脉冲，所述测量单元的本地时钟由铷钟或者晶振提供的10Mhz脉冲信号产生；所述测量模块基于锁相环原理调整本地时钟达到与所述GPS时钟同步，具体为：将所述铷钟或者晶振输出10Mhz脉冲信号经过微处理器控制的分频器进行分频后与GPS时钟脉冲同时送入锁相环中的鉴相器；微处理器依据所述鉴相器输出的电压来调整铷钟或者晶振输出的时钟脉冲的频率和相位。
3.如权利要求1所述的配电线路接触阻抗在线监测系统，其中、所述高倍过采样具体是指采样频率高于待测电压/电流信号频率的100倍。
4.如权利要求1-3中任一项所述的配电线路接触阻抗在线监测系统，其中、所述测量模块对在同一个采样时段内所获取的每一个同步测量数据，按照测量先后顺序附加测量序号，并且附加上测量模块的标识后将该采样时段内的所有测量数据一起上传到云端计算模块；云端计算模块对接收到的所述同一个采样时段内的测量数据进行存储，并依据测量模块在安装时记录的具体分布情况以及测量数据的测量模块标识，识别出测量属于同一配电线路的在该采样时段内的测量数据。
5.如权利要求4所述的配电线路接触阻抗在线监测系统，其中、云端计算模块通过检测处于同一个采样时段内关于待测配电线路的测量数据中的过零点得到待测信号的周期TC；根据该待测配电线路的某一同步测量时刻获得的测量数据的测量序号Nt、该同步测量时刻所处的待测信号周期内第一个过零采样点的测量序号N0、测量模块相邻同步测量之间的时间间隔t0计算出所述某一同步测量时刻的测量数据相对于所述第一个过零采样点的延时ΔT，进而计算出该测量数据的相位信息；根据该某一同步测量时刻的测量数据的幅值和所述计算得到相位信息得出对应的矢量测量数据。
6.如权利要求5所述的配电线路接触阻抗在线监测系统，其中、云端计算模块计算在同一采样时段内流过该待测配电线路电流I幅值最大的时刻对应于该待测配电线路两端的矢量电压
Figure FDA0002136658630000021
以及流过该待测配电线路的矢量电流
Figure FDA0002136658630000022
作为有效测量数据，根据所述有效测量数据和欧姆定律计算该待测配电线路的接触阻抗。
7.如权利要求6所述的配电线路接触阻抗在线监测系统，其中，云端计算模块在计算待测配电线路的有效测量数据之前，先判断在相应采样时段内，流过待测配电线路的电流I的幅值是否存在大于为该配电线路预设的阈值I0，如果存在、则进行过流预警，并计算出在该采样时段内流过该配电线路的电流I的幅值最大的时刻对应于该待测配电线路的两端的矢量电压
Figure FDA0002136658630000023
以及流过该配电线路的矢量电流
Figure FDA0002136658630000031
作为有效测量数据，根据欧姆公式测量出配电线路的接触阻抗；否则、忽略该采样时段内的测量数据。
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