CN117154951B - 一种配电线路故障监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及应用于电力监测领域的一种配电线路故障监测系统，包括安装在杆塔上的处理器以及安装在架空线上的监测支筒，通过采用监测支筒连接架空线，并预先模拟实际可能发生的故障，对故障状态下的电流、电压以及过热温度进行记录，形成模拟数据库，供实际运行中的电流、电压和温度进行比较，有效判断出线路是否发生同类型的故障，方便工作人员及时得知故障发生，并对故障可能类型进行优先排查，并且，在故障可能存在的情况下，通过监测支筒可实现对架空线进行火灾检测，进一步判断故障存在以及严重程度，与此同时，通过切断机组对存在故障可能的架空线进行切断，有效阻止故障进一步加深，降低火灾事故发生率。

Description

一种配电线路故障监测系统

技术领域

本发明涉及的一种监测系统，特别是涉及应用于电力监测领域的一种配电线路故障监测系统。

背景技术

目前，架空配电线路一般是采用故障指示器进行监测。故障指示器是指一种安装在电力线（架空线，电缆及母排）上指示故障电流的装置，通过远程服务器可以实时监测配电网的运行状态，一旦线路发生故障，巡线人员可借助故障指示器的报警显示，迅速确定故障点，排除故障。但大多数故障指示器仅可以通过检测短路电流的特征来判别、指示短路故障。

中国发明专利CN201510351605.X说明书公开了一种架空线路故障监测装置，通过故障指示器能够实时监测架空线路上电流，在架空线路发生故障时，能够迅速判断出故障点，以便于迅速隔离和排除故障，为配电网的实时调整、故障查找和故障恢复提供监测数据支持；通过无线通信终端实现了所述故障指示器与远程服务器之间的通信；通过远程服务器，能够在指挥控制中心实时监测配电网运行状态；通过设置无线设置工具，运行人员可以根据配电网运行状态灵活地修改故障指示器的各种运行参数，实现配电网的实时调整优化，能够应用在各种不同需求的场合，该装置有效提高了工作效率，减少了故障率，优化了人员配比，降低了运营成本。

但通过故障指示器一般仅通过检测短路电流的特征来判别、指示短路故障，对于故障的判别范围较小，容易出现漏判，并且，一旦发生故障后，也缺乏合适的手段来降低故障的进一步加深，甚至在严重火灾时，难以及时对火灾进行判别和报警。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是如何对配电线路故障进行判别、及时干预以及火灾检测。

为解决上述问题，本发明提供了一种配电线路故障监测系统，包括安装在杆塔上的处理器以及安装在架空线上的监测支筒，监测支筒包括筒体，筒体的内部开设有安装腔，安装腔的内部固定安装有导体，导体的两端均电性连接有电线，电线远离导体的一端固定延伸至筒体外侧并与架空线电性连接，筒体的内部固定安装有电流传感器、电压传感器和温度传感器，温度传感器的感应端延伸至安装腔的内侧，筒体的外端固定连接有指示灯；

筒体的内部还开设有气腔，筒体的外端固定连接有空心导气绳，空心导气绳的端部固定贯穿筒体并与气腔相通，气腔的内部滑动连接有活塞板，活塞板远离空心导气绳的一端与气腔内壁之间固定连接有电动推杆，气腔的内壁固定连接有气压传感器和烟雾传感器，气压传感器和烟雾传感器均位于活塞板和空心导气绳之间，筒体的外端还固定连接有气囊，气囊同样位于活塞板和空心导气绳之间，且其开口端固定贯穿筒体并与气腔相通；

处理器包括线路监测系统，线路监测系统包括模拟数据库、电流监测模块、电压监测模块、温度监测模块、数据综合分析模块、安全警报模块和线路火灾检测模块，电流传感器和电流监测模块电性连接，电压传感器与电压监测模块电性连接，温度传感器和温度监测模块电性连接，指示灯与安全警报模块连接，电动推杆、气压传感器和烟雾传感器均与线路火灾检测模块电性连接，线路火灾检测模块和安全警报模块均与线路监控中心连接。

