CN117388641B - 一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统，涉及线路故障监测技术领域，其有效地提高了线路故障的监测效率以及找寻故障点的精确度。本发明通过采集线路区域的线路运行数据和线路故障数据，同时根据预设的若干份历史线路数据建立对应线路的状态检测模型，进而将线路状态数据中的线路运行数据发送至状态检测模型中，判断对应线路区域内是否存在故障路线，根据判断结果以及线路故障数据定位线路区域中的故障点，进而生成相应的故障信号，根据故障信号生成线路维护决策，进而通过线路维护决策对相应的线路维修或调整。

Description

一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统

技术领域

本发明涉及线路故障监测技术领域，具体为一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统。

背景技术

高压输电线路是电力系统的命脉。线路发生故障后能快速地切除故障线路并及时找到故障点加以修复，是继电保护工作者孜孜以求的目的。

现有技术对输电线路保护无论是利用工频分量还是暂态高频分量，都只能判断出故障发生的区域，只能达到切除故障的目的。微机距离保护虽然能给出故障距离，但因精度不高不能满足生产需要，要及时找到故障点对线路加以修复仍需要配备专门的故障测距装置，两个装置有很多相似的功能模块，使得线路投资增加，装置的作用得不到充分发挥。

进而怎样提高检测线路故障点的精确度以及提高各个设备的使用效率，是现有技术的难点，为此提供一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统，包括云计算平台，所述云计算平台通信连接有数据采集模块、线路检测模块以及线路维护模块；

所述数据采集模块用于采集各个线路区域的线路运行数据和线路故障数据；

所述线路检测模块用于根据预设的若干份历史线路数据建立状态检测模型，将线路运行数据发送至状态检测模型中，判断对应线路区域内是否存在故障路线，根据判断结果以及线路故障数据定位线路区域中的故障点，进而生成相应的故障信号；

所述线路维护模块用于根据故障信号生成线路维护决策，进而通过线路维护决策对相应的线路维修或调整。

进一步的，所述线路区域的划分过程包括：

根据配电厂之间的线路分布划分出J个线路区域，各个线路区域内的线路长度L不完全相同；

对每个线路区域的始端和末端分别设置一个行波检测装置，同时对线路区域内的各条线路的始端和末端设置环境温度传感器、线路温度传感器、电流传感器，同时对各条线路设置编号。

进一步的，所述线路运行数据的采集过程包括：

数据采集模块设置有物联网检测端，物联网检测端设置J个线路区域检测端，同时对各个线路区域检测端设置编号，进而将线路区域检测端与各个线路区域中的传感器以及行波检测装置进行匹配；

设置K个数据集成端，每个数据集成端通信连接0到j个线路区域检测端，其中J、K、j为大于0的自然数，且J≥K；

物联网检测端设置有数据采集周期，进而在数据采集周期开始时，物联网检测端生成数据采集指令发送至各个数据集成端，进而数据集成端根据数据采集指令调取其通信连接的全部线路区域检测端采集线路运行数据；

在数据采集周期结束后，各个线路区域检测端根据各个传感器上传的数据生成线路运行数据并标注对应线路的编号。

进一步的，所述线路故障数据采集的过程包括：

当线路区域内任意一条线路出现故障时，其故障点会沿着线路向两端发送行波信号，进而对应线路区间两端的行波检测装置接收到行波信号，当两端的行波检测装置先后接收到行波信号生成行波信号频谱，进而对两端的行波信号频谱标注线路编号后整合成线路故障数据，同时发送至其通信连接的数据集成端。

进一步的，对历史线路数据进行数据处理的过程包括：

所述线路检测模块预存有各个线路区域的若干份历史线路数据，建立多维坐标系，并将同一个线路区域的全部历史线路数据内的三项数据根据采集时间建立相同数量的运行状态曲线；

以环境温度值为分割标准，进而将全部运行状态曲线划分为若干个足够小的运行状态曲线点，获得各个运行状态曲线点的斜率值，进而统计同一个环境温度值下的各个运行状态曲线点的斜率值总和；

