CN114123486B - 全网感知智能低压配电台区系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全网感知智能低压配电台区系统，包括配电箱、若干分支箱、若干用户侧表箱，配电箱设有低压配电总线，分支箱设有分支出线，用户侧表箱设有表箱进线，低压配电总线、分支出线、表箱进线均连接有开关和智能断路器；还包括模组化终端，安装于台区配电室；变压器侧设备，安装于台区配电室；表箱监测单元，对应安装于配电箱、分支箱、用户侧表箱处；所述模组化终端设有台区户变关系及拓扑自动识别模块、故障事件监测模块，通过拓扑自动识别模块实现台区内户变关系以及拓扑的自动识别，通过故障事件监测模块对台区内故障事件进行监测。本发明实现配网运行状态的全面感知，以及台区拓扑自动识别、故障智能监测。

Description

全网感知智能低压配电台区系统

技术领域

本发明涉及电力工程技术，具体涉及低压配电台区管理技术。

背景技术

目前在国内，10kV末端数据普遍采集不足，缺乏全方位数据的采集手段，仅通过台区考核表和低压用户表间接反馈，从而导致部分低压节点异常及故障无法有效监控，也无法实现对台区内的各级停电事件和分段线损的管控。因变压器、开关接点、JP柜等位置缺乏负荷和温度的监控，在用电高峰期，时不时因过负荷造成局部过热或起火事件，且由于缺乏烟雾感应报警，有可能造成更加严重的事故，带来经济损失和恶劣的社会影响；雨季时电缆沟存在积水情况，无法得到有效监测，进而容易引发线路故障。同时，在安防方面，也缺乏对门开关的监测。

整体来看，在低压配电台区管理工作中缺乏科学、有效的手段获取低压台区运行工况等数据，依靠人工现场定位排查，既造成了人力、物力等资源的浪费，也在一定程度上存在安全隐患。重过载或老旧台区巡检压力大，电力检修人员需要花大量的时间往返于各个台区间，虽人力物力花费很多，但无法做到有效监控，也无法做到故障提前预警和及时发现处理。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题就是提供一种全网感知智能低压配电台区系统，实现配网运行状态的全面感知，以及台区拓扑自动识别、故障智能监测。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：全网感知智能低压配电台区系统，包括配电箱、与配电箱连接的若干分支箱、与分支箱连接的若干用户侧表箱，配电箱设有低压配电总线，分支箱设有分支出线，用户侧表箱设有表箱进线，所述低压配电总线、分支出线、表箱进线均连接有开关和智能断路器；还包括

模组化终端，安装于台区配电室；

变压器侧设备，安装于台区配电室，包括传感器组件，通过传感器组件采集数据，并将采集的数据通过有线或无线的方式上传给模组化终端；

表箱监测单元，对应安装于配电箱、分支箱、用户侧表箱处，用于电气量的计量采集以及开关状态监测，并将采集的数据通过有线或无线的方式上传给模组化终端；

所述模组化终端设有台区户变关系及拓扑自动识别模块、故障事件监测模块，通过台区户变关系及拓扑自动识别模块实现台区内户变关系以及拓扑的自动识别，通过故障事件监测模块对台区内故障事件进行监测。

优选的，所述变压器侧设备还包括台区考核总表、台区框架式断路器、智能电容器、SVG、智能门禁、剩余电流动作保护器,其中，台区考核总表用于采集台区总表电气量数据；台区框架式断路器用于台区总开关状态监测；智能电容器用于无功补偿状态监测；SVG用于无功补偿状态监测和谐波监测；智能门禁用于配电箱柜门开关监测；剩余电流动作保护器用于剩余电流数据监测。

优选的，所述传感器组件包括环境温湿度传感器、变压器状态监测传感器、水浸传感器、烟感传感器；环境温湿度传感器用于配电箱环境温湿度监测；变压器状态监测传感器用于变压器运行工况监测；水浸传感器用于配电室水流浸入监测；烟感传感器用于配电室环境烟雾监测。

