CN113189859B - 一种配电环境监测及故障自主解除的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电环境监测及故障自主解除的设备及方法，包括数据采集单元、现场CPU、主CPU、运维管控中心、UPS以及储能分断机构，每个所述现场CPU将数据采集单元采集的设备线路的各项相关状态至与光纤光栅传感器节点已设定的阈值对比并汇总至主CPU，并由主CPU储存并通过显示屏显示，用节点表示各配电点，用链路表示数据传输路径，用附表显示所有状态参数，根据节点与链路的颜色，判断配电房内配电设备是否发生故障。本发明通过一控多的模式组建局域网，对基础数据进行汇总并实现了联合管理，通过对数据进行智能分析判断险情进程，能够在特殊时刻或故障阶段及时做出主动防护措施，增强了稳定可靠性，还具有集成度高及不受电磁干扰等优点。

Description

一种配电环境监测及故障自主解除的设备及方法

技术领域

本发明涉及配电环境监测技术领域，尤其涉及一种配电环境监测及故障自主解除的设备及方法。

背景技术

近年来，随着配电网电缆化进程的不断发展，配电网线路结构越来越复杂，分支线路繁多，同时对于配电场所的稳定可靠性要求越来越高，目前已在配电场所内安装了各类感知设备，并通过物联网、5G等技术将感知数据上传至孪生配电房或影子配电房，再由值班管理人员控制。

经检索，申请号201610783123.6的专利，公开了一种配电设备运行环境监测方法，利用配电设备运行环境监测装置实现，装置包括辐射发射器，辐射接收器、微处理器，感应电流测量单元，振动传感器和温湿度测量传感器，微处理器分别连接辐射测量单元、感应电流测量单元，振动传感器和温湿度测量传感器，多样式，并且能够测量配电网的环境参数，有效判断配电网络异常。

上述装置，对于配电场所环境监测的工作方式是监测、采集、传输、显示数据。虽然能够发现并记录相关参数，但是，仍有一些不足之处：第一，上述装置各监测设备产生的监测数据与被监测设备自带传感设备的数据之间未进行相互比对、校验，容易出现误报、错报；第二，上述装置各监测设备间未连接成系统进行联动，致使数据独立且资源未能充分利用，因而就无法判别配电环境险情进程，不能及时对特殊时刻或险情阶段做出主动动作处理，只能事后保护，导致可靠性较差；第三，上述装置各监测设备通过不同原理的分立传感器实现，具有集成度低、安装繁琐、维护麻烦、精确度不统一等缺点，因而难以满足配电综合使用要求。

发明内容

本发明的目的包括：第一，为解决现有技术中无法判别险情进程从而不能对特殊时刻或故障阶段做出及时主动响应处理的问题，而提出一种配电环境监测及故障自主解除的设备及方法；第二，为解决分立传感器不同原理、精度标准不统一等问题，而提出配电柜内参数统一采用光纤光栅传感器及布置方案；第三，为解决配电房之间电力资源共享问题，而提出配电房电力资源调度方案。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种配电环境监测及故障自主解除的设备，包括数据采集单元、现场CPU、主CPU、运维管控中心和UPS，所述数据采集单元设置有多个，且每个所述数据采集单元均包括图像采集模块和多个光纤光栅传感器节点，多个数据采集单元分别设置在多个配电房内并分别用于采集对应配电房内的环境数据，多个所述数据采集单元分别通过信号连接有用于接收对应数据采集单元采集的环境数据的现场CPU，每个所述现场CPU均通过信号连接有用于接收多个现场CPU发送的对应配电房环境数据且根据配电房环境数据中的异常状态信息进行报警的主CPU，所述主CPU通过信号连接有用于接收及显示数据信息的运维管控中心，每个所述现场CPU均通过导线电性连接有UPS，且每个现场CPU均通过导线电性连接有储能分断机构。

