CN114660381A - 一种电力线路分支监测终端及其阻抗分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力线路分支监测终端及其阻抗分析方法，属于智能用电技术领域。本发明包括开关电源模块、交流采样电路、运行指示电路、北斗定位模块、视频监控模块、载波通信模块、RS‑485通信模块、三相SOC计量芯片、端子测温模块；三相SOC计量芯片分别与开关电源模块、交流采样电路、运行指示电路、北斗定位模块、视频监控模块、载波通信模块、RS‑485通信模块连接，端子测温模块与三相SOC计量芯片连接，本发明能实现线路在线监测、线路阻抗分析、线路拓扑识别、线路寿命预判、故障精准定位、窃电分析警等功能，为电力线路的稳定运行提供实时数据及异常事件，确保低压电力线路的安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力线路分支监测终端及其阻抗分析方法，属于智能用电技术领域。
背景技术
随着我国新型电力系统建设方案的提出，风力发电、太阳能发电、氢能发电等新能源的接入，对于低压配电网线路的工作状态监测提出更高的要求。然而，对于低压配电网线路状态监测缺少响应的技术方案和设备，对于低压配电网线路故障往往是后知后觉，给新型电力系统建设带来极大挑战。本发明提出的一种电力线路分支监测终端及其阻抗分析方法能够动态监测低压配电网线路状态，为低压配电网线路的安全稳定运行保驾护航。
现有技术方案主要通过末端电能表事件上报、线路断路器强制断电等方法，通过电能表停电事件上报、线路过负荷自动跳闸。在线路故障发生后，才能发现哪一段线路出现故障，不能对低压配电线路每一个分支的工作状态实时监测。特别是当前新能源的不断接入，低压配电线路不仅承担传统电能的输送，还需担负新能源接入的电能返送到电网的工作，对于低压配网线路稳定运行提出更高的要求。对于传统的后知后觉的处理方法，不能满足新型电力系统建设的要求。
现有技术只具有强制断电功能，缺乏线路工作状态的可靠分析，并将线路故障分析结果上报给主站，不适应于新型电力线系统建设。
现有技术缺陷主要由以下几点，首先，现有技术只能避免低压配电线路重大故障事件的发生，比如线路过负荷强制断电，线路故障发生后的事件上报等功能。传统的技术缺少在线监测的方法，不能预先判断线路的工作寿命，缺少低压台区线路拓扑的识别方法、缺少线路阻抗分析方法，不能预判线路的使用寿命。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种电力线路分支监测终端及其阻抗分析方法，本发明具有低压配电线路的阻抗分析、线路拓扑识别、寿命预判、故障精准定位等特点，具有计量、通信、事件上报、数据分析等功能。能够实时监测低压配电线路的工作状态，为低压配电线路稳定运行提供安全、可靠、精准的监测方法。
本发明的技术方案是：第一方面，本发明提供一种电力线路分支监测终端，包括开关电源模块、交流采样电路、运行指示电路、北斗定位模块、视频监控模块、载波通信模块、RS-485通信模块、三相SOC计量芯片、端子测温模块；
所述开关电源模块用于输入为220V交流电压，输出直流3.3V、5V、12V电压，分别为三相SOC计量芯片、RS-485通信模块、载波通信模块供电；三相SOC计量芯片分别与开关电源模块、交流采样电路、运行指示电路、北斗定位模块、视频监控模块、载波通信模块、RS-485通信模块连接，端子测温模块与三相SOC计量芯片连接；
作为本发明的进一步方案，所述三相SOC计量芯片为电力线路分支监测终端核心单元，用于进行计量、数据采集、数据处理、数据存储、数据通信；
所述三相SOC计量芯片与端子测温模块连接用于监测电力线路的工作温度，根据电力线路标准工作温度要求和历史监测数据，分析电力线路的使用寿命；
所述载波通信模块与三相SOC计量芯片连接用于通过电力线与台区电能表、集中器或者融合终端通信；
