CN117538689A - 一种基于物联网的电路故障检测方法、系统、装置及介质 - Google Patents

一种基于物联网的电路故障检测方法、系统、装置及介质 Download PDF

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CN117538689A CN202410032014.5A CN202410032014A CN117538689A CN 117538689 A CN117538689 A CN 117538689A CN 202410032014 A CN202410032014 A CN 202410032014A CN 117538689 A CN117538689 A CN 117538689A
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吴会娟
郝敬密
公伟涛
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Abstract

本发明涉及一种基于物联网的电路故障检测方法、系统、装置及介质，涉及电路检测的技术领域，其中电路故障检测方法包括监测、信息获取、信息上传、建立储存数据库、周期分量计算、非周期分量计算、实际相位计算、相位差值计算、相位波动判断、故障位置确定以及输出等步骤；电路故障检测系统包括电流传感器、获取模块、上传模块、储存模块、计算模块I、计算模块II、计算模块III、计算模块IV、判断模块I、定位模块、计算模块V、计算模块VI、判断模块II以及输出模块。本发明能够时刻对线路故障进行监测，提高对电路故障的检测精度，实现电路故障的在线检测。

Description

一种基于物联网的电路故障检测方法、系统、装置及介质
技术领域
本发明涉及电路检测的技术领域，尤其是涉及一种基于物联网的电路故障检测方法、系统、装置及介质。
背景技术
配电网是指从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网。是由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成的，在电力网中起重要分配电能作用的网络。
当前，在对输电线路的故障进行检测时，工人通常通过排除法对输电线路的各个分段进行检测，当检测到某一线路分段出现故障时，对输电线路及时维修。
但是，由于输电线路距离较长，当输电线路发生故障时，无法及时发现线路的故障，以及线路故障的位置，如何实现对电路故障的在线监测，提高对电路故障的检测精度，是电网行业亟待解决的问题。
发明内容
为了能够提高对电路故障的检测精度，实现电路故障的在线监测，本发明提供了一种基于物联网的电路故障检测方法、系统、装置及介质。
第一方面，本发明提供的一种基于物联网的电路故障检测方法，采用如下的技术方案：
一种基于物联网的电路故障检测方法，包括以下步骤：
监测：对输电线路上的N个节点L进行监测；
信息获取：获取K次节点L的监测电流；
信息上传：将信息获取步骤中获取的监测电流信息上传至储存数据库；
建立储存数据库：储存信息上传步骤中上传的监测电流的信息；
电流分量计算：包括周期分量计算步骤以及非周期分量计算步骤：
周期分量计算：计算监测电流的周期分量/>，周期分量/>的计算模型如下：
；
非周期分量计算：计算监测电流的非周期分量/>，非周期分量/>的计算模型如下：
；
式中，为初始相位；
实际相位计算：计算实际相位，实际相位/>的计算模型如下：
；
相位差值计算：计算相位差值；相位差值/>的计算模型如下：
；
式中，f为监测电流的频率，M为常数；/>为第N个节点的监测电流的相位，/>为第N-M个节点的监测电流的相位，/>为第N-M-1个节点的监测电流的相位；
相位波动判断：设置第一阈值以及第二阈值/>，若/>∈[/>]，则输电线路中电流较为稳定，输电线路未出现故障；若/>∉[/>]，则输电线路中电流不稳定，输电线路出现故障。