作为本申请的进一步补充，模拟数据库包括电流特征库、电压特征库和温度特征库，电流特征库储存有在模拟配电线路不同故障状态下监测的导体上电流值数据，电压特征库储存有在模拟配电线路不同故障状态下监测的导体上电压值数据，温度特征库储存有在模拟配电线路不同故障状态下监测的导体所处空间内温度值数据。

作为本申请的进一步补充，线路火灾检测模块包括驱动单元、一级检测单元和二级检测单元，电动推杆与驱动单元电性连接，气压传感器与一级检测单元电性连接，烟雾传感器与二级检测单元电性连接。

作为本申请的进一步补充，气腔的内壁固定连接有与外界相通并带有阀门的气管，气管位于活塞板和空心导气绳之间。

作为本申请的进一步补充，空心导气绳呈松弛螺旋状缠绕于架空线的外侧，初始状态时电动推杆处于收缩状态，且气囊处于瘪缩状态。

作为本申请的进一步补充，气腔的内壁开设有与外界相通的气孔，气孔位于活塞板远离空心导气绳的一侧。

作为本申请的又一种改进，处理器的上端固定连接有切断机组，切断机组包括立杆，立杆的外端固定连接有多对与架空线相对应的夹板，每对夹板夹持在同一水平位置的架空线上下两侧。

作为本申请的又一种改进的补充，夹板上靠近架空线的位置开设有通孔，上下相邻一对通孔之间设有切刀，切刀的一端固定连接于电动机的输出端，电动机的固定端固定连接有连杆，连杆的端部延伸至一对夹板之间且固定连接于液压缸的伸缩端，液压缸固定连接于一对夹板之间。

作为本申请的又一种改进的补充，线路监测系统还包括与安全警报模块连接的断连模块，电动机和液压缸均与断连模块电性连接。

一种配电线路故障监测系统，其使用方法包括以下步骤：

S1、将杆塔上待连接的一对架空线通过监测支筒实现电路连通；

S2、通过电流传感器和电压传感器分别监测导体上的电流和电压变化，通过温度传感器监测导体所处空间的温度变化，并将监测数据与模拟数据库中数据进行对比，计算出电流差值、电压差值和温度差值，通过差值大小判断架空线的线路是否存在故障可能；

S3、当判断线路存在故障可能时，一是相应筒体上的指示灯闪烁，二是安全警报模块向线路监控中心发出故障警示，三是通过断连模块启动切断机组，对存在故障可能的架空线进行切断；

S4、随后，在经过短暂故障响应时间后，线路火灾检测模块启动；

S4-1、通过电动推杆伸长推动活塞板移动，记录气压传感器压力数据变化，随后控制电动推杆回缩，继续记录气压传感器数据变化，并记录烟雾传感器是否发生烟雾警报；

S4-2、当烟雾传感器无反应，且气压传感器压力数据前期上升后期回降时，线路火灾检测模块不进行线路火灾报警；

当烟雾传感器无反应，且气压传感器压力数据无明显变化时，线路火灾检测模块不进行线路火灾报警，但向线路监控中心进行检修提示；

当烟雾传感器进行烟雾报警时，线路火灾检测模块向线路监控中心发出火灾报警。

综上所述，本申请通过采用监测支筒连接架空线，并预先模拟实际可能发生的故障，对故障状态下的电流、电压以及过热温度进行记录，形成模拟数据库，供实际运行中的电流、电压和温度进行比较，有效判断出线路是否发生同类型的故障，方便工作人员及时得知故障发生，并对故障可能类型进行优先排查，并且，在故障可能存在的情况下，通过监测支筒可实现对架空线进行火灾检测，进一步判断故障存在以及严重程度，与此同时，通过切断机组对存在故障可能的架空线进行切断，有效阻止故障进一步加深，降低火灾事故发生率。

附图说明

图1为本申请的立体图一；

图2为本申请的监测支筒的立体图；

图3为本申请的监测支筒的侧面结构示意图；

图4为本申请的系统图；

图5为本申请的监测支筒在进行火灾检测时的侧面结构示意图一；

图6为本申请的监测支筒在进行火灾检测时的侧面结构示意图二；

图7为本申请的监测支筒在进行火灾检测时的侧面结构示意图三；

图8为本申请的立体图二；

图9为本申请的局部顶面结构示意图一；

图10为本申请的局部顶面结构示意图二。

图中标号说明：

1处理器、2筒体、201气腔、202气管、203气孔、3空心导气绳、4立杆、5夹板、501通孔、6指示灯、7导体、8电流传感器、9电压传感器、10温度传感器、11活塞板、12电动推杆、13气囊、14气压传感器、15烟雾传感器、16切刀、17电动机、18连杆、19液压缸。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的2种实施方式作详细说明。

