CN112994248A - 一种配电网母线故障预警装置及方法 - Google Patents

一种配电网母线故障预警装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种配电网母线故障预警装置及方法，包括多个现场检测设备与服务器。现场检测设备包括电压互感器、电流互感器、处理器、环境检测设备与通讯设备，电压互感器、电流互感器、环境检测设备分别与处理器电连接。服务器获取各节点的环境数据、节点功率和位置数据，将各节点的环境数据、节点功率分别与预测值进行比对，得出比对结果，若该比对结果超过设定阈值，则发出故障预警信号。此外，还提供了一种配电网母线故障预警方法。上述配电网母线故障预警装置及方法，可以在配电网母线发生故障前对故障进行预测，并及时发出预警信号，使电力工作人员提前进入现场进行检查维护，避免了故障情况的进一步恶化，保障了电网系统的正常工作。

Description

一种配电网母线故障预警装置及方法
技术领域
本发明属于配电网故障监测技术领域，特别涉及一种配电网母线故障预警装置及方法。
背景技术
配电网是指从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网。是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成的，在电力网中起重要分配电能作用的网络。随着我国电网技术的快速发展以及社会发展的需要，我国配电网的覆盖范围不断扩大，基本辐射国内各个地区，包括地形复杂地区以及偏远山区。配电网的故障检测排除，保障配电网系统的正常工作是电网维护工作的重点。
母线是电能集中和分配的重要设备，是电力系统的重要组成原件之一。母线发生故障，将使接于母线的所有元件被迫切除，造成大面积用户停电，电气设备遭到严重破坏，甚至使电力系统稳定运行破坏，导致电力系统瓦解，后果是十分严重的。造成母线故障的原因有：母线绝缘子和断路器套管的闪络；装于母线上的电压互感器和装在母线和断路器之间的电流互感器的故障；母线隔离开关和断路器的支持绝缘子损坏；运行人员的误操作等。
目前，排除故障的方法是在故障发生后，靠电力工作人员进行现场的排查抢修，排查抢修时间长，影响配电网的正常工作。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种配电网母线故障预警装置，包括多个现场检测设备与服务器，所述现场检测设备包括电压互感器、电流互感器、处理器、环境检测设备与通讯设备，所述电压互感器、电流互感器、环境检测设备分别与所述处理器电连接，所述处理器通过所述通讯设备与所述服务器通讯连接；
所述电压互感器与电流互感器分别用于检测配电网母线节点的节点电压与节点电流，并将节点电压数据与节点电流数据发送给处理器；
所述环境检测设备用于检测节点的环境数据,并将所述环境数据发送给处理器；
所述处理器用于存储节点的位置数据，获取并根据节点的节点电压与节点电流计算节点功率，并将节点的环境数据、节点功率与位置数据通过通讯设备发送至服务器；
所述服务器用于获取各节点的环境数据、节点功率和位置数据，将各节点的环境数据、节点功率分别与预测值进行比对，得出比对结果，若所述比对结果超过设定阈值，则发出故障预警信号。
进一步的，所述服务器包括学习模块，所述学习模块用于获取配电网母线处于正常工作状态时各节点的环境数据与功率，并建立检测节点的节点功率对对比节点的节点功率与环境数据的预测函数，并存储于数据库中。
进一步的，所述服务器包括监测模块，所述监测模块用于获取各节点的实时环境数据与实时节点功率，根据预测函数获得节点功率的预测值，并计算实时节点功率与节点功率的预测值的差值。
进一步的，所述服务器还包括判断模块，所述判断模块用于判断实时节点功率与节点功率的预测值的差值是否超过设定阈值；若是，则发出故障预警信号。
进一步的，所述配电网母线故障预警装置还包括移动终端，所述移动终端用于接收服务器发出的故障预警信号与位置数据。
进一步的，所述现场检测设备还包括定位器，所述定位器用于定位配电网母线的各节点的位置并将对应的位置数据发送给处理器。
进一步的，所述配电网母线故障预警装置还包括控制中心，所述控制中心用于获取服务器发出的故障预警信号，并备份服务器中的数据库。
此外，还提供了一种配电网母线故障预警方法，包括以下步骤：
在配电网母线上建立多个节点，分别检测各节点的节点功率与环境数据；
服务器获取各节点的环境数据、节点功率和位置数据，将各节点的环境数据、节点功率分别与预测值进行比对，得出比对结果；
判断所述比对结果是否超过设定阈值，若是，则发出故障预警信号，若否，则返回上一步骤。
进一步的，所述服务器获取各节点的环境数据与功率，与预测值进行比对得出比对结果的步骤包括以下步骤：