优选的，模组化终端与变压器侧设备以及表箱监测单元之间通过载波或LORA方式进行通讯。

优选的，所述智能断路器设有可插拔的通讯模块，所述通讯模块支持HPLC载波或微功率无线通讯功能。

优选的，所述模组化终端设有分段线损计算模块，用于计算整个台区内各段线路、各表箱的线损。

优选的，所述模组化终端设有电能表误差在线监测模块，通过分段线损的计算定位线损所在的表箱位置，将表箱内的电表用电信息曲线与线损曲线进行核对，实现电能表误差的在线监测。

优选的，所述模组化终端设有进行三相不平衡监测的三相不平衡监测模块。

优选的，所述模组化终端设有进行线路阻抗监测的线路阻抗监测模块。

优选的，所述模组化终端设有停电监测模块，根据采集的电气量信息对发生的停电事件进行监测。

本发明采用的技术方案，在变压器低压侧安装模组化终端，在各级表箱安装表箱监测单元，模组化终端通过与各级表箱监测单元进行通信，获取各级的电压、电流、功率、电量等相关电气量信息，以及各种故障事件等；在配电房内，烟感传感器、门磁开关、水浸传感器、变压器状态监测传感器、温度传感器等装置，并通过载波等方式与模组化终端进行通信。因此，实现配网运行状态的全面感知。

另外，通过用户表箱侧、分支箱侧、变压器侧各级智能断路器及模组化融合终端采样检测特征电流信号，实现台区“变-线-箱-表”拓扑关系及相位的自动识别。

模组化终端通过自身交采口和表箱监测单元等监测低压配电总线、分支出线、表箱进线等多点位置的交采电气量信息，实现“台区-分支-表箱-户表”四级停电事件(故障)监测及主动上报，同时将相应停电事件信息并上报给主站。实现用户停电、低压回路断线等故障的在线实时自动研判，抢修工单及时生成。将“被动抢修”变成“主动运维”。

通过采集全面覆盖的电能计量数据，模组化融合终端可就地化获取变压器侧、分支箱侧、计量箱侧、用户侧供电链路上所有电量数据，结合台区拓扑关系即可准确计算分析出台区总线损、分段线损及分相线损，有效支撑台区分级、分层线损的分析和管理。

通过分段线损的计算精准定位线损所在的表箱位置，将表箱内的电表用电信息曲线与线损曲线进行核对，实现电能表误差的在线监测。

模组化终端通过实时获取台区内多个节点的电气量信息，进行相应无功和三相不平衡的数据监测和数据分析；通过设定相应的报警阈值进行异常情况主动预警。

模组化终端通过15分钟周期性采集表计电压电流数据，当相邻两个记录点之间的电流差值超过30％时，开始进入数据密集采集，进行回路阻抗计算。根据回路阻抗值的变化，可辅助判断接线柱老化、虚接等情形。

基于电能表、断路器的停电主动上报，结合台区拓扑关系，实现停电故障区段、停电客户的综合自动研判和快速、准确定位，变“被动抢修”为“主动抢修”，提升客户服务水平。

本发明采用的具体技术方案及其带来的有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图中予以详细的揭露。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1为本发明全网感知智能低压配电台区系统的结构示意图；

图2为变压器侧设备接入模组化终端的示意图；

图3为解码波形图；

图4为低压台区拓扑识别流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

传统低压台区管理已经不能有效满足新时期配电网发展需求，迫切需要深入应用“云大物移智”等先进技术，从根本上提升低压配电网的建设、运维、管理水平，实现配网运行状态的全面感知。

如图1至图2所示，全网感知智能低压配电台区系统，包括配电箱、与配电箱连接的若干分支箱、与分支箱连接的若干用户侧表箱，配电箱设有低压配电总线，分支箱设有分支出线，用户侧表箱设有表箱进线，所述低压配电总线、分支出线、表箱进线均连接有开关和智能断路器；还包括