所述视频监控模块与三相SOC计量芯片连接用于监控电力线路周围环境，对于线路人为破坏情况，提供视频监控数据，为人为破坏事件提供现场证据；
所述北斗定位模块与三相SOC计量芯片连接用于为电力线路分支监测终端提供位置信息，便于电力线路故障运维，为运维人员提供位置信息；
所述RS-485通信模块用于实现电力线路分支监测终端程序升级、计量精度校准功能。
作为本发明的进一步方案，还包括导轨卡槽底座、壳体上盖；壳体上盖正面有铭牌、摄像头窗口、指示灯、载波通信可插拔模块槽、接线端子，北斗定位模块天线在壳体上盖右上部，采用烟斗式天线固定在壳体上盖上，壳体上盖侧面有扇热窗，通过导轨卡槽卡在导轨上。
第二方面，本发明还提供第一方面所述的电力线路分支监测终端进行阻抗分析的方法，所述阻抗分析方法包括：
通过电力线路分支监测终端的交流采样功能，上一级的电力线路分支监测终端采集下一级的电压信号，通过多级比对的方法，判断每个线路分支的阻抗是否正常。
所述阻抗分析方法具体包括：通过计算不同级别电力线路的电压差和电力线路的工作电流，分析不同节点之间的电力线路阻抗，通过分析比较线路理论阻抗值，判断不同级别线路的阻抗是否正常；具体公式如下：
ΔU＝U1-U2
其中，ΔU为电力线路一级与二级之间的电压差，U1为一级电力线路节点电压，U2为二级电力线路节点电压；
其中，R1为一级线路与二级线路之间的阻抗值，I为流过一级线路与二级线路之间的电流值；
ΔR＝R1-Rb
其中，ΔR为一级线路与二级线路之间的实际阻抗值与标准理论值的差值，Rb为标准理论值，标准理论值通过查询得到；
其中，υ为一级线路与二级线路之间的实际阻抗值与标准理论值的差值与标准理论值的比值，若υ大于15％，则一种电力线路分支监测终端判断一级线路与二级线路之间的实际阻抗值超限，并生产阻抗异常事件上报主站系统，主站通知运维人员及时排查线路接线是否正常，排查线路阻抗异常问题，避免长期异常运行造成线路损坏。
本发明的有益效果是：本发明的一种电力线路分支监测终端，包括线路在线监测、线路阻抗分析、线路拓扑识别、线路寿命预判、故障精准定位、窃电分析警等功能，为电力线路的稳定运行提供实时数据及异常事件，确保低压电力线路的安全稳定运行，为新型电力系统建设提供安全可靠的故障识别设备。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明电力线路分支监测终端外观图；
图3为本发明电力线路网络拓扑图；
图4为本发明电力线路拓扑识别流程图；
图5为本发明线路寿命预判分析详细流程图。
具体实施方式
实施例1：如图1-图5所示，第一方面，本发明提供一种电力线路分支监测终端，包括开关电源模块、交流采样电路、运行指示电路、北斗定位模块、视频监控模块、载波通信模块、RS-485通信模块、三相SOC计量芯片、端子测温模块；
所述开关电源模块用于输入为220V交流电压，输出直流3.3V、5V、12V电压，分别为三相SOC计量芯片、RS-485通信模块、载波通信模块供电；三相SOC计量芯片分别与开关电源模块、交流采样电路、运行指示电路、北斗定位模块、视频监控模块、载波通信模块、RS-485通信模块连接，端子测温模块与三相SOC计量芯片连接；
作为本发明的进一步方案，所述三相SOC计量芯片为电力线路分支监测终端核心单元，用于进行计量、数据采集、数据处理、数据存储、数据通信；
所述三相SOC计量芯片与端子测温模块连接用于监测电力线路的工作温度，根据电力线路标准工作温度要求和历史监测数据，分析电力线路的使用寿命；
所述载波通信模块与三相SOC计量芯片连接用于通过电力线与台区电能表、集中器或者融合终端通信；
所述视频监控模块与三相SOC计量芯片连接用于监控电力线路周围环境，对于线路人为破坏情况，提供视频监控数据，为人为破坏事件提供现场证据；
所述北斗定位模块与三相SOC计量芯片连接用于为电力线路分支监测终端提供位置信息，便于电力线路故障运维，为运维人员提供位置信息；