服务器获取配电网母线处于正常工作状态时各节点的环境数据与功率，并建立检测节点的节点功率对对比节点的节点功率与环境数据的预测函数，并存储于数据库中；
获取各节点的实时环境数据与实时节点功率，根据预测函数获得节点功率的预测值，并计算实时节点功率与节点功率的预测值的差值。
进一步的，所述判断所述比对结果是否超过设定阈值的步骤包括以下步骤：
判断实时节点功率与节点功率的预测值的差值是否超过设定阈值。
本发明的优点：上述配电网母线故障预警装置及方法，可以在配电网母线发生故障前对故障进行预测，并及时发出预警信号，使电力工作人员提前进入现场进行检查维护，避免了故障情况的进一步恶化，保障了电网系统的正常工作。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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示出了根据本发明实施例的配电网母线故障预警装置的电性连接图；
图2示出了根据本发明实施例的现场检测设备的模块图；
图3示出了根据本发明实施例的环境检测设备的模块图；
图4示出了根据本发明实施例的配电网母线故障预警方法的流程图。
图中：100现场检测设备；200、服务器；110、电压互感器；120、电流互感器；130、处理器；140、环境检测设备；150、通讯设备；141、温度传感器；142、湿度传感器；143、风力传感器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2与图3所示，在一个实施例中，一种配电网母线故障预警装置，包括多个现场检测设备100与服务器200。现场检测设备100包括电压互感器110、电流互感器120、处理器130、环境检测设备140与通讯设备150。电压互感器110、电流互感器120、环境检测设备140分别与处理器130电连接。处理器130通过通讯设备150与服务器200通讯连接。为了实现配电网母线是否故障的检测，在母线上建立多个节点，每个节点上安装一个现场检测设备100，通过现场检测设备100对各节点的功率进行监测，从而判断各节点之间的母线是否有发生故障的可能。
电压互感器110与电流互感器120分别用于检测配电网母线各节点的节点电压与节点电流，并将节点电压数据与节点电流数据发送给处理器130。
环境检测设备140用于检测节点的环境数据,并将温度数据发送给处理器130。该环境数据包括温度、湿度与风力。本实施例优选温度。
处理器130中存储有节点的位置数据。处理器130用于获取并根据节点的节点电压与节点电流计算节点功率，并将节点的环境数据、节点功率与位置数据通过通讯设备150发送至服务器200。
服务器200用于获取各节点的环境数据、节点功率和位置数据，将各节点的环境数据、节点功率分别与预测值进行比对，得出比对结果，若所述比对结果超过设定阈值，则发出故障预警信号。
该配电网母线故障预警装置采用电压互感器110进行供电，具体的，电压互感器110的输入端接配电网母线，输出端为处理器130、环境检测设备140与通讯设备150供电。因该配电网母线故障预警装置是在母线发生故障停电前发出故障预警，因此不会影响电压互感器110的供电。
上述配电网母线故障预警装置，通过母线上各节点间功率变化来判断各节点之间母线的工作状态，可以在配电网母线发生故障前对故障进行预测判断，并及时发出故障预警信号，同时准确的报告位置，使电力工作人员提前进入现场进行检查维护，避免了故障情况的进一步恶化，保障了电网系统的正常工作。
在本实施例中，服务器200设置有两种工作模式：学习模式与监测模式。学习模式用于收集配电网母线正常工作状态下的数据并建立数据库，以作为监测模式下对配电网母线进行监测的参考基础。监测模式用于实时监测母线的工作状态，并在母线发生异常时及时发出预警信号。具体的：
在处于学习模式时，服务器200获取配电网母线处于正常工作状态时各节点的环境数据与功率，并建立检测节点的节点功率对对比节点的节点功率与环境数据的预测函数，并存储于数据库中。其中，对比节点指检测节点上游的节点，上游指母线电流流向的上游。该环境数据优选温度。建立的预测函数为：
Figure BDA0003009357200000051
其中，α为散热系数，表示检测节点温度在1℃时，从1cm2母线表面积每秒散出去的热量，单位为w/cm2℃；s为检测节点与对比节点之间母线的表面积，单位为cm2；T为检测节点的温度，单位为℃；T0为检测节点周围媒质温度(环境温度)，单位为℃；c为母线的比热容，单位为J/g℃；m为检测节点与对比节点之间母线的质量，单位为g；τ为切断电负荷后温度从T下降到T0所经历的时间，单位为s；e自然对数函数的底数；wi为对比节点的节点功率，单位为w。将检测节点的温度T与对比节点的节点功率wi带入该预测函数计算出节点功率的预测值。
