基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统,包括线路信息测量单元、配电网监控主站，所述线路信息测量单元与配电网监控主站无线连接；所述线路信息测量单元包括设于三相交流电的B相上的主节点测量装置，设于三相交流电A相上的第一子节点测量装置，设于三相交流电C相的第二子节点测量装置，所述第一子、第二子节点测量装置分别与主节点测量装置无线通信连接，主节点测量装置与配电网监控主站无线通信连接。本实用新型结构简单，能够为配电网监控主站的工作人员提供准确的线路运行状况，及时发现接地故障，并及时定位接地故障点，极大地提高了接地故障找寻的工作效率，避免接地故障造成严重的经济损失。本实用新型适用于任意变压器的主要线路。
【专利说明】
基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统
技术领域
[0001]本实用新型属于电力系统的在线监测领域，涉及一种基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统。
【背景技术】
[0002]随着我国电力事业的不断发展，对于电力系统的管理工作也需要不断提高，以保证电力系统的正常运行。但是目前，我国的电力系统配电网除了变电站外，线路上没有安装任何电流、电压测量装置，导致每条线路和主要的变压器的运行状态均是未知的，无法形成对电力系统的充分管理，最终无法及时完成对配电网运行方式的改变、均衡线路复合、优化线路、延长设备的使用寿命等工作。
[0003]另外，我国配电网普遍采用小电力接地系统，结构非常复杂，且容易出现单相接地故障，当配电网的接地系统出现单相接地故障时，非故障相的对地电压会升高，如果发生间歇性弧光接地而会引起谐振过电压时，会令电力系统的绝缘受到威胁，造成严重的短路事故，因此需要尽快找出故障线路，并尽快排除故障。现有技术中，由于故障电流很小，无法直接检测，也无法及时对故障位置进行定位，因此采用人工逐条线路拉闸的方法判断故障线路，当故障线路被断开时，接地故障才消失，通过此种方法可以确定是哪条线路出现了故障。然而这种传统的人工选线查出故障的方法非常浪费时间，不仅浪费人力，而且降低了供电的可靠性和工作效率，影响了供电公司的经济效益，同时这种人工拉闸停电的方式增加了停电概率，对用电用户造成不必要的经济损失。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型要解决的技术问题，是提供一种基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统，能够在线实时监测电力系统线路的电压、电流，一旦发生接地故障能够及时检测出，并及时定位故障位置，提示工作人员采取相应的措施，防止供电事故的发生。
[0005]为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是:
[0006]—种基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统，它包括用于检测三相交流线路电流信息的线路信息测量单元，以及用于控制的配电网监控主站，所述线路信息测量单元与配电网监控主站无线通信连接；
[0007]所述线路信息测量单元包括设于三相交流电的B相上、用于监测B相电流的主节点测量装置，设于三相交流电A相上、用于测量A相电流的第一子节点测量装置，以及设于三相交流电C相上、用于测量C相电流的第二子节点测量装置，所述第一子节点测量装置与第二子节点测量装置分别与主节点测量装置无线通信连接，主节点测量装置则与配电网监控主站无线通信连接。
[0008]作为对本实用新型中主节点测量装置的限定:所述主节点测量装置包括作为控制中心的第一主控模块；
[0009]用于采集B相电流信息的第一电流测量模块，所述第一电流测量模块固设于三相交流电的B相上，其信号输出端连接第一主控模块的信号输入端；
[0010]用于控制配电网电流数据信息同步采集的第一全网定时触发模块，所述第一全网定时触发模块与第一主控模块相连；