设置斜率突变阈值，按照从小到大的环境温度值的顺序，将各个运行状态曲线点的斜率值总和依次与斜率突变阈值进行对比，根据对比结果获得各个线路区域的低温突变点和高温突变点；

采用获取低温突变点和高温突变点的方法，根据各个运行状态曲线建立运行温度-运行电流变化曲线；

进而以运行温度值为分割标准，进而将全部运行温度-运行电流变化曲线分为若干个足够小的运行温度-运行电流变化曲线点，进而获得低温运行突变点和高温运行突变点；

根据低温运行突变点和高温运行突变点建立各个线路区域的正常运行温度区间，根据低温突变点和高温突变点建立各个线路区域的正常环境温度区间，进而将正常运行温度区间和正常环境温度区间与全部历史线路数据进行对比，进而剔除不在正常运行温度区间和正常环境温度区间的历史线路数据。

进一步的，所述线路检测模型的建立过程包括：

根据保留的历史线路数据建立线路检测模型，所述线路检测模型设置有状态检测层以及结果数据层，其中状态检测层中存储全部保留的历史线路数据。

进一步的，根据所述历史线路数据判断线路区域状态的过程包括：

线路运行数据输入至线路检测模型中，若线路运行数据中的环境温度值和实时运行温度值都无法在状态检测层中找到对应的历史线路数据，则根据对应线路的编号生成第一故障信号；

若线路运行数据中的环境温度值或实时运行温度值任意一个无法在状态检测层中找到对应的历史线路数据，则根据对应线路的编号生成第二故障信号；

若线路运行数据中的环境温度值和实时运行温度值同时在状态检测层中找到对应的历史线路数据，则根据对应线路的编号生成正常状态信号，若生成正常状态信号，则不做任何操作。

进一步的，根据所述故障信号定位故障点的过程包括：

根据预存的线路信息计算对应行波信号的传播速度v，其中线路信息包括线路的电容量C，其中传播速度v的计算公式为：；

从线路故障数据中提取出行波信号频谱，由于各个线路在故障时产生的行波信号振幅一致，进而设置信号振幅阈值，若行波信号频谱中的信号振幅小于或等于信号振幅阈值，则判断对应线路区域在同一水平面上仅有一个故障点；

进而根据行波信号频谱中产生时间定位故障点在线路中的位置，其中定位公式为：，其中D表示相对于线路区域的左端的距离，H_L、H_R分别表示左右两端生成的行波信号频谱的生成时间；

若行波信号频谱中的信号振幅大于信号振幅阈值，则判断对应线路区域在同一水平面上有一个以上故障点，进而根据行波信号频谱中产生时间定位故障点在线路中的位置；

进而根据故障信号的种类以及故障点所在位置生成相应的故障信息。

进一步的，根据故障生成线路维护决策并发送至维修人员，在维修人员根据线路维护决策对线路维修完成后，重新检测对应线路所在线路区域的线路运行数据，直到生成正常状态信号为止。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过将全部线路划分为若干个线路区域，进而设置相同数量的线路区域检测端对各个线路区域进行分布式数据采集，有效的提高了对各个线路区域的数据采集效率，进而提高了对线路区域的监测效率；

2、本发明通过在各个线路区域的两端设置行波检测装置，进而当线路出现故障时，根据行波信号的传播规律定位相应的故障点，同时建立线路检测模型并将线路运行数据输入至其中，进而根据线路检测模型对线路状态进行判断，根据判断结果以及线路的故障点位置生成相应线路维护决策并执行，有效的提高了对线路故障识别的精确度和效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。

如图1所示，一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统，包括云计算平台，所述云计算平台通信连接有数据采集模块、线路检测模块以及线路维护模块；