模组化终端，安装于台区配电室；

变压器侧设备，安装于台区配电室，包括传感器组件，通过传感器组件采集数据，并将采集的数据通过有线或无线的方式上传给模组化终端；

表箱监测单元，对应安装于配电箱、分支箱、用户侧表箱处，用于电气量的计量采集以及开关状态监测，并将采集的数据通过有线或无线的方式上传给模组化终端。

如图2和表1所示，变压器侧设备包括台区考核总表、台区框架式断路器、智能电容器、SVG、智能门禁、剩余电流动作保护器,传感器组件包括环境温湿度传感器、变压器状态监测传感器、水浸传感器、烟感传感器。

表1：变压器侧设备总表

其中，台区考核总表用于采集台区总表电气量数据；台区框架式断路器用于台区总开关状态监测；智能电容器用于无功补偿状态监测；SVG用于无功补偿状态监测和谐波监测；智能门禁用于配电箱柜门开关监测；剩余电流动作保护器用于剩余电流数据监测。

环境温湿度传感器用于配电箱环境温湿度监测；变压器状态监测传感器用于变压器运行工况监测；水浸传感器用于配电室水流浸入监测；烟感传感器用于配电室环境烟雾监测。

上述的配电箱、分支箱、用户侧表箱、智能断路器、表箱监测单元以及各种变压器侧设备均可以采用现有技术。

智能塑壳断路器用于提供间接接触保护；防止因设备绝缘损坏，产生接地故障电流而引起的火灾危险；并可用来分配电能和保护线路的过载和短路；对线路的过压、欠压、缺相具有保护功能，具体具备以下功能：

1)支持HPLC载波或微功率无线通讯功能，通信模块可插拔。

2)实时采集并计算电压、电流、功率、电量等电气量。

3)实时采集开关合分闸状态、故障报警(三段过流、过欠压、缺相、过温等)等状态量。

4)具备故障跳闸功能(三段过流、过欠压、缺相、过温等)。

5)具备远程控制功能。

6)支持户变关系识别特征电流的检测功能，可存储特征电流的检测时间、强度等信息。

7)具备采集进出线端子温度功能。

8)具备停电事件上报功能。

表箱监测单元可以采用青岛鼎信通讯股份有限公司开发的产品，可以采集线路电压、电流等电气量并以无线或载波方式上传至模组化终端，还可以实时分析多条线路的掉电、负荷超标、三相不平衡、温度超标等问题。支持信号注入式的拓扑识别功能，HPLC事件主动上报。

模组化终端，通过与台区内各级节点设备、传感器等的通讯，具备低压台区各级节点的信息感知和低压配电室内的环境、状态等信息的感知能力；并且可根据通过上述感知能力，采集到全方位的低压电气量数据，辅助供电管理方在线损治理、台区负载均衡和供电可靠性等方面进行精益化管控，为泛在电力物联网在低压台区层面提供了具体的表现形式和应用落地。

本发明全网感知智能低压配电台区系统，通过模组化终端的感知和边缘计算分析能力，实现功能如下：

台区拓扑自动识别与户变关系识别

在变压器低压侧安装模组化终端，在表箱安装表箱监测单元，模组化终端和表箱监测单元之间通过载波或LORA方式进行通讯。

A、表箱-户表关系识别

关于“表箱-户表”关系确认，在表箱前加装表箱监测单元，通过蓝牙连接电能表，自动建立连接的电表档案，自动周期更新所带户表地址，进而确定“户表-表箱”归属关系。

B、户变关系识别

“表箱-户表”对应关系确认后，通过表箱监测单元的电阻投切的主动注入式方式，实现户变关系识别(原则上认定同一表箱的户表属于同一台区)，电阻投切方式具体实现原理如下：所有表箱监测单元轮流投切设定规律电流，并本地记录投切时间；模组化终端若检测到特征码电流，则判定投切的表箱监测单元所连的表箱内户表在此台区，从而确定户变关系。