第1种实施方式：

本发明提供了一种配电线路故障监测系统，请参阅图1-图2，包括安装在杆塔上的处理器1以及安装在架空线上的监测支筒，监测支筒包括筒体2，筒体2的内部开设有安装腔，安装腔的内部固定安装有导体7，导体7的两端均电性连接有电线，电线远离导体7的一端固定延伸至筒体2外侧并与架空线电性连接，二者之间采用现有电线连接方式进行严密连接，并对连接处进行绝缘处理，保证传输的安全性和可靠性。

请参阅图2和图3，筒体2的内部固定安装有电流传感器8、电压传感器9和温度传感器10，温度传感器10的感应端延伸至安装腔的内侧，筒体2的外端固定连接有指示灯6，筒体2的内部还开设有气腔201，筒体2的外端固定连接有空心导气绳3，空心导气绳3可采用不透气的弹性橡胶材料，空心导气绳3的端部固定贯穿筒体2并与气腔201相通，气腔201的内部滑动连接有活塞板11，活塞板11远离空心导气绳3的一端与气腔201内壁之间固定连接有电动推杆12，气腔201的内壁固定连接有气压传感器14和烟雾传感器15，气压传感器14和烟雾传感器15均位于活塞板11和空心导气绳3之间，筒体2的外端还固定连接有气囊13，气囊13同样位于活塞板11和空心导气绳3之间，且其开口端固定贯穿筒体2并与气腔201相通。

请参阅图4，处理器1包括线路监测系统，线路监测系统包括模拟数据库、电流监测模块、电压监测模块、温度监测模块、数据综合分析模块、安全警报模块和线路火灾检测模块，电流传感器8和电流监测模块电性连接，电压传感器9与电压监测模块电性连接，温度传感器10和温度监测模块电性连接，指示灯6与安全警报模块连接，电动推杆12、气压传感器14和烟雾传感器15均与线路火灾检测模块电性连接，线路火灾检测模块和安全警报模块均与线路监控中心连接。

请参阅图4，模拟数据库包括电流特征库、电压特征库和温度特征库，电流特征库储存有在模拟配电线路不同故障状态下监测的导体7上电流值数据，电压特征库储存有在模拟配电线路不同故障状态下监测的导体7上电压值数据，温度特征库储存有在模拟配电线路不同故障状态下监测的导体7所处空间内温度值数据。

由于线路发生不同部位或不同类型故障时（如短路、断路、雷击等），会产生不同的电流、电压变化，因此，本申请在安装完成后，在线路正式运行前，预先模拟实际可能发生的故障，并对故障状态下的电流、电压以及导体7产生的过热温度进行记录，形成电流特征库、电压特征库和温度特征库，注意：同一故障状态下的电流值、电压值和过热温度值为一组故障数据，即模拟数据库中储存了多组故障数据，供实际运行中某一时刻下的运行电流、电压和温度进行比较，从而较为准确地判断出线路是否发生同类型的故障，方便工作人员及时得知故障发生，并对故障可能类型进行优先排查。

结合图3和图4，线路火灾检测模块包括驱动单元、一级检测单元和二级检测单元，电动推杆12与驱动单元电性连接，驱动单元控制电动推杆12的伸缩过程，气压传感器14与一级检测单元电性连接，气压传感器14用于监测活塞板11与空心导气绳3之间的气压变化，并将数据传递至一级检测单元，烟雾传感器15与二级检测单元电性连接，烟雾传感器15用于火灾烟雾检测，并将检测结果传递至二级检测单元。