在处于监测模式时，服务器200获取各节点的实时环境数据与实时节点功率，计算实时节点功率与节点功率的预测值的差值。环境数据优选温度。服务器200获取实时温度、检测节点的实时节点功率与对比节点的实时节点功率，并与数据库中的预测函数进行对比。实时节点功率与节点功率的预测值的差值的计算式为：
Figure BDA0003009357200000061
其中，wo1为检测节点的实时节点功率，wi1为对比节点的实时节点功率，Φ(wi1,T1)为预测函数，T1为检测节点的实时温度。
在本实施例中，服务器200还用于判断实时节点功率与节点功率的预测值的差值是否超过设定阈值；若是，则发出故障预警信号。由于在学习模式下，服务器200数据库的数据是配电网母线处于正常工作时的数据，因此设定阈值的具体值，由数据库中的数据经过处理得出。环境数据优选温度。具体方式为：将不同温度t下的对比节点的节点功率wu与检测节点的节点功率wn，并预测函数Φ(wn,t)，带入计算式：
Figure BDA0003009357200000062
其中，CW的最大值即为设定阈值。
如图3所示，在一个实施例中，环境检测设备140包括温度传感器141、湿度传感器142、风力传感器143，分别用于检测配电网母线节点的温度、湿度与风力。温度传感器141用于检测配电母线节点的温度并将温度数据发送至处理器130。湿度传感器142用于检测配电母线节点的湿度并将湿度数据发送至处理器130。服务器200通过通讯设备150获取处理器130中的湿度数据。风力传感器143用于检测配电网母线节点的风力并将风力数据发送给处理器130。服务器200通过通讯设备150获取处理器130中的风力数据。建立输出功率对输入功率与湿度或者风力的函数关系，可以进一步提高判断母线工作状态是否正常的精度。
在一个实施例中，配电网母线故障预警装置还包括移动终端。移动终端用于接收服务器200发出的故障预警信号与位置数据。
在一个实施例中，现场检测设备100还包括定位器。定位器用于定位配电网母线的节点的位置并将位置数据发送给处理器130。在定位器采用GPS定位器或者北斗定位器。
在一个实施例中，配电网母线故障预警装置还包括控制中心。控制中心用于获取服务器200发出的故障预警信号与位置数据，并备份服务器200中的数据库，还用于向移动终端发送故障预警排除指令，并获取移动终端上报的故障预警排除进程。
如图3所示，在一个实施例中，一种配电网母线故障预警方法，包括以下步骤：
步骤S310，在配电网母线上建立多个节点，分别检测各节点的节点功率与环境数据。具体的，使用环境检测设备检测温度、湿度与风力。检测每个节点的节点电压与节点电流，计算每个节点的节点功率。
步骤S320，服务器获取各节点的环境数据与功率，与预测值进行比对得出比对结果。服务器200设置有两种工作模式：学习模式与监测模式。学习模式用于收集配电网母线正常工作状态下的数据并建立数据库，以作为监测模式下对配电网母线进行监测的参考基础；监测模式用于实时监测母线的工作状态，并在母线发生异常时及时发出预警信号。具体的：
在处于学习模式时，服务器200获取配电网母线处于正常工作状态时各节点的环境数据与功率，并建立检测节点的节点功率对对比节点的节点功率与环境数据的预测函数，并存储于数据库中。其中，对比节点指检测节点上游的节点，上游指母线电流流向的上游。该环境数据优选温度。建立的预测函数为：
Figure BDA0003009357200000081
其中，α为散热系数，表示检测节点温度在1℃时，从1cm2母线表面积每秒散出去的热量，单位为w/cm2℃；s为检测节点与对比节点之间母线的表面积，单位为cm2；T为检测节点的温度，单位为℃；T0为检测节点周围媒质温度(环境温度)，单位为℃；c为母线的比热容，单位为J/g℃；m为检测节点与对比节点之间母线的质量，单位为g；τ为切断电负荷后温度从T下降到T0所经历的时间，单位为s；e自然对数函数的底数；wi为对比节点的节点功率，单位为w。将检测节点的温度T与对比节点的节点功率wi带入该预测函数计算出节点功率的预测值。
在处于监测模式时，服务器200获取各节点的实时环境数据与实时节点功率，计算实时节点功率与节点功率的预测值的差值。环境数据优选温度。服务器200获取实时温度、检测节点的实时节点功率与对比节点的实时节点功率，并与数据库中的预测函数进行对比。实时节点功率与节点功率的预测值的差值的计算式为：
Figure BDA0003009357200000082
其中，wo1为检测节点的实时节点功率，wi1为对比节点的实时节点功率，Φ(wi1,T1)为预测函数，T1为检测节点的实时温度。