C、台区拓扑识别

基于户变关系的投切基础上，所有表箱监测单元轮流投切设定规律电流，并本地记录投切时间；其他的表箱监测单元及模组化终端采集并分析线路电流，若检测到特征码电流并满足一定的强度，则判定与投切的表箱监测单元存在从属关系，轮流进行投切，根据拓扑算法最终获得台区内所有设备的从属关系，进而绘制出完整的台区拓扑。

一、基本原理

通过电阻投切方式在线路零火线之间产生满足一定频域规律的特征电流信号，在线路的关键位置安装智能塑壳断路器，通过智能断路器和终端的交采对线路电流信号进行实时采样分析，记录信号识别到的时间标，对时间标进行对比分析，绘制线路物理拓扑。

二、信号发送

开关通断的方式会在线路产生围绕开关频率正负50Hz偏移的电流信号，以5000/6＝833.3Hz频率通断开关(1.2ms为一个周期，通400us，断800us)，发送电流信号峰值为420mA(220V电压下)，在电路上会产生频率为783.3Hz和883.3Hz的电流信号。通过检测此两点信号的有无，进行识别。

具体为16位二进制编码：1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1。其中，码位0时，无特征电流发送，码位1时，有特征电流发送。

单次发送时间为9.6s，即每位编码发送时间长度为0.6s。单次发送总体时间偏差±40ms，每位编码允许发送时间偏差为±15ms。

三、信号识别

采用滑动DFT实时提取线路上的电流信号，计算783Hz和883Hz频域分量幅值，用二者的和作为判断标准，进行解码。算法处理后，波形如图3所示。

要求：采样率5K，芯片RAM60K，主频50M(全性能运算)。

通过对三相电流解码分析，比较大小，确定电表的户变关系和相位归属：三相实时检测，在识别到特征电流信号时，特征最强的一相即为电表所属相位。

四、拓扑识别流程

拓扑识别流程如图4所示。主站作为整个系统的指挥中心，负责整体的控制和调度，完成时间分配、指令发送、发送间隔设置等，并对收集的时间标进行梳理分析，得到真实的物理拓扑，模组化终端仅作为时间标记录和传输的通道。

第一步：并行识别模式(所有台区同时进行识别，所有台区第n个设备基本同时发送特征电流，1)户变关系正常的台区可准确梳理拓扑关系；2)存在跨台区情况，跨台区设备与另一个台区对应次序设备同时发送，二者互相干扰，均识别不到，可以筛选出来)

1)主站选定需要进行拓扑识别的台区，并设定设备发送开始时间X(日、时、分、秒，必须保证在设定开始时间与当前时间间隔时间内完成所有设备的时间设置)，发送间隔L，点击发送拓扑识别并行模式指令；

2)主站自动梳理选定台区档案每个台区设备个数M，从X时间点开始以L的间隔自动设置所有设备的特征电流发送时间，X,X+L,X+2L,…,X+(M-1)*L；

3)主站找出选定台区档案每个台区设备最大个数N(包含能断路器、模块等所有参与户变识别的设备)，主站自动开始识别倒计时，显示“时间设置中，距离并行识别模式开始(X-当前时间)”；

4)主站将所有设置好的发送时间通过选定范围内模组化终端告知相应表和智能断路器；

5)当主站时间运行至X时，主站显示切换为“并行模式识别进行中，距离结束N*L+300”；

6)所有设备按照预先设定的时间进行特征电流发送，到达设定时间后，自动触发，依次投切电流；

7)所有智能断路器和模组化终端的交采一直处于检测状态，若检测到特征电流信号，则将电流大小、相位和识别时间保存在设备本地，对于终端和智能断路器，设置主动上报事件，将检测到的识别结果通过终端上报主站(例如每5分钟上报一次，上报内容为5分钟内识别记录)；