通过采用上述技术方案，在对输电线路进行故障检测时，对输电线路上的N个节点进行电流监测，每个节点进行K次监测，进而获得监测电流，之后对监测电流/>的周期分量/>以及非周期分量/>进行计算，通过周期分量/>以及非周期分量/>获得监测电流/>的实际相位/>以及相位差值/>，若/>∈[/>]，则输电线路中电流较为稳定，输电线路未出现故障；若/>∉[/>]，则输电线路中电流不稳定，输电线路出现故障，由于在对输电线路进行故障检测时K个监测点时刻对输电线路进行监测，进而可快速获得输电线路是否发生故障的信息，由于相位的波动引起电流的波动，通过相位差值的波动情况判断电流是否稳定，进而提高对输电线路故障检测的精度。
可选的，所述相位波动判断步骤后还设置有故障位置确定步骤以及输出步骤；
故障位置确定：当相位波动判断步骤中∉[/>]时，则第N-M个节点确定为故障位置，并执行输出步骤；
输出：输出故障位置为第N-M个节点。
通过采用上述技术方案，当相位波动判断步骤中∉[/>]时，电流的相位波动不属于正常范围，通过计算出波动较大相位差值/>，进而获得出现故障的监测点，进而实现对输电线路发生故障的阶段进行精准定位。
可选的，所述相位波动判断步骤后还设置有极值计算步骤以及极值判断步骤；
极值计算：计算节点的电流极值Im，节点的电流极值Im的计算模型如下：
；
极值判断：设置稳定电流值IQ，若Im＞IQ，或Im＜IQ，则输电线路存在故障，若Im＝IQ，则输电线路无故障发生。
通过采用上述技术方案，由于输电线路在发生故障时，输电线路上的断路或短路都会引起电流的极值变化，当检测到的电流极值不等于输电线路上的稳定输电电流时，则证明输电线路出现故障，通过对电流极值的计算，并与稳定电流值进行比较，进而判断输电线路是否出现故障，进而实现对输电线路是否出现故障的在线检测。
第二方面，本发明提供的一种基于物联网的电路故障检测系统，采用如下的技术方案：
一种基于物联网的电路故障检测系统，包括监测终端以及检测终端，所述监测终端包括电流传感器、获取模块、上传模块以及储存模块，所述检测终端包括计算模块I、计算模块II、计算模块III、计算模块IV、计算模块V以及判断模块I；所述电流传感器设置在输电线路上，所述电流传感器设置有K个；
电流传感器：输出端与获取模块的输入端电信号连接，用于对输电线路上的N个节点L进行监测；
获取模块：输入端与电流传感器的输出端电信号连接，输出端与上传模块的输入端电信号连接，用于获取K次节点L的监测电流；
上传模块：输入端与获取模块的输出端电信号连接，输出端与储存模块的输入端电信号连接，用于将获取模块中获取的监测电流信息上传至储存模块；
储存模块：输出端与计算模块I的输入端电信号连接，用于将上传模块上传的信息进行储存；
计算模块I：输出端与计算模块II的输入端电信号连接，计算监测电流的周期分量/>，周期分量/>的计算模型如下：
；式中，/>为初始相位；
计算模块II：输出端与计算模块III的输入端电信号连接，计算监测电流的非周期分量/>，非周期分量/>的计算模型如下：
；
计算模块III：输出端与计算模块IV的输入端电信号连接，计算实际相位，实际相位/>的计算模型如下：
；
计算模块IV：输出端与计算模块V的输入端电信号连接，用于计算实际相位，实际相位/>的计算模型如下：
；
计算模块V：输出端与判断模块I计算相位差值；相位差值/>的计算模型如下：
；
式中，f为监测电流的频率，M为常数；/>为第N个节点的监测电流的相位，/>为第N-M个节点的监测电流的相位，/>为第N-M-1个节点的监测电流的相位；
判断模块I：在判断模块I中设置第一阈值以及第二阈值/>，若/>∈[/>]，则输电线路中电流较为稳定，输电线路未出现故障；若/>∉[/>]，则输电线路中电流不稳定，输电线路出现故障。
可选的，所述检测终端还包括定位模块以及输出模块；