[0011]用于与第一、第二子节点测量装置相通信的第一无线通信模块，所述第一无线通信模块一端与第一主控模块相连，另一端分别无线连接第一子节点测量装置与第二子节点测量装置；
[0012]用于与配电网监控主站通信相连的远程通信模块，所述远程通信模块的一端连接第一主控模块，另一端无线连接配电网监控主站。
[0013]作为对本实用新型中第一子节点控制装置的限定:所述第一子节点控制装置包括作为控制中心的第二主控模块；
[0014]用于采集A相电流信息的第二电流测量模块，所述第二电流测量模块固设于三相交流电的A相上，其信号输出端连接第二主控模块的信号输入端；
[0015]用于控制配电网电流数据信息同步采集的第二全网定时触发模块，所述第二全网定时触发模块与第二主控模块相连；
[0016]用于与主节点测量装置相通信的第二无线通信模块，所述第二无线通信模块一端与第二主控模块相连，另一端无线连接第一无线通信模块。
[0017]作为对本实用新型中第二子节点控制装置的限定:所述第二子节点控制装置包括作为控制中心的第三主控模块；
[0018]用于采集C相电流信息的第三电流测量模块，所述第三电流测量模块固设于三相交流电的C相上，其信号输出端连接第三主控模块的信号输入端；
[0019]用于控制配电网电流数据信息同步采集的第三全网定时触发模块，所述第三全网定时触发模块与第三主控模块相连；
[0020]用于与主节点测量装置相通信的第三无线通信模块，所述第三无线通信模块一端与第三主控模块相连，另一端无线连接第一无线通信模块。
[0021]作为对本实用新型中主节点测量装置以及第一子节点测量装置的进一步限定:所述主节点测量装置还包括用于存储所述的第一电流测量模块采集的线路电流数据和第一全网定时触发模块采集的时间信息的第一存储模块，所述第一存储模块与第一主控模块相连接；
[0022]所述第一子节点测量装置还包括用于存储所述的第二电流测量模块采集的线路电流数据和第二全网定时触发模块采集的时间信息的第二存储模块，所述第二存储模块与第二主控模块相连接。
[0023]作为对本实用新型中第二子节点控制装置的进一步限定:所述第二子节点测量装置还包括用于存储所述的第三电流测量模块采集的线路电流数据和第三全网定时触发模块采集的时间信息的第三存储模块，所述第三存储模块与第三主控模块相连接。
[0024]由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，所取得的技术进步在于:
[0025]本实用新型在三相电力线路上设置有限流测量单元，能够实时检测各主要线路和变压器的运行状态，并将检测到的信息传送给配电网监控主站，配电网监控主站的控制中心能够对传送来的数据进行对比、分析，并将分析结果通过图表的形式呈现给工作人员，工作人员通过生成的图表能够判定出各个主要线路的运行情况，一旦发生接地故障，工作人员也可以通过图表第一时间发现，并调取该故障位置的信息，及时作出处理，实现科学调度配电网负荷平衡、最优线路潮流、延长设备的使用寿命和快速定位配电网故障区段的目的。
[0026]本实用新型结构简单，能够为配电网监控主站的工作人员提供准确的线路运行状况，及时发现接地故障，并及时定位接地故障点，极大地提高了接地故障找寻的工作效率，避免接地故障造成严重的经济损失。
[0027]本实用新型适用于任意变压器的主要线路。
[0028]本实用新型下面将结合具体实施例作进一步详细说明。
【附图说明】
[0029]图1为本实用新型实施例的原理框图；
[0030]图2为本实用新型实施例中主节点测量装置的原理框图；
[0031]图3为本实用新型实施例中第一子节点测量装置的原理框图；
[0032]图4为本实用新型实施例中第二子节点测量装置的原理框图。
【具体实施方式】
[0033]实施例基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统
[0034]本实施例提供了一种基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统，如图1所示，它包括:
[0035]线路信息测量单元，本实施例中的线路信息测量单元设于三相交流线路上，用于检测三相交流线路电流信息。本实施例中的线路信息测量单元与现有技术中配电网监控主站无线通信连接。