步骤S330，判断所述比对结果是否超过设定阈值，若是，则发出故障预警信号。服务器200还用于判断实时节点功率与节点功率的预测值的差值是否超过设定阈值；若否，则进入步骤S320。若是，则进入步骤S340。由于在学习模式下，服务器200数据库的数据是配电网母线处于正常工作时的数据，因此设定阈值的具体值，由数据库中的数据经过处理得出。环境数据优选温度。具体方式为：将不同温度t下的对比节点的节点功率wu与检测节点的节点功率wn，并预测函数Φ(wn,t)，带入计算式：
Figure BDA0003009357200000091
其中，CW的最大值即为设定阈值。
步骤S340，发出故障预警信号。上报电力工作人员进行处置。上述配电网母线故障预警方法，在配电网母线发生故障前对故障进行预测判断，发出预警信号，报送准确的位置信息，使电力工作人员提前进入现场进行检查维护，从而保障电网系统的正常工作。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种配电网母线故障预警装置，其特征在于：包括多个现场检测设备(100)与服务器(200)，所述现场检测设备(100)包括电压互感器(110)、电流互感器(120)、处理器(130)、环境检测设备(140)与通讯设备(150)，所述电压互感器(110)、电流互感器(120)、环境检测设备(140)分别与所述处理器(130)电连接，所述处理器(130)通过所述通讯设备(150)与所述服务器(200)通讯连接；
所述电压互感器(110)与电流互感器(120)分别用于检测配电网母线节点的节点电压与节点电流，并将节点电压数据与节点电流数据发送给处理器(130)；
所述环境检测设备(140)用于检测节点的环境数据,并将所述环境数据发送给处理器(130)；
所述处理器(130)用于存储节点的位置数据，获取并根据节点的节点电压与节点电流计算节点功率，并将节点的环境数据、节点功率与位置数据通过通讯设备(150)发送至服务器(200)；
所述服务器(200)用于获取各节点的环境数据、节点功率和位置数据，将各节点的环境数据、节点功率分别与预测值进行比对，得出比对结果，若所述比对结果超过设定阈值，则发出故障预警信号。
2.根据权利要求1所述的配电网母线故障预警装置，其特征在于：所述服务器(200)包括学习模块，所述学习模块用于获取配电网母线处于正常工作状态时各节点的环境数据与功率，并建立检测节点的节点功率对对比节点的节点功率与环境数据的预测函数，并存储于数据库中。
3.根据权利要求1或2所述的配电网母线故障预警装置，其特征在于：所述服务器(200)包括监测模块，所述监测模块用于获取各节点的实时环境数据与实时节点功率，根据预测函数获得节点功率的预测值，并计算实时节点功率与节点功率的预测值的差值。
4.根据权利要求3所述的配电网母线故障预警装置，其特征在于：所述服务器(200)还包括判断模块，所述判断模块用于判断实时节点功率与节点功率的预测值的差值是否超过设定阈值；若是，则发出故障预警信号。
5.根据权利要求1所述的配电网母线故障预警装置，其特征在于：所述配电网母线故障预警装置还包括移动终端，所述移动终端用于接收服务器(200)发出的故障预警信号与位置数据。
6.根据权利要求1所述的配电网母线故障预警装置，其特征在于：所述现场检测设备(100)还包括定位器，所述定位器用于定位配电网母线的各节点的位置并将对应的位置数据发送给处理器(130)。
7.根据权利要求1所述的配电网母线故障预警装置，其特征在于：所述配电网母线故障预警装置还包括控制中心，所述控制中心用于获取服务器(200)发出的故障预警信号，并备份服务器(200)中的数据库。
8.一种配电网母线故障预警方法，其特征在于:包括以下步骤：
在配电网母线上建立多个节点，分别检测各节点的节点功率与环境数据；
服务器获取各节点的环境数据、节点功率和位置数据，将各节点的环境数据、节点功率分别与预测值进行比对，得出比对结果；
判断所述比对结果是否超过设定阈值，若是，则发出故障预警信号，若否，则返回上一步骤。
9.根据权利要求8所述的配电网母线故障预警方法，其特征在于:所述服务器获取各节点的环境数据与功率，与预测值进行比对得出比对结果的步骤包括以下步骤：
服务器获取配电网母线处于正常工作状态时各节点的环境数据与功率，并建立检测节点的节点功率对对比节点的节点功率与环境数据的预测函数，并存储于数据库中；
获取各节点的实时环境数据与实时节点功率，根据预测函数获得节点功率的预测值，并计算实时节点功率与节点功率的预测值的差值。
10.根据权利要求9所述的配电网母线故障预警方法，其特征在于:所述判断所述比对结果是否超过设定阈值的步骤包括以下步骤：
判断实时节点功率与节点功率的预测值的差值是否超过设定阈值。
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