所述数据采集模块设置有物联网检测端和数据接收单元；

所述物联网检测端设置若干个线路区域检测端和数据集成端；

所述数据集成端同时连接有多个线路区域检测端，用于接收到其所连接的线路区域检测端的线路运行数据和线路故障数据，进而生成线路状态数据；

所述线路区域检测端设置有环境温度传感器、线路温度传感器、电流传感器，以及在各个线路区域的始端和末端设置有行波检测装置，进而采集线路区域内的环境温度值、各条线路的实时运行温度值和实时运行电流值，并生成线路运行数据，同时根据行波检测装置获取线路故障数据；

所述数据接收单元用于对来自物联网检测端的线路状态数据进行数据清洗，进而将数据清洗后的线路状态数据发送至线路检测模块；

所述线路检测模块设置有线路检测模型单元、线路状态检测单元以及线路故障定位单元；

所述线路检测模型单元用于根据预设的若干份历史线路数据建立对应线路的状态检测模型；

所述线路状态检测单元用于将线路运行数据发送至状态检测模型中，进而判断对应线路区域内是否存在故障路线；

所述线路故障定位单元用于根据线路状态检测模块对各个线路区域的判断结果，以及线路故障数据定位线路区域中的故障点，进而生成相应的故障信号发送至线路维护模块；

所述线路维护模块用于根据故障信号生成线路维护决策，进而通过线路维护决策对相应的线路维修或调整。

进一步的，下面通过实施例说明本发明的工作原理：

云计算平台根据配电厂之间的线路分布划分出J个线路区域，需要说明的是，配电厂之间的线路区域规律性的进行排列，同一行可同时存在多个线路区域，且各个线路区域内的线路长度L不完全相同；

对每个线路区域的始端和末端分别设置一个行波检测装置，同时对线路区域内的各条线路的始端和末端设置环境温度传感器、线路温度传感器、电流传感器，同时对各条线路设置编号s₁、s₂、……、s_i，其中i为大于0的自然数；

数据采集模块中的物联网检测端设置J个线路区域检测端，同时对各个线路区域检测端设置编号S₁、S₂、……、S_J，进而将线路区域检测端与各个线路区域中的传感器以及行波检测装置进行匹配；

设置K个数据集成端，每个数据集成端通信连接0到j个线路区域检测端，其中J、K、j为大于0的自然数，且J≥K≥j；

物联网检测端设置有数据采集周期，进而在数据采集周期开始时，物联网检测端生成数据采集指令发送至各个数据集成端，进而数据集成端根据数据采集指令调取其通信连接的全部线路区域检测端采集线路运行数据；

在数据采集周期结束后，各个线路区域检测端根据各个传感器上传的数据生成线路运行数据并标注对应线路的编号；

进一步的，若在数据采集周期内存在线路出现故障，则线路区域检测端采集对应线路的线路故障数据，其中线路故障数据的采集过程包括：

当线路区域内任意一条线路出现故障时，其故障点会沿着线路向两端发送行波信号，进而对应线路区间两端的行波检测装置接收到行波信号，当两端的行波检测装置先后接收到行波信号生成行波信号频谱，进而对两端的行波信号频谱标注线路编号后整合成线路故障数据，同时发送至其通信连接的数据集成端；

需要说明的是，由于行波信号随着传播距离的递增，其信号强度不断降低，且其传播速度只受到绝缘介质的影响，与线路内导体的材料和横截面积无关，进而当线路区域中存在两条或多条线路在同一水平线上出现故障点时，各个故障点产生的行波信号会相互叠加，并以相同的速度传播至线路区域的两端；

在数据采集周期结束后，数据集成端将整合各个线路区域检测端发送的线路故障数据和线路运行数据生成线路状态数据，并标注对应线路区域的编号后发送至数据接收单元；

所述数据接收单元设置有标准数据格式，每当数据接收单元接收到线路状态数据时，通过标准数据格式对线路状态数据中的线路故障数据和线路运行数据进行遍历，根据遍历结果对线路故障数据和线路运行数据中的数据缺陷进行删除，进而将数据清洗后的线路状态数据发送至线路检测模块；