如图1所示，空心导气绳3呈松弛螺旋状缠绕于架空线的外侧，一方面不易从架空线上脱离，另一方面可尽可能地对长距离的架空线实现火灾检测，初始状态时电动推杆12处于收缩状态，且气囊13处于瘪缩状态，气腔201的内壁固定连接有与外界相通并带有阀门的气管202，气管202位于活塞板11和空心导气绳3之间。

由于空心导气绳3在缠绕呈螺旋状态时会存在局部压扁的情况，因此，在本申请安装完成后，可通过气管202向气腔201以及空心导气绳3中补充足够的气体，使空心导气绳3恢复正常状态，同时气囊13仍处于瘪缩状态，这样在后期检测过程中，通过电动推杆12推动活塞板11时，若空心导气绳3是完好的，如图5所示，气体则不易进入空心导气绳3中（因正常状态的空心导气绳3无多余空间储存气体），而是储存在气囊13中使其膨胀，这样可使得活塞板11和空心导气绳3之间的气压明显增大，实现气压传感器14监测数据增大，若空心导气绳3发生损坏，如图6所示，气体则通过空心导气绳3释放至外界，气压传感器14数据无明显增大。

请参阅图3，气腔201的内壁开设有与外界相通的气孔203，气孔203位于活塞板11远离空心导气绳3的一侧，当活塞板11移动时，电动推杆12所在空间的气压同样会发生变化，通过气孔203可使外界气体进出气腔201中，维持电动推杆12所在空间的气压稳定性，使活塞板11顺利移动。

一种配电线路故障监测系统，其使用方法包括以下步骤：

S1、将杆塔上待连接的一对架空线通过监测支筒实现电路连通；

S2、通过电流传感器8和电压传感器9分别监测导体7上的电流和电压变化，通过温度传感器10监测导体7所处空间的温度变化，并将监测数据与模拟数据库中数据进行对比，计算出电流差值、电压差值和温度差值，通过差值大小判断架空线的线路是否存在故障可能；

判断方式包括以下：在同一时刻下，将电流传感器8监测的电流值、电压传感器9监测的电压值以及温度传感器10监测的温度值与模拟数据库中的多组故障数据进行对比（同一故障状态下的电流值、电压值和过热温度值为一组故障数据），计算出多组电流差值A、电压差值B和温度差值C；当某一组的A、B、C三者中存在任意二者均超出了对应设定的安全差值时（如A超出了设定的电流安全差值、同时B超出了设定的电压安全差值，或A超出了设定的电流安全差值、同时C超出了设定的温度安全差值），则记为“线路存在故障可能”；

S3、当判断线路存在故障可能时，一是相应筒体2上的指示灯6闪烁，二是安全警报模块向线路监控中心发出故障警示；

S4、随后，在经过短暂故障响应时间后，线路火灾检测模块启动；

S4-1、通过电动推杆12伸长推动活塞板11移动，记录气压传感器14压力数据变化，随后控制电动推杆12回缩，继续记录气压传感器14数据变化，并记录烟雾传感器15是否发生烟雾警报；

S4-2、当烟雾传感器15无反应，且气压传感器14压力数据前期上升后期回降时，线路火灾检测模块不进行线路火灾报警；

当烟雾传感器15无反应，且气压传感器14压力数据无明显变化时，线路火灾检测模块不进行线路火灾报警，但向线路监控中心进行检修提示；

当烟雾传感器15进行烟雾报警时，线路火灾检测模块向线路监控中心发出火灾报警；

在步骤S4中，等待短暂故障响应时间的原因为：当故障发生导致架空线火灾事故时，火灾对于空心导气绳3的破坏需要一定的时间（如2-5分钟），因此，等待短暂故障响应时间可有效提高对火灾检测的准确性；

当存在火灾对空心导气绳3进行烧毁破坏后，在活塞板11向空心导气绳3移动的过程中，气腔201中气体会通过破损的空心导气绳3进行外界，使得气腔201中无明显气压增大情况，在活塞板11回移时，外界携带有火灾烟雾的气体也会通过空心导气绳3的破损处进行气腔201中，使烟雾传感器15发生烟雾报警；

在烟雾传感器15无反应，且气压传感器14压力数据无明显变化这一情况中，存在两种情况：一是空心导气绳3发生意外损坏，导致气腔201气体释放至外界，但架空线无火灾发生，二是气囊13发生意外损坏，导致气腔201气体同样释放至外界，但架空线无火灾发生，无论哪种情况，本申请均存在部件意外损坏的情况，因此不进行线路火灾报警，但向线路监控中心进行检修提示。