优选的，所述光纤光栅传感器节点包括以下至少一种传感器：

用于监测配电房环境温度的环境温度传感器；

用于监测配电柜内部温度的柜内温度传感器；

用于监测配电柜内部湿度的柜内湿度传感器；

用于监测配电房内放电气体浓度的气体传感器；

用于监测配电房内电缆沟道水位深度的水位传感器；

用于采集配电设备电阻信号的电阻传感器。

优选的，所述现场CPU与所述主CPU及所述运维管控中心采用互联网通讯的方式信号连接。

优选的，所述现场CPU与所述主CPU及所述运维管控中心采用物联网通讯的方式信号连接。

优选的，所述储能分断机构包括以下至少一种设备：

用于对配电房环境进行降温的制冷设备和通风设备；

用于对配电柜内部进行降温的排风设备；

用于对配电柜内部进行除湿的加热丝和排风设备；

用于对配电房内电缆沟道进行排水的排水泵；

用于对配电房内泄漏的放电气体进行处理的隔离设备。

本发明还提供一种配电环境监测及故障自主解除的方法，包括数据采集单元、现场CPU、主CPU、运维管控中心和UPS，每个所述现场CPU将数据采集单元采集的设备线路的各项相关状态值与光纤光栅传感器节点已设定的阈值对比并汇总至主CPU，并由主CPU储存并通过显示屏显示，用节点表示各配电点，用链路表示数据传输路径，用附表显示所有状态参数，根据节点与链路的颜色，判断配电设备的工作状态，包括：

当节点与链路均显示绿色时，则判断配电房内各配电设备处于正常工作状态，并且以表格形式按时间步进，动态展示所有状态参数；

当节点和链路至少有一个转变为红色时，则判断配电房内至少有一个配电设备工作在危险状态，则主CPU启动调度功能，通过指令要求现场CPU采取故障自主解除措施，依次包括如下步骤：

S1，现场CPU判断对应配电房是否断电断网，如果有电有网，则按照第一预设规则进行处理，所述第一预设规则包括：

判断现场CPU通过互联网发送报警信号并在设定时间内请求执行指令至运维管控中心是否成功，如果请求成功，运维管控中心人员可查阅传送来的故障内容，并打开现场图像采集设备观察现场情况，制定最优方案，切断故障点，消除故障隐患；

如果请求失败，而且有备用设备线路安全供电，则现场CPU通过互联网发送指令至主CPU，通过主CPU调度可用设备线路供电，采用二次回路控制配电设备动作，如果没有备用线路安全供电，则现场CPU直接发送指令至储能分断机构，并通过储能分断机构断开故障点，消除故障隐患；

S2，现场CPU判断对应配电房是否断电断网，如果有电有物联网无互联网，则按照第二预设规则进行处理，所述第二预设规则包括：

判断互联网及现场局域网是否断开，如果互联网断开而现场局域网正常工作，则现场CPU通过设定程序命令相关机构脱机操作，切断故障点，消除故障隐患；

如果互联网及现场局域网均断开，则故障设备立即无条件被切断，消除故障隐患，同时通过物联网将信息传送至运维管控中心；

S3，现场CPU判断对应配电房是否断电断网，如果无电无网，则按照第三预设规则进行处理，所述第三预设规则包括：

判断能否通过UPS供电，如果能够通过UPS供电，则按照第二预设规则进行处理；

如果无法通过UPS供电，则配电房x中的现场CPUx利用自带电源发送指令至主CPU，则主CPU通过传输信道向现场CPUx发送负载指令，通过储能分断机构断开故障点，在得到确认后，主CPU通过另一传输信道向配电房n中的现场CPUn发送调度指令，则配电房n的电力资源通过电力电缆供应配电房x，同时记录信息。

与现有技术相比，本发明提供了一种配电环境监测及故障自主解除的设备及方法，具备以下有益效果：

1、本发明通过物联网和互联网传送数据采集单元采集的基本数据，并进行数据汇总以及智能分析，当出现危险状况时，主CPU根据险情进程启动调度功能，通过指令要求现场CPU及时采取故障自主解除措施，进而增强了稳定可靠性；

2、本发明通过采用光纤光栅传感器节点实时快速的采集、上传数据，根据温度时间变化曲线，预判隐患发展的阶段，在酿成事故前就自主实现断路器跳开，提前阻断险情，从而进一步增强了稳定可靠性，还具有测量范围广、集成度好以及不受电磁干扰等优点；

3、本发明通过在各配电房中均安装一台现场CPU且每台现场CPU均被同一台主CPU控制，采用一控多的模式实现了联合管理，当出现危险状况时，主CPU启动电力资源调度功能，解决了配电房之间电力资源共享问题。

本发明通过一控多的模式组建局域网，便于对采集到的数据进行汇总并实现了联合管理，通过对数据进行智能分析判断险情进程，从而能够在特殊时刻或故障阶段及时做出主动防护措施，增强了稳定可靠性，还具有集成度高以及不受电磁干扰等优点。