8)持续进行发送、识别，直至所有设备发送完毕；

9)当并行模式结束时，主站倒计时结束，所有终端和智能断路器记录的时间标结果均上报给主站，主站显示“拓扑识别并行模式结束，主站结果分析中”；

10)主站根据时间标进行整理分析，计算得到此时的户变关系，以及识别失败的设备数量T和地址。

第二步：串行识别模式(对并行模式筛选出来的由于时间标设置失败、通信不上、跨台区干扰导致的漏识别、其他原因导致的漏识别的设备一个个进行识别)

1)在拓扑识别并行模式的基础上进行判断，若没有识别失败设备，则直接跳转到流程最后，结束，若存在识别失败设备，则进行下一步；

2)设置串行识别开始时间Y(日、时、分、秒，必须保证在设定开始时间与当前时间间隔时间内完成所有设备的时间设置)，发送间隔K，并点击发送拓扑识别串行模式指令，主站从时间点Y开始按照间隔K对筛选出的设备设置户变识别队列；

3)主站自动开始识别倒计时，显示“时间设置中，距离串行模式识别开始(Y-当前时间)”；

4)主站将设置好的特征电流发送时间通过终端告知相应地址的设备；

5)所有并行模式筛选出的设备完成时间设置；

6)当主站时间运行至Y时，主站显示切换为“串行识别模式进行中，距离结束T*K+300”；

7)所有设备按照预先设定的时间进行特征电流发送，到达设定时间后，自动触发，依次投切电流；

8)所有模组化终端、智能断路器交采一直检测特征电流信号，若检测到特征电流信号，则将电流大小、相位和对应识别时间绑定存储在本地设备，终端和智能断路器将检测到的识别结果通过终端上报主站(例如每5分钟上报一次)；

9)持续进行发送、识别，直至所有设备发送完毕；

10)当串行模式结束时，主站倒计时结束，主站对并行模式和串行模式所得存储记录进行整理分析，根据时间标对比算法，得到当前户变关系和物理拓扑；

11)通知运维人员对错误户变关系进行纠正更新或进行问题排查。

停上电监测(故障研判)

模组化终端通过自身交采口和表箱监测单元等监测低压配电总线、分支出线、表箱进线等多点位置的交采电气量信息，同时基于载波深化应用功能，实现“台区-分支-表箱-户表”四级停电事件监测及主动上报，同时将相应停电事件信息并上报给主站。

实现用户停电、低压回路断线等故障的在线实时自动研判，抢修工单及时生成。将“被动抢修”变成“主动运维”。

电能表误差在线监测

通过分段线损的计算精准定位线损所在的表箱位置，将表箱内的电表用电信息曲线与线损曲线进行核对，实现电能表误差的在线监测。

线路阻抗监测

模组化终端通过15分钟周期性采集表计电压电流数据，当相邻两个记录点之间的电流差值超过30％时，开始进入数据密集采集，进行回路阻抗计算。

根据回路阻抗值的变化，可辅助判断接线柱老化、虚接等情形。

三相不平衡监测

模组化终端通过实时获取台区内多个节点的电气量信息，进行相应无功和三相不平衡的数据监测和数据分析；通过设定相应的报警阈值进行异常情况主动预警；同时如条件满足，可扩展外部智能电容器、换相开关等各类设备，由模组化终端统一控制实现相应的治理功能。

低压配网全数据采集、监控及预警

模组化终端通过载波通信，获取台区户表的各类电气量信息及事件，包括电量、电压、电流、功率曲线、停电事件等，进而为分段线损管理等深化应用功能提供必要的数据支撑。

实时监控各开关节点的电压、电流、功率、电量等各类电气量信息(智能断路器通过载波的方式上传给模组化终端)，并判断是否有越限、停电等故障的发生。通过设定三段报警阈值，模组化终端可及时生成相应的故障事件并上报给主站进行异常预警或故障提醒。