所述RS-485通信模块用于实现电力线路分支监测终端程序升级、计量精度校准功能。
作为本发明的进一步方案，还包括导轨卡槽底座、壳体上盖；壳体上盖正面有铭牌、摄像头窗口、指示灯、载波通信可插拔模块槽、接线端子，北斗定位模块天线在壳体上盖右上部，采用烟斗式天线固定在壳体上盖上，壳体上盖侧面有扇热窗，通过导轨卡槽卡在导轨上，箱体外观见图2。
第二方面，本发明还提供第一方面所述的电力线路分支监测终端进行阻抗分析的方法，一种电力线路分支监测终端具有阻抗分析功能，能够分析电力线路的阻抗变化情况，通过阻抗分析方法，判断电力线路是否存在虚接、接触不良、漏电等情况，确保整个低压台区的电力线路安全可靠运行，所述阻抗分析方法包括：
通过电力线路分支监测终端的交流采样电路功能，上一级的电力线路分支监测终端采集下一级的电压信号，通过多级比对的方法，判断每个线路分支的阻抗是否正常。一种电力线路分支监测终端具有阻抗分析功能，具体是通过三相SOC计量芯片通过采集到的下一级的电压信号，通过多级比对的方法，判断每个线路分支的阻抗是否正常；
所述阻抗分析方法具体包括：通过计算不同级别电力线路的电压差和电力线路的工作电流，分析不同节点之间的电力线路阻抗，通过分析比较线路理论阻抗值，判断不同级别线路的阻抗是否正常，详见图3；具体公式如下：
ΔU＝U1-U2
其中，ΔU为电力线路一级与二级之间的电压差，U1为一级电力线路节点电压，U2为二级电力线路节点电压；
其中，R1为一级线路与二级线路之间的阻抗值，I为流过一级线路与二级线路之间的电流值；
ΔR＝R1-Rb
其中，ΔR为一级线路与二级线路之间的实际阻抗值与标准理论值的差值，Rb为标准理论值，标准理论值通过查询得到；
其中，υ为一级线路与二级线路之间的实际阻抗值与标准理论值的差值与标准理论值的比值，若υ大于15％，则一种电力线路分支监测终端判断一级线路与二级线路之间的实际阻抗值超限，并生产阻抗异常事件上报主站系统，主站通知运维人员及时排查线路接线是否正常，排查线路阻抗异常问题，避免长期异常运行造成线路损坏。
进一步的，本发明还提供第一方面所述的电力线路分支监测终端进行分支线路在线监测的方法，所述分支线路在线监测的方法包括：
随着新型电力系统的建设，光伏发电、风力发电、潮汐发电等新能源的接入，对低压台区电力线路的造成一定的不稳定因数，一种电力线路分支监测终端通过图1中的端子测温模块，能够实时监测低压电力线路的工作温度，通过设定正常状态下的温度范围值，其中Ts为上限工作温度值，与实际监测到的工作温度值Tz相比较，实时分析电力线路的工作状态。详细分析过程如下：
α＝Tz-Ts
其中，Ts为电力线上限工作温度值，Tz为实际监测到的工作温度值，α为实际值与上限值的差值。
其中，η为实际监测到的电力线工作温度值超出上限值部分与上限值的比值，若η大于10％，则一种电力线路分支监测终端生成温度超限事件。若η大于30％，则一种电力线路分支监测终端自动触发强制断电操作，同时上报温度超限异常断电事件。
进一步的，本发明还提供第一方面所述的电力线路分支监测终端进行分支线路拓扑的识别方法，所述分支线路拓扑的识别方法包括：
通过上级电力线路分支监测终端发送线路拓扑识别信号以及相位识别功能，下一级的电力线路分支监测终端反馈收到线路拓扑识别信号并回传拓扑识别信号。通过反复发送与接收线路拓扑识别信号，从而形成整个台区的电力线路拓扑关系图，详细流程如下图4。
进一步的，本发明还提供第一方面所述的电力线路分支监测终端进行电力线路寿命预判，所述电力线路寿命预判包括：通过图1中的端子测温模块，实时监测电力线路工作温度。通过比对监测到的电力线路实际工作温度值和理论工作温度值，当超过一定限值，电力线路分支监测终端发出寿命预警信号，发现温度异常及时上报，通知运维人员及时查看或者更换合适线径的电力线，避免长期过负荷运行造成熔断、失火等异常故障，详细流程如下图5。