附图说明

图1为本发明提出的一种配电环境监测及故障自主解除的设备的结构示意框图；

图2为本发明提出的一种配电环境监测及故障自主解除的设备中主CPU和多个现场CPU的连接关系图；

图3为本发明提出的一种配电环境监测及故障自主解除的方法的结构示意框图。

具体实施方式

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一

参照图1和图2，一种配电环境监测及故障自主解除的设备，包括数据采集单元、现场CPU、主CPU、运维管控中心和UPS，数据采集单元设置有多个，且多个数据采集单元分别设置在多个配电房内并分别用于采集对应配电房内的环境数据，多个数据采集单元分别通过信号连接有用于接收对应数据采集单元采集的环境数据的现场CPU，每个现场CPU均通过信号连接有用于接收多个现场CPU发送的对应配电房环境数据且根据配电房环境数据中的异常状态信息进行报警的主CPU，主CPU通过信号连接有用于接收及显示数据信息的运维管控中心，现场CPU与主CPU及运维管控中心采用互联网或者物联网通讯的方式信号连接，每个现场CPU均通过导线电性连接有UPS，且每个现场CPU均通过导线电性连接有储能分断机构。

数据采集单元包括图像采集模块和多个光纤光栅传感器节点，光纤光栅传感器节点包括以下至少一种传感器：用于监测配电房环境温度的环境温度传感器；用于监测配电柜内部温度的柜内温度传感器；用于监测配电柜内部湿度的柜内湿度传感器；用于监测配电房内放电气体浓度的气体传感器；用于监测配电房内电缆沟道水位深度的水位传感器；用于采集配电设备电阻信号的电阻传感器，在出现险情至酿成事故的窗口期，及时并迅速的进行数据比较显得尤为重要，而在参数急剧变化期间，光纤光栅传感器节点感知的实时数据更趋于真实情况，因而通过采用光纤光栅传感器节点能实时快速的采集、上传数据，根据温度时间变化曲线，预判隐患发展的阶段，在酿成事故前就自主实现断路器跳开，极大地抑制了险情的进一步恶化。

储能分断机构包括以下至少一种设备：用于对配电房环境进行降温的制冷设备和通风设备；用于对配电柜内部进行降温的排风设备；用于对配电柜内部进行除湿的加热丝和排风设备；用于对配电房内电缆沟道进行排水的排水泵；用于对配电房内泄漏的放电气体进行处理的隔离设备，便于在特殊时刻或故障阶段做出主动动作处理。

实施例二

如图3所示，本实施例提供了一种配电环境监测及故障自主解除的方法，每个现场CPU将数据采集单元采集的设备线路的各项相关状态值与光纤光栅传感器节点已设定的阈值对比并汇总至主CPU，并由主CPU储存并通过显示屏显示，用节点表示各配电点，用链路表示数据传输路径，用附表显示所有状态参数，根据节点与链路的颜色，判断配电设备的工作状态，包括：

当节点与链路均显示绿色时，则判断配电房内各配电设备处于正常工作状态，并且以表格形式按时间步进，动态展示所有状态参数；

当节点和链路至少有一个转变为红色时，则判断配电房内至少有一个配电设备工作在危险状态，则主CPU启动调度功能，通过指令要求现场CPU采取故障自主解除措施，依次包括如下步骤：

S1，现场CPU判断对应配电房是否断电断网，如果有电有网，则按照第一预设规则进行处理，第一预设规则包括：

判断现场CPU通过互联网发送报警信号并在设定时间内请求执行指令至运维管控中心是否成功，如果请求成功，运维管控中心人员可查阅传送来的故障内容，并打开现场图像采集设备观察现场情况，制定最优方案，切断故障点，消除故障隐患；

如果请求失败，而且有备用设备线路安全供电，则现场CPU通过互联网发送指令至主CPU，通过主CPU调度可用设备线路供电，采用二次回路控制配电设备动作，如果没有备用线路安全供电，则现场CPU直接发送指令至储能分断机构，通过储能分断机构断开故障点，消除故障隐患；