定位模块：输入端与判断模块I的输出端电信号连接，输出端与输出模块的输入端电信号连接，当判断模块I中∉[/>]时，则第N-M个监测点确定为故障位置，并执行输出模块；
输出模块：输出故障位置为第N-M个节点。
可选地，所述检测终端还包括计算模块V以及判断模块II；
计算模块VI：输入端与判断模块I的输出端电信号连接，输出端与判断模块II的输入端电信号连接，用于计算节点的电流极值Im，节点的电流极值Im的计算模型如下：
；
判断模块II：输入端与计算模块VI的输出端电信号连接，设置稳定电流值IQ，若Im＞IQ，或Im＜IQ，则输电线路存在故障，若Im＝IQ，则输电线路无故障发生。
第三方面，本发明提供一种基于物联网的电路故障检测装置，采用如下技术方案：
一种装置，包括处理器以及储存器，所述储存器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述储存器存储的计算机程序，以使所述装置执行如第一方面所述的方法。
第四方面，本发明提供的一种基于物联网的电路故障检测介质，采用如下的技术方案：
一种介质，其上存储有计算机程序；所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的方法。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1. 由于在对输电线路进行故障检测时K个监测点时刻对输电线路进行监测，进而可快速获得输电线路是否发生故障的信息，由于相位的波动引起电流的波动，通过相位差值的波动情况判断电流是否稳定，进而提高对输电线路故障检测的精度。
2. 电流的相位波动不处于正常范围时，通过计算出波动较大相位差值，进而获得出现故障的监测点，进而实现对输电线路发生故障的阶段进行精准定位。
3. 由于输电线路在发生故障时，输电线路上的断路或短路都会引起电流的极值变化，当检测到的电流极值不等于输电线路上的稳定输电电流时，则证明输电线路出现故障，通过对电流极值的计算，并与稳定电流值进行比较，进而判断输电线路是否出现故障，进而实现对输电线路是否出现故障的在线检测。
附图说明
图1是本申请实施例1的流程示意图；
图2是本申请实施例2的系统图；
图3是本申请实施例3的总线通信结构示意图。
具体实施方式
以下结合图1至图3对本发明作进一步详细说明。
实施例1：本实施例公开了一种基于物联网的电路故障检测方法，参照图1，一种基于物联网的电路故障检测方法包括以下步骤：
S1：监测：对输电线路上的N个节点L进行监测。
例如：通过电流传感器对输电线路上的10个节点进行电流监测。
S2：信息获取：获取K次节点L的监测电流。
例如：对第1个节点进行3次监测获得的监测电流为；对第4个节点进行监测获得的监测电流为/>。
S3：信息上传：将信息获取步骤中获取的监测电流信息上传至储存数据库。
S4：建立储存数据库：储存信息上传步骤中上传的监测电流的信息。
S5：电流分量计算：包括S51周期分量计算步骤以及S52非周期分量计算步骤：
S51：周期分量计算：计算监测电流的周期分量/>，周期分量/>的计算模型如下：
。
S52：非周期分量计算：计算监测电流的非周期分量/>，非周期分量/>的计算模型如下：
，式中，/>为初始相位。
S6：实际相位计算：计算实际相位，实际相位/>的计算模型如下：
。
S7：相位差值计算：计算相位差值；相位差值/>的计算模型如下：
；
式中，f为监测电流的频率，M为常数；/>为第N个节点的监测电流的相位，/>为第N-M个节点的监测电流的相位，/>为第N-M-1个节点的监测电流的相位。
当输电线路没有发生故障时，电流处于稳定状态，各节点之间的相位差值保持一定，当输电线路发生故障时，电流不稳定，各节点之间的相位差会发生改变；例如：第一个节点的相位为π，第二个节点的相位差π，第三个节点的相位为二分之三π，则线路出现故障。
S8：相位波动判断：设置第一阈值以及第二阈值/>，若/>∈[/>]，则输电线路中电流较为稳定，输电线路暂未出现故障，并执行S10步骤；若/>∉[/>]，则输电线路中电流不稳定，输电线路出现故障，并执行S9步骤。