第2种实施方式：

本实施方式在实施方式1的基础上，增设了以下结构：结合图1和图8，处理器1的上端固定连接有切断机组，切断机组包括立杆4，立杆4的外端固定连接有多对与架空线相对应的夹板5，每对夹板5夹持在同一水平位置的架空线上下两侧，夹板5上靠近架空线的位置开设有通孔501，上下相邻一对通孔501之间设有切刀16，切刀16的一端固定连接于电动机17的输出端，电动机17的固定端固定连接有连杆18，结合图9所示，连杆18的端部延伸至一对夹板5之间且固定连接于液压缸19的伸缩端，液压缸19固定连接于一对夹板5之间。

结合图9所示，线路监测系统还包括与安全警报模块连接的断连模块，电动机17和液压缸19均与断连模块电性连接。

通过上述设置，使得在实施方式1的步骤S3中，当判断线路存在故障可能时，还进行以下操作：通过断连模块启动切断机组，对存在故障可能的架空线进行切断，如图10所示，根据存在火灾的监测支筒和架空线的位置，通过断连模块启动相应位置的电动机17和液压缸19，电动机17带动切刀16旋转，液压缸19推动连杆18、电动机17和切刀16移动，使旋转的切刀16逐渐靠近架空线，并对其进行切割，从而切断电路，有效阻止故障进一步加深，如：遇断路故障时，持续的短路电流会造成架空线持续高温，引发火灾，当切断架空线时，可及时终止短路电流通过，降低火灾事故发生概率。

夹板5对架空线起到夹持作用，使切断后的架空线不易掉落、悬挂，继续保持悬空状态，一方面提高了杆塔的稳定性，另一方面使筒体2和空心导气绳3仍处于悬空状态，便于后期检测。

结合当前实际需求，本申请采用的上述实施方式，保护范围并不局限于此，在本领域技术人员所具备的知识范围内，不脱离本申请构思作出的各种变化，仍落在本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种配电线路故障监测系统，其特征在于：包括安装在杆塔上的处理器（1）以及安装在架空线上的监测支筒，所述监测支筒包括筒体（2），所述筒体（2）的内部开设有安装腔，所述安装腔的内部固定安装有导体（7），所述导体（7）的两端均电性连接有电线，所述电线远离导体（7）的一端固定延伸至筒体（2）外侧并与架空线电性连接，所述筒体（2）的内部固定安装有电流传感器（8）、电压传感器（9）和温度传感器（10），所述温度传感器（10）的感应端延伸至安装腔的内侧，所述筒体（2）的外端固定连接有指示灯（6）；

所述筒体（2）的内部还开设有气腔（201），所述筒体（2）的外端固定连接有空心导气绳（3），所述空心导气绳（3）的端部固定贯穿筒体（2）并与气腔（201）相通，所述气腔（201）的内部滑动连接有活塞板（11），所述活塞板（11）远离空心导气绳（3）的一端与气腔（201）内壁之间固定连接有电动推杆（12），所述气腔（201）的内壁固定连接有气压传感器（14）和烟雾传感器（15），所述气压传感器（14）和烟雾传感器（15）均位于活塞板（11）和空心导气绳（3）之间，所述筒体（2）的外端还固定连接有气囊（13），所述气囊（13）同样位于活塞板（11）和空心导气绳（3）之间，且其开口端固定贯穿筒体（2）并与气腔（201）相通；

所述处理器（1）包括线路监测系统，所述线路监测系统包括模拟数据库、电流监测模块、电压监测模块、温度监测模块、数据综合分析模块、安全警报模块和线路火灾检测模块，所述电流传感器（8）和电流监测模块电性连接，所述电压传感器（9）与电压监测模块电性连接，所述温度传感器（10）和温度监测模块电性连接，所述指示灯（6）与安全警报模块连接，所述电动推杆（12）、气压传感器（14）和烟雾传感器（15）均与线路火灾检测模块电性连接，所述线路火灾检测模块和安全警报模块均与线路监控中心连接。

