CN115242601A - 一种配电网故障监测系统与监测方法 - Google Patents

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郑文欣
王善卿
王玉江
秦鹏飞
张顺涛
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Abstract

本发明提供了一种配电网故障监测系统及监测方法，涉及配电网监测技术领域，一种配电网故障监测系统，包括若干监测单元和服务器平台，所述监测单元包括电流采集模块、电压采集模块、监控终端；所述电流采集模块采集模块和电压采集模块分别与监控终端电性连接，多个所述监控终端与服务器平台通讯连接；所述电流采集模块包括4个电流互感器，所述电压采集模块包括3个电压互感器，监控终端根据采集的电流和电压数据进行分析计算。本发明装置通过直接获取电流和电压的方式判断故障类型，并通过无线通讯的方式把故障告警信息发送到服务器平台，具有数据传输可靠、使用和安装方便、成本低、容量大等优点，易于推广应用。

Description

一种配电网故障监测系统与监测方法
技术领域
本发明涉及配电网监测技术领域，特别涉及一种配电网故障监测系统及监测方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
在低压配网出现断零时，单相负载两两串联在线电压下运行，加在每一负载两边的电压由负载阻抗的大小决定，从而导致负载出现过电压、欠电压等现象。当低压配网出现缺相时，会导致三相电压不平衡，中点位移可能超过安全电压而引起电击事故，运行中的三相或单相交流异步电动机因电动矩下降而产生堵转和烧毁现象。因此，在低压配网尤其是农网中，缺相与断零故障经常导致电器设备损坏事故，造成严重的经济损失。造成用户投诉，给供电企业服务形象造成了较坏的影响，目前，低压断路器普遍没有缺相和断零故障保护功能，即使有断零和缺相保护功能，因其信息量少，判断结果难以准确。随着各种配电网自动化系统的应用，虽然配电网调度中心得到了的开关零序告警信息、母线失地或开关保护动作重合信息等重要信息，但是由于配电网覆盖面积大，尤其农村配电网尚未完全监测，因此，依靠配电网调度中心的信息难以快速定位偏远农村地区的配电网缺相和断零故障。尽管用电信息采集系统能监测到配变电流、电压等采集信息，但是其主要用于电费收缴，未具备配电网安全监测功能。因此，针对覆盖偏远地区的低压配电网，研究一种定位准确、低成本的用于缺相故障与断零故障的监测与预警系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种配电网故障监控系统及其监测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
一种配电网故障监测系统，包括若干监测单元和服务器平台，所述监测单元包括电流采集模块、电压采集模块、监控终端；所述电流采集模块采集模块和电压采集模块分别与监控终端电性连接，多个所述监控终端与服务器平台通讯连接；所述电流采集模块包括4个电流互感器，分别采集A相、B相、C相和N相电流；所述电压采集模块包括3个电压互感器，分别采集A相、B相、C相电压；监控终端单片机监控终端，用于采集电流和电压数据，根据采集的电流和电压数据进行分析计算，所述监控终端通过网络透传方式将串行接口接受到的数据打包，并通过无线通信的方式上传至服务器平台。
优选的，所述服务器平台为基于云平台组态服务器平台，包括现场状态参数的实时显示模块和报警规则设置模块。
优选的，所述监控终端包括单片机模块、存储器模块、数模转换模块、比较器模块，串口通讯模块、电源模块、无线通讯模块、显示屏模块和I/O接口模块，所述单片机模块为基于ARM单片机的控制模块，所述存储器模块用于存储可执行应用程序，所述数模转换模块用于将模拟信号转换为数字信号，所述比较器模块用于判断配电网故障类型，所述电源模块用于为监控终端提供工作电源，所述无线通讯模块用于与无线公网通讯连接。
优选的，所述监控终端包括包括底座、外壳、顶盖和线路主板。
优选的，所述无线通讯模块为3G无线模块或为4G无线模块或为5G无线模块。
优选的，所述无线通讯模块为NB-IOT模块。
优选的，所述电流采集模块为开口穿心式电流互感器。
优选的，一种配电网故障监测系统，还包括报警模块，所述报警模块为警笛，所述报警模块与服务器平台通讯连接。
一种配电网故障监测方法，所述监测方法包括以下步骤：
步骤a，获取配电网开关处的电压电流信息，通过电流采集模块采集分别采集A相、B相、C相和N相电流；通过电压采集模块分别采集A相、B相、C相电压；并把采集的电流电压数据传输到监控终端；
步骤b，监控终端根据步骤a中获取的电压电流信息，并分析计算，通过监控终端的分析计算N相电流是否为零，分析计算A相、B相、C相电压是否为零，分析计算A相、B相、C相和N相电流是否相等；