S2，现场CPU判断对应配电房是否断电断网，如果有电有物联网无互联网，则按照第二预设规则进行处理，第二预设规则包括：

判断互联网及现场局域网是否断开，如果互联网断开而现场局域网正常工作，则现场CPU通过设定程序命令相关机构脱机操作，切断故障点，消除故障隐患；

如果互联网及现场局域网均断开，则故障设备立即无条件被切断，消除故障隐患，同时通过物联网将信息传送至运维管控中心；

S3，现场CPU判断对应配电房是否断电断网，如果无电无网，则按照第三预设规则进行处理，第三预设规则包括：

判断能否通过UPS供电，如果能够通过UPS供电，则按照第二预设规则进行处理；

如果无法通过UPS供电，则配电房x中的现场CPUx利用自带电源发送指令至主CPU，则主CPU通过传输信道向现场CPUx发送负载指令，通过储能分断机构断开故障点，在得到确认后，主CPU通过另一传输信道向配电房n中的现场CPUn发送调度指令，则配电房n的电力资源通过电力电缆供应配电房x，同时记录信息。

本实施例中，通过物联网或互联网传送基本数据，优先方案通过互联网并辅助图像采集设备协助运维管控中心人员实时进行现场诊断，运维管控中心人员根据现场情况和反馈参数确定方案，做到最优处理；在请求失败或无应答或应答超时，次优方案是切断故障点后，利用其它安全措施、主CPU调度等方式供电；保底方案是直接切断故障点，等待救援。

本发明通过一控多的模式组建局域网，便于联合管理并对采集到的数据进行汇总，通过对数据进行智能分析判断险情进程，从而能够在特殊时刻或故障阶段及时做出主动防护措施，增强了稳定可靠性，还具有集成度高、便于维修以及不受电磁干扰等优点。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，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，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种配电环境监测及故障自主解除的方法，包括数据采集单元、现场CPU、主CPU、运维管控中心、UPS和储能分断机构，其特征在于，所述数据采集单元设置有多个，且每个数据采集单元均包括图像采集模块和多个光纤光栅传感器节点，多个数据采集单元分别设置在相应配电房内并分别用于采集对应配电房内的环境数据，且数据采集单元分别通过信号连接有用于接收对应数据采集单元采集的环境数据的现场CPU，每个所述现场CPU将数据采集单元采集的设备线路的各项相关状态值与光纤光栅传感器节点已设定的阈值对比并汇总至主CPU，并由主CPU储存并通过显示屏显示，所述主CPU通过信号连接有用于接收及显示数据信息的运维管控中心，每个所述现场CPU均通过导线电性连接有UPS和储能分断机构；用节点表示各配电点，用链路表示数据传输路径，用附表显示所有状态参数，根据节点与链路的颜色，判断配电设备的工作状态，包括：

当节点与链路均显示绿色时，则判断配电房内各配电设备处于正常工作状态，并且以表格形式按时间步进，动态展示所有状态参数；

当节点和链路至少有一个转变为红色时，则判断配电房内至少有一个配电设备工作在危险状态，则主CPU启动调度功能，通过指令要求现场CPU采取故障自主解除措施，依次包括如下步骤：

S1，现场CPU判断对应配电房是否断电断网，如果有电有网，则按照第一预设规则进行处理，所述第一预设规则包括：

判断现场CPU通过互联网发送报警信号并在设定时间内请求执行指令至运维管控中心是否成功，如果请求成功，运维管控中心人员可查阅传送来的故障内容，并打开现场图像采集设备观察现场情况，制定最优方案，切断故障点，消除故障隐患；

如果请求失败，而且有备用设备线路安全供电，则现场CPU通过互联网发送指令至主CPU，通过主CPU调度可用设备线路供电，采用二次回路控制配电设备动作，如果没有备用线路安全供电，则现场CPU直接发送指令至储能分断机构，通过储能分断机构断开故障点，消除故障隐患；

S2，现场CPU判断对应配电房是否断电断网，如果有电有物联网无互联网，则按照第二预设规则进行处理，所述第二预设规则包括：

判断互联网及现场局域网是否断开，如果互联网断开而现场局域网正常工作，则现场CPU通过设定程序命令相关机构脱机操作，切断故障点，消除故障隐患；

如果互联网及现场局域网均断开，则故障设备立即无条件被切断，消除故障隐患，同时通过物联网将信息传送至运维管控中心；

S3，现场CPU判断对应配电房是否断电断网，如果无电无网，则按照第三预设规则进行处理，所述第三预设规则包括：

判断能否通过UPS供电，如果能够通过UPS供电，则按照第二预设规则进行处理；

如果无法通过UPS供电，则配电房x中的现场CPUx利用自带电源发送指令至主CPU，则主CPU通过传输信道向现场CPUx发送负载指令，通过储能分断机构断开故障点，在得到确认后，主CPU通过另一传输信道向配电房n中的现场CPUn发送调度指令，则配电房n的电力资源通过电力电缆供应配电房x，同时记录信息。

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