S9：故障位置确定：当相位波动判断步骤中∉[/>]时，则第N-M个节点确定为故障位置，并执行输出步骤。
S10：极值计算：计算节点的电流极值Im，节点的电流极值Im的计算模型如下：
；
S11：极值判断：设置稳定电流值IQ，若Im＞IQ，或Im＜IQ，则输电线路存在故障，若Im＝IQ，则输电线路无故障发生。
S12：输出：输出故障位置为第N-M个节点。
本实施例一种基于物联网的电路故障检测方法的实施原理为：
在输电线路上通过设置电流传感器对电流进行监测，并获取节点的监测电流，将获取的监测电流上传至储存数据库中，之后调用储存数据库中的监测电流数据，计算监测电流的周期分量以及非周期分量/>，通过周期分量/>以及非周期分量/>计算出监测电流的实际相位，/>，通过实际相位/>计算出第N个节点、第/>个节点、第/>为第N-M-1个节点之间的相位差/>，然后设置第一阈值/>以及第二阈值/>对相位差/>的波动情况进行判断，若/>∈[/>]，则输电线路中电流较为稳定，输电线路未出现故障，并计算节点的电流极值Im，并对节点的电流极值Im进行判断，设置稳定电流值IQ，若Im＞IQ，或Im＜IQ，则输电线路存在故障，若Im＝IQ，则输电线路无故障发生；若/>∉[/>]，则输电线路中电流不稳定，输电线路出现故障，并确定故障位置为第N-M个节点，并输出故障位置。
实施例2：本实施例公开了一种基于物联网的电路故障检测系统，参照图2，一种基于物联网的电路故障检测系统包括监测终端以及检测终端，所述监测终端包括电流传感器、获取模块、上传模块以及储存模块，所述检测终端包括计算模块I、计算模块II、计算模块III、计算模块IV、判断模块I、定位模块、计算模块V、计算模块VI、判断模块II以及输出模块；所述电流传感器设置在输电线路上，所述电流传感器设置有K个；
电流传感器：输出端与获取模块的输入端电信号连接，用于对输电线路上的N个节点L进行监测。
获取模块：输入端与电流传感器的输出端电信号连接，输出端与上传模块的输入端电信号连接，用于获取K次节点L的监测电流。
上传模块：输入端与获取模块的输出端电信号连接，输出端与储存模块的输入端电信号连接，用于将获取模块中获取的监测电流信息上传至储存模块。
储存模块：输出端与计算模块I的输入端电信号连接，用于将上传模块上传的信息进行储存。
计算模块I：输出端与计算模块II的输入端电信号连接，计算监测电流的周期分量/>，周期分量/>的计算模型如下：
；式中，/>为初始相位。
计算模块II：输出端与计算模块III的输入端电信号连接，计算监测电流的非周期分量/>，非周期分量/>的计算模型如下：
。
计算模块III：输出端与计算模块IV的输入端电信号连接，计算实际相位，实际相位/>的计算模型如下：
。
计算模块IV：输出端与计算模块V的输入端电信号连接，用于计算实际相位，实际相位/>的计算模型如下：
。
计算模块V：输出端与判断模块I的输入端电信号连接，用于计算相位差值；相位差值/>的计算模型如下：
；
式中，f为监测电流的频率，M为常数；/>为第N个节点的监测电流的相位，/>为第N-M个节点的监测电流的相位，/>为第N-M-1个节点的监测电流的相位。
判断模块I：在判断模块I中设置第一阈值以及第二阈值/>，若/>∈[/>]，则输电线路中电流较为稳定，输电线路未出现故障；若/>∉[/>]，则输电线路中电流不稳定，输电线路出现故障。
定位模块：输入端与判断模块I的输出端电信号连接，输出端与输出模块的输入端电信号连接，当判断模块I中∉[/>]时，则第N-M个监测点确定为故障位置，并执行输出模块。
计算模块VI：输入端与判断模块I的输出端电信号连接，输出端与判断模块II的输入端电信号连接，用于计算节点的电流极值Im，节点的电流极值Im的计算模型如下：
；
判断模块II：输入端与计算模块VI的输出端电信号连接，设置稳定电流值IQ，若Im＞IQ，或Im＜IQ，则输电线路存在故障，若Im＝IQ，则输电线路无故障发生。