步骤c，监控终端获取的电压电流信息通过无线通讯的方式上传到服务器平台，根据步骤b中监控终端分析计算的结果上传到服务器平台；
步骤d，服务器平台根据监控终端上传的故障报警信息，发出报警信号，并通过服务器平台给管理人员发送故障报警短信。
进一步的，上述步骤b中，若A相、B相、C相中的任一相电压是为零，则判断为缺相故障，若N相电流是为零，同时比较计算A相、B相、C相电流相等，则为三相平衡，N相电流无电流，正常运行，若N相电流是为零，同时比较计算A相、B相、C相电流不相等，则判断为断零故障。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明提出了一种配电网故障监测系统及监测方法，本发明装置通过直接获取电流和电压的方式判断故障类型，并通过无线通讯的方式把故障告警信息发送到服务器平台，具有数据传输可靠、使用和安装方便、成本低、容量大等优点，易于推广应用。
附图说明
图1为本发明闭结构示意图；
图2为本发明监测方法流程框图。
图中：1、电流采集模块，2、电压采集模块，3、监控终端，4、服务器平台。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细说明，以下实施例仅用于更清楚的说明本发明的技术方案，本领域普通技术人员在本发明实施例方案基础上做出的改变均属本发明的保护范围。
如图1-图2所示，本发明提供了一种配电网故障监测系统，包括若干监测单元和服务器平台4，所述监测单元包括电流采集模块1、电压采集模块2、监控终端3；所述电流采集模块采集模块1和电压采集模块2分别与监控终端3电性连接，多个所述监控终端3与服务器平台4通讯连接；所述电流采集模块1包括4个电流互感器，分别采集A相、B相、C相和N相电流；所述电压采集模块2包括3个电压互感器，分别采集A相、B相、C相电压；监控终端3单片机监控终端，用于采集电流和电压数据，根据采集的电流和电压数据进行分析计算，所述监控终端3通过网络透传方式将串行接口接受到的数据打包，并通过无线通信的方式上传至服务器平台4。本发明实施例中所述服务器平台4用于接收监控终端3传输的实时数据。所述监控终端3通过电流采集模块1和电压采集模块2获取电流和电压信息，所述电流采集模块1和电压采集模块2与监控终端3可以采用RS485方式通讯连接，也可以采用交采方式连接，本发明实施例中采用的是交流采样方式。电流采集模块1为4个电流互感器，分别采集A、B、C、N相的电流信息，电压采集模块2为3个电压互感器，分别采集A、B、C、相的电压信息。本发明实施例装置结构简单，方便实用，实时监测配电网中发生的缺相故障和断零故障，在发生故障时，监控终端快速判断故障类型，并把故障信息发送到服务器平台4，同时以短信的信息告知管理人员。
所述服务器平台4为基于云平台组态服务器平台，包括现场状态参数的实时显示模块和报警规则设置模块。本发明实施例中，所述服务器平台4可以采用SCADA监控系统，用于实时监控配电网现场的电流和电压参数信息，并通过报警模块对出现的缺相和断零故障进行报警。
所述监控终端3包括单片机模块、存储器模块、数模转换模块、比较器模块，串口通讯模块、电源模块、无线通讯模块、显示屏模块和I/O接口模块，所述单片机模块为基于ARM单片机的控制模块，本发明实施例中，所述单片机模块采用基于STM32F103C8单片机架构的单片机模块，所述存储器模块用于存储可执行应用程序，所述数模转换模块用于将模拟信号转换为数字信号，所述比较器模块用于判断配电网故障类型，所述电源模块用于为监控终端3提供工作电源，所述无线通讯模块用于与无线公网通讯连接。
所述监控终端3包括包括底座、外壳、顶盖和线路主板。
所述无线通讯模块为3G无线模块或为4G无线模块或为5G无线模块。
所述无线通讯模块为NB-IOT模块。
所述电流采集模块1为开口穿心式电流互感器。
一种配电网故障监测系统，还包括报警模块，所述报警模块为警笛，所述报警模块与服务器平台通讯连接。
一种配电网故障监测方法，所述监测方法包括以下步骤：
步骤a，获取配电网开关处的电压电流信息，通过电流采集模块1采集分别采集A相、B相、C相和N相电流；通过电压采集模块2分别采集A相、B相、C相电压；并把采集的电流电压数据传输到监控终端3；
步骤b，监控终端3根据步骤a中获取的电压电流信息，并分析计算，通过监控终端3的分析计算N相电流是否为零，分析计算A相、B相、C相电压是否为零，分析计算A相、B相、C相和N相电流是否相等；本发明实施例中，所述监控终端3为ARM单片机终端，具有计算和分析功能，所述监控终端3根据获取的电流和电压信息可判断配电网故障中的缺相故障和断零故障。当监测到A相、B相、C相中的任意一相电压为0时，在判断为缺相故障，当判断N相电流为零时，则根据三相电流是否平衡，若三相电流平衡，则N相无电流，未发生断零故障，若三相电流不平衡时，则N相应该有回路电流，当N相电流为零时，则判断发生断零故障。