进一步的，所述线路检测模块中的线路检测模型单元预存有各个线路区域的k份历史线路数据，所述历史线路数据包括线路区域的环境温度值，线路区域内各条线路的运行温度值和运行电流值，k为大于0的自然数；

建立J个多维坐标系，并将同一个线路区域的k份历史线路数据内的三项数据根据采集时间建立k条运行状态曲线，进而将k条运行状态数据映射于同一个多维坐标系上；

以环境温度值为分割标准，进而将全部运行状态曲线划分为若干个足够小的运行状态曲线点；

计算各个运行状态曲线点的斜率值，进而统计同一个环境温度值下的各个运行状态曲线点的斜率值总和；

设置斜率突变阈值，按照从小到大的环境温度值的顺序，将各个运行状态曲线点的斜率值总和依次与斜率突变阈值进行对比；

当第一次出现运行状态曲线点的斜率值总和大于或等于斜率突变阈值时，将对应环境温度值设置为低温突变点；

对于运行状态曲线点的斜率值总和大于或等于斜率突变阈值对应的环境温度值，标记为正常环境温度值；

在全部环境温度值下，各个运行状态曲线点的斜率值总和依次与斜率突变阈值进行对比完成后，选取最后一次运行状态曲线点的斜率值总和大于或等于斜率突变阈值对应的环境温度值，并将其设置为高温突变点；

进一步的，采用类似获取低温突变点和高温突变点的方法，根据各个运行状态曲线建立运行温度-运行电流变化曲线；

进而以运行温度值为分割标准，进而将全部运行温度-运行电流变化曲线分为若干个足够小的运行温度-运行电流变化曲线点，进而获得低温运行突变点和高温运行突变点；

以低温运行突变点和高温运行突变点建立各个线路区域的正常运行温度区间，以低温突变点和高温突变点建立各个线路区域的正常环境温度区间，进而将正常运行温度区间和正常环境温度区间与全部历史线路数据进行对比，进而剔除不在正常运行温度区间和正常环境温度区间的历史线路数据；

根据保留的历史线路数据建立线路检测模型，所述线路检测模型设置有状态检测层以及结果数据层，其中状态检测层中存储全部保留的历史线路数据。

进一步的，线路检测模型单元将线路检测模型发送至线路检测单元；

当线路检测单元接收到线路状态数据，进而将线路状态数据中的线路运行数据发送至线路检测模型中；

若线路运行数据中的环境温度值和实时运行温度值都无法在状态检测层中找到对应的历史线路数据，则结果数据层根据对应线路的编号生成第一故障信号；

若线路运行数据中的环境温度值或实时运行温度值任意一个无法在状态检测层中找到对应的历史线路数据，则结果数据层根据对应线路的编号生成第二故障信号；

若线路运行数据中的环境温度值和实时运行温度值同时在状态检测层中找到对应的历史线路数据，则根据对应线路的编号生成正常状态信号；

每当状态检测模块生成第一故障信号和第二故障信号时，自动发送至线路故障定位单元；

若生成正常状态信号，则不做任何操作。

进一步的，当线路故障定位单元接收到第一故障信号或第二故障信号时，从对应的线路状态数据提取出线路故障数据；

由于当线路出现故障时，产生行波信号沿线路两端进行传播，且传播速度只与线路材质相关，进而线路故障定位单元根据预存的线路信息计算对应行波信号的传播速度v，其中线路信息包括线路的电容量C；

其中传播速度v的计算公式为：；

当线路区域中任意一条线路的某一点出现故障时，该点产生行波信号同时沿着线路进行传播，经过环境等因素削弱后被其所在线路区域两端的行波检测装置接收，且行波信号是沿着其产生的线路进行传播，故具有明显区别度；