2.根据权利要求1所述的一种配电线路故障监测系统，其特征在于：所述模拟数据库包括电流特征库、电压特征库和温度特征库，所述电流特征库储存有在模拟配电线路不同故障状态下监测的导体（7）上电流值数据，所述电压特征库储存有在模拟配电线路不同故障状态下监测的导体（7）上电压值数据，所述温度特征库储存有在模拟配电线路不同故障状态下监测的导体（7）所处空间内温度值数据。

3.根据权利要求1所述的一种配电线路故障监测系统，其特征在于：所述线路火灾检测模块包括驱动单元、一级检测单元和二级检测单元，所述电动推杆（12）与驱动单元电性连接，所述气压传感器（14）与一级检测单元电性连接，所述烟雾传感器（15）与二级检测单元电性连接。

4.根据权利要求1所述的一种配电线路故障监测系统，其特征在于：所述气腔（201）的内壁固定连接有与外界相通并带有阀门的气管（202），所述气管（202）位于活塞板（11）和空心导气绳（3）之间。

5.根据权利要求1所述的一种配电线路故障监测系统，其特征在于：所述空心导气绳（3）呈松弛螺旋状缠绕于架空线的外侧，初始状态时所述电动推杆（12）处于收缩状态，且气囊（13）处于瘪缩状态。

6.根据权利要求1所述的一种配电线路故障监测系统，其特征在于：所述气腔（201）的内壁开设有与外界相通的气孔（203），所述气孔（203）位于活塞板（11）远离空心导气绳（3）的一侧。

7.根据权利要求1所述的一种配电线路故障监测系统，其特征在于：所述处理器（1）的上端固定连接有切断机组，所述切断机组包括立杆（4），所述立杆（4）的外端固定连接有多对与架空线相对应的夹板（5），每对所述夹板（5）夹持在同一水平位置的架空线上下两侧。

8.根据权利要求7所述的一种配电线路故障监测系统，其特征在于：所述夹板（5）上靠近架空线的位置开设有通孔（501），上下相邻一对所述通孔（501）之间设有切刀（16），所述切刀（16）的一端固定连接于电动机（17）的输出端，所述电动机（17）的固定端固定连接有连杆（18），所述连杆（18）的端部延伸至一对夹板（5）之间且固定连接于液压缸（19）的伸缩端，所述液压缸（19）固定连接于一对夹板（5）之间。

9.根据权利要求8所述的一种配电线路故障监测系统，其特征在于：所述线路监测系统还包括与安全警报模块连接的断连模块，所述电动机（17）和液压缸（19）均与断连模块电性连接。

10.根据权利要求9所述的一种配电线路故障监测系统，其特征在于：其使用方法包括以下步骤：

S1、将杆塔上待连接的一对架空线通过监测支筒实现电路连通；

S2、通过电流传感器（8）和电压传感器（9）分别监测导体（7）上的电流和电压变化，通过温度传感器（10）监测导体（7）所处空间的温度变化，并将监测数据与模拟数据库中数据进行对比，计算出电流差值、电压差值和温度差值，通过差值大小判断架空线的线路是否存在故障可能；

S3、当判断线路存在故障可能时，一是相应筒体（2）上的指示灯（6）闪烁，二是安全警报模块向线路监控中心发出故障警示，三是通过断连模块启动切断机组，对存在故障可能的架空线进行切断；

S4、随后，在经过短暂故障响应时间后，线路火灾检测模块启动；

S4-1、通过电动推杆（12）伸长推动活塞板（11）移动，记录气压传感器（14）压力数据变化，随后控制电动推杆（12）回缩，继续记录气压传感器（14）数据变化，并记录烟雾传感器（15）是否发生烟雾警报；

S4-2、当烟雾传感器（15）无反应，且气压传感器（14）压力数据前期上升后期回降时，线路火灾检测模块不进行线路火灾报警；

当烟雾传感器（15）无反应，且气压传感器（14）压力数据无明显变化时，线路火灾检测模块不进行线路火灾报警，但向线路监控中心进行检修提示；

当烟雾传感器（15）进行烟雾报警时，线路火灾检测模块向线路监控中心发出火灾报警。