分段线损计算

模组化终端通过与各级表箱监测单元进行通信，获取各级的电压、电流、功率、电量等相关信息，根据主站系统配置的拓扑关系，计算整个台区内各段线路、各表箱的线损情况，实现对线损的精益化管理。同时，基于本地拓扑识别功能的实现，也可以考虑在模组化终端中实现分支线损的本地计算，并将结果在主站进行展示。

环境量监测

模组化终端通过外接环境采集终端，采集烟雾传感器、门磁开关、水浸传感器等各类环境量信息，实现对配电房环境量的感知及异常报警。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。

Claims (8)

1.全网感知智能低压配电台区系统，其特征在于，包括配电箱、与配电箱连接的若干分支箱、与分支箱连接的若干用户侧表箱，配电箱设有低压配电总线，分支箱设有分支出线，用户侧表箱设有表箱进线，所述低压配电总线、分支出线、表箱进线均连接有开关和智能断路器；还包括

模组化终端，安装于台区配电室；

变压器侧设备，安装于台区配电室，包括传感器组件，通过传感器组件采集数据，并将采集的数据通过有线或无线的方式上传给模组化终端；

表箱监测单元，对应安装于配电箱、分支箱、用户侧表箱处，用于电气量的计量采集以及开关状态监测，并将采集的数据通过有线或无线的方式上传给模组化终端；

所述模组化终端设有台区户变关系及拓扑自动识别模块、故障事件监测模块，通过台区户变关系及拓扑自动识别模块实现台区内户变关系以及拓扑的自动识别，通过故障事件监测模块对台区内故障事件进行监测，所述变压器侧设备还包括台区考核总表、台区框架式断路器、智能电容器、SVG、智能门禁、剩余电流动作保护器,其中，台区考核总表用于采集台区总表电气量数据；台区框架式断路器用于台区总开关状态监测；智能电容器用于无功补偿状态监测；SVG用于无功补偿状态监测和谐波监测；智能门禁用于配电箱柜门开关监测；剩余电流动作保护器用于剩余电流数据监测，所述传感器组件包括环境温湿度传感器、变压器状态监测传感器、水浸传感器、烟感传感器；环境温湿度传感器用于配电箱环境温湿度监测；变压器状态监测传感器用于变压器运行工况监测；水浸传感器用于配电室水流浸入监测；烟感传感器用于配电室环境烟雾监测。

2.根据权利要求1所述的全网感知智能低压配电台区系统，其特征在于：模组化终端与变压器侧设备以及表箱监测单元之间通过载波或LORA方式进行通讯。

3.根据权利要求1所述的全网感知智能低压配电台区系统，其特征在于：所述智能断路器设有可插拔的通讯模块，所述通讯模块支持HPLC载波或微功率无线通讯功能。

4.根据权利要求1所述的全网感知智能低压配电台区系统，其特征在于：所述模组化终端设有分段线损计算模块，用于计算整个台区内各段线路、各表箱的线损。

5.根据权利要求4所述的全网感知智能低压配电台区系统，其特征在于：所述模组化终端设有电能表误差在线监测模块，通过分段线损的计算定位线损所在的表箱位置，将表箱内的电表用电信息曲线与线损曲线进行核对，实现电能表误差的在线监测。

6.根据权利要求1所述的全网感知智能低压配电台区系统，其特征在于：所述模组化终端设有进行三相不平衡监测的三相不平衡监测模块。

7.根据权利要求1所述的全网感知智能低压配电台区系统，其特征在于：所述模组化终端设有进行线路阻抗监测的线路阻抗监测模块。

8.根据权利要求1所述的全网感知智能低压配电台区系统，其特征在于：所述模组化终端设有停电监测模块，根据采集的电气量信息对发生的停电事件进行监测。