输出模块：输出故障位置为第N-M个节点。
本实施例一种基于物联网的电路故障检测系统的实施原理为：
电流传感器对输电线路上的N个节点L进行监测，获取模块获取K次节点L的监测电流，上传模块将获取模块中获取的监测电流/>信息上传至储存模块，储存模块将上传模块上传的信息进行储存。
计算模块I计算监测电流的周期分量/>，计算模块II计算监测电流/>的非周期分量/>，计算模块III计算实际相位/>，计算模块IV计算实际相位/>，计算模块V计算相位差值/>；在判断模块I中设置第一阈值/>以及第二阈值/>，若/>∈[/>]，则输电线路中电流较为稳定，输电线路未出现故障；若/>∉[/>]，则输电线路中电流不稳定，输电线路出现故障。当输电线路出现故障时，判断模块I中/>∉[/>]时，则第N-M个监测点确定为故障位置，并执行输出模块。计算模块VI计算节点的电流极值Im，判断模块II中设置稳定电流值IQ，若Im＞IQ，或Im＜IQ，则输电线路存在故障，若Im＝IQ，则输电线路无故障发生。
实施例3：本实施例公开了一种基于物联网的电路故障检测装置，参照图3，检测装置包括：
储存器，用于储存计算机程序；
处理器，用于执行储存器储存的计算机程序，进而实现实施例1中所述的方法。
储存器可以包括用于储存数据或指令的大容量储存器。举例来说而非限制，储存器可以包括硬盘、软盘、闪存、光盘、磁光盘、磁带或者两个或更多个以上这些的组合。在合适的情况下，储存器可包括可移除或不可移除(或固定)的介质。在合适的情况下，储存器可在数据处理装置的内部或外部。在特定实施例中，储存器是非易失性固态储存器。在特定实施例中，储存器包括只读储存器(ROM)。在合适的情况下，该ROM可以是掩模编程的ROM、可编程ROM(PROM)、可擦除PROM(EPROM)、电可擦除PROM(EEPROM)、电可改写ROM(EBROM)或者两个或更多个以上这些的组合。
实施例4：本实施例公开了一种基于物联网的电路故障检测的计算机储存介质，其中，该计算机储存介质存储有程序，该程序执行时能够实现实施例1中所记载的方法的部分或全部步骤。
以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于物联网的电路故障检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
监测：对输电线路上的N个节点L进行监测；
信息获取：获取K次节点L的监测电流；
信息上传：将信息获取步骤中获取的监测电流信息上传至储存数据库；
建立储存数据库：储存信息上传步骤中上传的监测电流的信息；
电流分量计算：包括周期分量计算步骤以及非周期分量计算步骤：
周期分量计算：计算监测电流的周期分量/>，周期分量/>的计算模型如下：
；
非周期分量计算：计算监测电流的非周期分量/>，非周期分量/>的计算模型如下：
；
式中，为初始相位；
实际相位计算：计算实际相位，实际相位/>的计算模型如下：
；
相位差值计算：计算相位差值；相位差值/>的计算模型如下：
；
式中，f为监测电流的频率，M为常数；/>为第N个节点的监测电流的相位，/>为第N-M个节点的监测电流的相位，/>为第N-M-1个节点的监测电流的相位；
相位波动判断：设置第一阈值以及第二阈值/>，若/>∈[/>]，则输电线路中电流较为稳定，输电线路未出现故障；若/>∉[/>]，则输电线路中电流不稳定，输电线路出现故障。
2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的电路故障检测方法，其特征在于：所述相位波动判断步骤后还设置有故障位置确定步骤以及输出步骤；
故障位置确定：当相位波动判断步骤中∉[/>]时，则第N-M个节点确定为故障位置，并执行输出步骤；
输出：输出故障位置为第N-M个节点。