步骤c，监控终端3获取的电压电流信息通过无线通讯的方式上传到服务器平台4，根据步骤b中监控终端3分析计算的结果上传到服务器平台4；
步骤d，服务器平台4根据监控终端3上传的故障报警信息，发出报警信号，并通过服务器平台给管理人员发送故障报警短信。
在上述步骤b中，若A相、B相、C相中的任一相电压是为零，则判断为缺相故障，若N相电流是为零，同时比较计算A相、B相、C相电流相等，则为三相平衡，N相电流无电流，正常运行，若N相电流是为零，同时比较计算A相、B相、C相电流不相等，则判断为断零故障。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种配电网故障监测系统，其特征在于：
包括若干监测单元和服务器平台(4)，所述监测单元包括电流采集模块(1)、电压采集模块(2)、监控终端(3)；
所述电流采集模块采集模块(1)和电压采集模块(2)分别与监控终端(3)电性连接，多个所述监控终端(3)与服务器平台(4)通讯连接；
所述电流采集模块(1)包括4个电流互感器，分别采集A相、B相、C相和N相电流；
所述电压采集模块(2)包括3个电压互感器，分别采集A相、B相、C相电压；
监控终端(3)单片机监控终端，用于采集电流和电压数据，根据采集的电流和电压数据进行分析计算，所述监控终端(3)通过网络透传方式将串行接口接受到的数据打包，并通过无线通信的方式上传至服务器平台(4)。
2.根据权利要求1所述的一种配电网故障监测系统，其特征在于：
所述服务器平台(4)为基于云平台组态服务器平台，包括现场状态参数的实时显示模块和报警规则设置模块。
3.根据权利要求1所述的一种配电网故障监测系统，其特征在于：
所述监控终端(3)包括单片机模块、存储器模块、数模转换模块、比较器模块，串口通讯模块、电源模块、无线通讯模块、显示屏模块和I/O接口模块，所述单片机模块为基于ARM单片机的控制模块，所述存储器模块用于存储可执行应用程序，所述数模转换模块用于将模拟信号转换为数字信号，所述比较器模块用于判断配电网故障类型，所述电源模块用于为监控终端(3)提供工作电源，所述无线通讯模块用于与无线公网通讯连接。
4.根据权利要求3所述的一种配电网故障监测系统，其特征在于：
所述监控终端(3)包括包括底座、外壳、顶盖和线路主板。
5.根据权利要求1所述的一种配电网故障监测系统，其特征在于：
所述无线通讯模块为3G无线模块或为4G无线模块或为5G无线模块。
6.根据权利要求5所述的一种配电网故障监测系统，其特征在于：
所述无线通讯模块为NB-IOT模块。
7.根据权利要求1所述的一种配电网故障监测系统，其特征在于：
所述电流采集模块(1)为开口穿心式电流互感器。
8.根据权利要求1-7所述的一种配电网故障监测系统，其特征在于：
还包括报警模块，所述报警模块为警笛，所述报警模块与服务器平台通讯连接。
9.一种配电网故障监测方法，其特征在于：
所述监测方法包括以下步骤：
步骤a，获取配电网开关处的电压电流信息，通过电流采集模块(1)采集分别采集A相、B相、C相和N相电流；通过电压采集模块(2)分别采集A相、B相、C相电压；并把采集的电流电压数据传输到监控终端(3)；
步骤b，监控终端(3)根据步骤a中获取的电压电流信息，并分析计算，通过监控终端(3)的分析计算N相电流是否为零，分析计算A相、B相、C相电压是否为零，分析计算A相、B相、C相和N相电流是否相等；
步骤c，监控终端(3)获取的电压电流信息通过无线通讯的方式上传到服务器平台(4)，根据步骤b中监控终端(3)分析计算的结果上传到服务器平台(4)；
步骤d，服务器平台(4)根据监控终端(3)上传的故障报警信息，发出报警信号，并通过服务器平台给管理人员发送故障报警短信。
10.根据权利要求9所述的一种配电网故障监测方法，其特征在于：
所述步骤b中，若A相、B相、C相中的任一相电压是为零，则判断为缺相故障，若N相电流是为零，同时比较计算A相、B相、C相电流相等，则为三相平衡，N相电流无电流，正常运行，若N相电流是为零，同时比较计算A相、B相、C相电流不相等，则判断为断零故障。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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TWI832652B (zh) * 2022-12-30 2024-02-11 致茂電子股份有限公司 電源量測裝置

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