进一步的，本发明还提供第一方面所述的电力线路分支监测终端进行线路故障精准定位，所述线路故障精准定位的方法包括：一种电力线路分支监测终端具有线路故障精准定位功能，过图1中的北斗定位模块。电力线路分支监测终端稳定运行后，能够自动上报自身的位置信息，若该线路节点出现故障，电力线路分支监测终端将故障信息及位置信息关联发送给主站系统，便于运维人员精准到达故障现场。
进一步的，本发明还提供第一方面所述的电力线路分支监测终端进行防窃电分析，所述防窃电分析的方法包括：一种电力线路分支监测终端具有防窃电分析功能，对于常规的电力线路，各分支节点一般裸露在空旷的地方，容易造成窃电事件的发生。通过图1中的视频监控模块，能够记录电力线路分支节点的视频信号，对于异常接线窃电事件，电力线路分支监测终端自动识别，并将异常接线事件上报给主站，为窃电事件的稽查提供视频证据。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种电力线路分支监测终端，其特征在于：包括开关电源模块、交流采样电路、运行指示电路、北斗定位模块、视频监控模块、载波通信模块、RS-485通信模块、三相SOC计量芯片、端子测温模块；
所述开关电源模块用于输入为220V交流电压，输出直流3.3V、5V、12V电压，分别为三相SOC计量芯片、RS-485通信模块、载波通信模块供电；三相SOC计量芯片分别与开关电源模块、交流采样电路、运行指示电路、北斗定位模块、视频监控模块、载波通信模块、RS-485通信模块连接，端子测温模块与三相SOC计量芯片连接。
2.根据权利要求1所述的电力线路分支监测终端，其特征在于：
所述三相SOC计量芯片为电力线路分支监测终端核心单元，用于进行计量、数据采集、数据处理、数据存储、数据通信；
所述三相SOC计量芯片与端子测温模块连接用于监测电力线路的工作温度，根据电力线路标准工作温度要求和历史监测数据，分析电力线路的使用寿命；
所述载波通信模块与三相SOC计量芯片连接用于通过电力线与台区电能表、集中器或者融合终端通信；
所述视频监控模块与三相SOC计量芯片连接用于监控电力线路周围环境，对于线路人为破坏情况，提供视频监控数据，为人为破坏事件提供现场证据；
所述北斗定位模块与三相SOC计量芯片连接用于为电力线路分支监测终端提供位置信息，便于电力线路故障运维，为运维人员提供位置信息；
所述RS-485通信模块用于实现电力线路分支监测终端程序升级、计量精度校准功能。
3.根据权利要求1所述的电力线路分支监测终端，其特征在于：还包括导轨卡槽底座、壳体上盖；壳体上盖正面有铭牌、摄像头窗口、指示灯、载波通信可插拔模块槽、接线端子，北斗定位模块天线在壳体上盖右上部，采用烟斗式天线固定在壳体上盖上，壳体上盖侧面有扇热窗，通过导轨卡槽卡在导轨上。
4.一种电力线路分支监测终端的阻抗分析方法，其特征在于：所述阻抗分析方法包括：
通过电力线路分支监测终端的交流采样功能，上一级的电力线路分支监测终端采集下一级的电压信号，通过多级比对的方法，判断每个线路分支的阻抗是否正常。
5.根据权利要求4所述的电力线路分支监测终端的阻抗分析方法，其特征在于：所述阻抗分析方法具体包括：通过计算不同级别电力线路的电压差和电力线路的工作电流，分析不同节点之间的电力线路阻抗，通过分析比较线路理论阻抗值，判断不同级别线路的阻抗是否正常；具体公式如下：
ΔU＝U1-U2
其中，ΔU为电力线路一级与二级之间的电压差，U1为一级电力线路节点电压，U2为二级电力线路节点电压；
其中，R1为一级线路与二级线路之间的阻抗值，I为流过一级线路与二级线路之间的电流值；
ΔR＝R1-Rb
其中，ΔR为一级线路与二级线路之间的实际阻抗值与标准理论值的差值，Rb为标准理论值，标准理论值通过查询得到；
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