3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的电路故障检测方法，其特征在于：所述相位波动判断步骤后还设置有极值计算步骤以及极值判断步骤；
极值计算：计算节点的电流极值Im，节点的电流极值Im的计算模型如下：
；
极值判断：设置稳定电流值IQ，若Im＞IQ，或Im＜IQ，则输电线路存在故障，若Im＝IQ，则输电线路无故障发生。
4.一种基于物联网的电路故障检测系统，使用权利要求1-3中任意一项所述的基于物联网的电路故障检测方法，其特征在于：包括监测终端以及检测终端，所述监测终端包括电流传感器、获取模块、上传模块以及储存模块，所述检测终端包括计算模块I、计算模块II、计算模块III、计算模块IV、计算模块V以及判断模块I；所述电流传感器设置在输电线路上，所述电流传感器设置有K个；
电流传感器：输出端与获取模块的输入端电信号连接，用于对输电线路上的N个节点L进行监测；
获取模块：输入端与电流传感器的输出端电信号连接，输出端与上传模块的输入端电信号连接，用于获取K次节点L的监测电流；
上传模块：输入端与获取模块的输出端电信号连接，输出端与储存模块的输入端电信号连接，用于将获取模块中获取的监测电流信息上传至储存模块；
储存模块：输出端与计算模块I的输入端电信号连接，用于将上传模块上传的信息进行储存；
计算模块I：输出端与计算模块II的输入端电信号连接，计算监测电流的周期分量/>，周期分量/>的计算模型如下：
；式中，/>为初始相位；
计算模块II：输出端与计算模块III的输入端电信号连接，计算监测电流的非周期分量/>，非周期分量/>的计算模型如下：
；
计算模块III：输出端与计算模块IV的输入端电信号连接，计算实际相位，实际相位/>的计算模型如下：
；
计算模块IV：输出端与计算模块V的输入端电信号连接，用于计算实际相位，实际相位的计算模型如下：
；
计算模块V：输出端与判断模块I计算相位差值；相位差值/>的计算模型如下：
；
式中，f为监测电流的频率，M为常数；/>为第N个节点的监测电流的相位，/>为第N-M个节点的监测电流的相位，/>为第N-M-1个节点的监测电流的相位；
判断模块I：在判断模块I中设置第一阈值以及第二阈值/>，若/>∈[/>]，则输电线路中电流较为稳定，输电线路未出现故障；若/>∉[/>]，则输电线路中电流不稳定，输电线路出现故障。
5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的电路故障检测系统，其特征在于：所述检测终端还包括定位模块以及输出模块；
定位模块：输入端与判断模块I的输出端电信号连接，输出端与输出模块的输入端电信号连接，当判断模块I中∉[/>]时，则第N-M个监测点确定为故障位置，并执行输出模块；
输出模块：输出故障位置为第N-M个节点。
6.根据权利要求5所述的一种基于物联网的电路故障检测系统，其特征在于：所述检测终端还包括计算模块V以及判断模块II；
计算模块VI：输入端与判断模块I的输出端电信号连接，输出端与判断模块II的输入端电信号连接，用于计算节点的电流极值Im，节点的电流极值Im的计算模型如下：
；
判断模块II：输入端与计算模块VI的输出端电信号连接，设置稳定电流值IQ，若Im＞IQ，或Im＜IQ，则输电线路存在故障，若Im＝IQ，则输电线路无故障发生。
7.一种基于物联网的电路故障检测装置，其特征在于：包括处理器以及储存器，所述储存器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述储存器存储的计算机程序，以使所述装置执行如权利要求1-3中任意一项所述的方法。
8.一种基于物联网的电路故障检测介质，其特征在于：其上存储有计算机程序；其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-3中任意一项所述的方法。
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