进而根据两端行波检测装置产生的线路故障数据定位线路故障点的过程包括：

线路故障定位单元从线路故障数据中提取出行波信号频谱，由于各个线路在故障时产生的行波信号振幅一致，进而设置信号振幅阈值，若行波信号频谱中的信号振幅小于或等于信号振幅阈值，则判断对应线路区域在同一水平面上仅有一个故障点；

进而根据行波信号频谱中产生时间定位故障点在线路中的位置，其中定位公式为：，其中D表示相对于线路区域的左端的距离，H_L、H_R分别表示左右两端生成的行波信号频谱的生成时间；

若行波信号频谱中的信号振幅大于信号振幅阈值，则判断对应线路区域在同一水平面上有一个以上故障点，进而根据行波信号频谱中产生时间定位故障点在线路中的位置，

若线路故障定位单元接收到第一故障信号，且判断线路区域在同一水平面上有一个以上故障点，则生成重度故障信息；

若线路故障定位单元接收到第一故障信号，且判断线路区域在同一水平面上只有一个故障点，则生成中度故障信息；

若线路故障定位单元接收到第二故障信号，且判断线路区域在同一水平面上有一个以上故障点，则生成中度故障信息；

若线路故障定位单元接收到第二故障信号，且判断线路区域在同一水平面上只有一个故障点，则生成轻度故障信息；

需要说明的是，各个故障信息包括对应线路的故障点位置以及相应的线路运行数据；

每当线路故障定位单元生成故障信息时，自动发送至线路维护模块。

进一步的，当线路维护模块接收到重度故障信息时，则判断由于环境温度和运行温度异常导致对应线路运行出现异常，进而停止对应的线路，并根据对应线路的编号、故障点所在的线路区域以及位置生成线路维护决策并发送至维修人员；

当线路维护模块接收到中度故障信息时，根据对应线路的编号、故障点所在的线路区域以及位置生成线路维护决策并发送至维修人员；

在维修人员根据线路维护决策对线路维修完成后，重新检测对应线路所在线路区域的线路运行数据，直到生成正常状态信号为止；

当线路维护模块接收到中度故障信息时，根据对应线路的线路运行数据判断运行温度值或环境温度值低于或高于对应正常范围，进而升高或降低对应线路的电流传输效率。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方法而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方法进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方法的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统，包括云计算平台，其特征在于，所述云计算平台通信连接有数据采集模块、线路检测模块以及线路维护模块；

所述数据采集模块用于采集各个线路区域的线路运行数据和线路故障数据；

所述线路运行数据包括线路区域的环境温度值、各条线路的实时运行温度值和实时运行电流值；

所述线路检测模块用于根据预设的若干份历史线路数据建立状态检测模型，将线路运行数据发送至状态检测模型中，判断对应线路区域内是否存在故障路线，根据判断结果以及线路故障数据定位线路区域中的故障点，进而生成相应的故障信号；

对历史线路数据进行数据处理的过程包括：线路检测模块预存有各个线路区域的若干份历史线路数据，建立多维坐标系，并将同一个线路区域的全部历史线路数据内的三项数据根据采集时间建立相同数量的运行状态曲线；

以线路运行数据中的环境温度值为分割标准，将全部运行状态曲线划分为若干个运行状态曲线点，获得各个运行状态曲线点的斜率值，进而统计同一个环境温度值下的各个运行状态曲线点的斜率值总和；

设置斜率突变阈值，将各个运行状态曲线点的斜率值总和依次与斜率突变阈值进行对比，根据对比结果获得各个线路区域的低温突变点和高温突变点；

采用获取低温突变点和高温突变点的方法，根据各个运行状态曲线建立运行温度-运行电流变化曲线，以运行温度值为分割标准，将全部运行温度-运行电流变化曲线分为若干个运行温度-运行电流变化曲线点，进而获得低温运行突变点和高温运行突变点；

根据低温运行突变点和高温运行突变点建立各个线路区域的正常运行温度区间，根据低温突变点和高温突变点建立各个线路区域的正常环境温度区间，进而将正常运行温度区间和正常环境温度区间与全部历史线路数据进行对比，剔除不在正常运行温度区间和正常环境温度区间的历史线路数据；

所述线路维护模块用于根据故障信号生成线路维护决策，进而通过线路维护决策对相应的线路维修或调整。

2.根据权利要求1所述的一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统，其特征在于，所述线路区域的划分过程包括：

根据配电厂之间的线路分布划分出若干个线路区域，各个线路区域内的线路长度L不完全相同；

对每个线路区域的始端和末端分别设置一个行波检测装置，同时对线路区域内的各条线路的始端和末端设置环境温度传感器、线路温度传感器、电流传感器，同时对各条线路设置编号。

3.根据权利要求2所述的一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统，其特征在于，所述线路运行数据的采集过程包括：

数据采集模块设置有物联网检测端，物联网检测端设置若干个线路区域检测端，同时对各个线路区域检测端设置编号，进而将线路区域检测端与各个线路区域中的传感器以及行波检测装置进行匹配连接；

物联网检测端设置有数据采集周期，进而在数据采集周期开始时，全部线路区域检测端采集线路运行数据；

在数据采集周期结束后，各个线路区域检测端根据各个传感器上传的数据生成线路运行数据并标注对应线路的编号。

4.根据权利要求3所述的一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统，其特征在于，所述线路故障数据采集的过程包括：

当线路区域内任意一条线路出现故障时，其故障点会沿着线路向两端发送行波信号，当两端的行波检测装置先后接收到行波信号生成行波信号频谱，进而对两端的行波信号频谱标注线路编号后整合成线路故障数据。

5.根据权利要求4所述的一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统，其特征在于，所述线路检测模型的建立过程包括：

根据保留的历史线路数据建立线路检测模型，所述线路检测模型设置有状态检测层以及结果数据层，其中状态检测层中存储全部保留的历史线路数据。

6.根据权利要求5所述的一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统，其特征在于，根据所述历史线路数据判断线路区域状态的过程包括：

将线路运行数据输入至线路检测模型中的状态检测层，若线路运行数据中的环境温度值和实时运行温度值都无法在状态检测层中找到对应的历史线路数据，则结果数据层根据对应线路的编号生成第一故障信号；

若线路运行数据中的环境温度值或实时运行温度值任意一个无法在状态检测层中找到对应的历史线路数据，则结果数据层根据对应线路的编号生成第二故障信号；

若线路运行数据中的环境温度值和实时运行温度值同时在状态检测层中找到对应的历史线路数据，则根据对应线路的编号生成正常状态信号，若生成正常状态信号，则不做任何操作。

7.根据权利要求6所述的一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统，其特征在于，根据所述故障信号定位故障点的过程包括：

根据预存的线路信息计算对应行波信号的传播速度v，其中线路信息包括线路的电容量C，线路的电感L，其中传播速度v的获取公式为：；

从线路故障数据中提取出行波信号频谱，设置信号振幅阈值，若行波信号频谱中的信号振幅小于或等于信号振幅阈值，则判断对应线路区域在同一水平面上仅有一个故障点；

进而根据行波信号频谱中产生时间定位故障点在线路中的位置，其中定位公式为：，其中D表示相对于线路区域的左端的距离，H_L、H_R分别表示左右两端生成的行波信号频谱的生成时间，L表示线路区域内的线路长度；

若行波信号频谱中的信号振幅大于信号振幅阈值，则判断对应线路区域在同一水平面上有一个以上故障点，进而根据行波信号频谱中产生时间定位故障点在线路中的位置；

进而根据故障信号的种类以及故障点所在位置生成相应的故障信息。

8.根据权利要求7所述的一种基于分布式物联网终端的线路故障远程监测系统，其特征在于，根据故障生成线路维护决策并发送至维修人员，在维修人员根据线路维护决策对线路维修完成后，重新检测对应线路所在线路区域的线路运行数据，直到生成正常状态信号为止。