[0036]本实施例中的线路信息测量单元如图1所示，包括:固设于三相交流电的B相上的主节点测量装置、固设于三相交流电的A相上的第一子节点测量装置，以及固设于三相交流电的C相上的第二子节点测量装置。其中
[0037](I)主节点测量装置用于监测B相的电流信息，为了实现上述功能，本实施例中的主节点测量装置如图2所示，包括:
[0038]第一主控模块，其作为主节点测量装置的控制中心，本实施例采用现有技术中的ARM处理器。
[0039]第一电流测量模块，用于采集B相的电流信息，所述第一电流测量模块固设于三相交流电的B相上，其信号输出端连接第一控制模块的信号输入端。本实施例的第一电流测量模块采用现有技术中的霍尔电流传感器。
[0040]第一全网定时触发模块，用于控制配电网电流数据信息同步采集，并对采集的电流数据匹配时间信息，所述第一全网定时触发模块与第一主控模块相连。本实施例中的第一全网定时模块采用现有技术中的GPS模块即可。
[0041]第一无线通信模块，分别与第一子节点测量装置、第二子节点测量装置相通信，所述第一无线通信模块一端与第一主控模块相连，另一端分别无线连接第一子节点测量装置与第二子节点测量装置，本实施例中的第一无线通信模块采用现有技术中的ZIGBEE模块，能够与其他的ZIGBEE模块近距离自组网，实现信息的无线传送。
[0042]远程通信模块，用于与配电网监控主站通信相连，将第一主控模块得到的所有信息传送给配电网监控主站。所述远程通信模块的一端连接第一主控模块，另一端无线连接配电网监控主站。本实施例中的远程通信模块采用现有技术中的GPRS通信模块即可。
[0043](2)第一子节点测量装置用于监测A相的电流信息，为了实现上述功能，本实施例中的第一子节点测量装置如图3所示，包括:
[0044]第二主控模块，其作为第一子节点测量装置的控制中心，本实施例与第一主控模块相同，即采用现有技术中的ARM处理器。
[0045]第二电流测量模块，用于采集A相的电流信息，所述第二电流测量模块固设于三相交流电的A相上，其信号输出端连接第二控制模块的信号输入端。本实施例的第二电流测量模块与第一电流测量模块相同，即采用现有技术中的霍尔电流传感器。
[0046]第二全网定时触发模块，用于控制配电网电流数据信息同步采集，并未采集的电流数据匹配时间信息，所述第二全网定时触发模块与第二主控模块相连。本实施例中的第二全网定时模块与第一全网定时模块相同，即采用现有技术中的GPS模块即可。
[0047]第二无线通信模块，用于与主节点测量装置相通信，所述第二无线通信模块一端与第二主控模块相连，另一端无线连接主节点测量装置的第一无线通信模块，由于本实施例中的第一无线通信模块采用现有技术中的ZIGBEE模块，因此为了实现与第一无线通信模块之间的无线通信，所述第二无线通信模块也采用现有技术中的ZIGBEE模块，令第二无线通信模块能够与第一无线通信模块近距离形成自组网，实现信息的无线传送。
[0048](3)第二子节点测量装置用于监测C相的电流信息，为了实现上述功能，本实施例中的第一子节点测量装置如图4所示，包括:
[0049]第三主控模块，其作为第二子节点测量装置的控制中心，本实施例与第一、第二主控模块相同，即采用现有技术中的ARM处理器。
[0050]第三电流测量模块，用于采集C相的电流信息，所述第三电流测量模块固设于三相交流电的C相上，其信号输出端连接第三主控模块的信号输入端。本实施例的第三电流测量模块与第一、第二电流测量模块相同，即采用现有技术中的霍尔电流传感器。
[0051]第三全网定时触发模块，用于控制配电网电流数据信息同步采集，并未采集的电流数据匹配时间信息，所述第三全网定时触发模块与第三主控模块相连。本实施例中的第三全网定时模块与第一、第二全网定时模块相同，即采用现有技术中的GPS模块即可。
[0052]第三无线通信模块，用于与主节点测量装置相通信，所述第三无线通信模块一端与第三主控模块相连，另一端无线连接主节点测量装置的第一无线通信模块，由于本实施例中的第一无线通信模块采用现有技术中的ZIGBEE模块，因此为了实现与第一无线通信模块之间的无线通信，所述第三无线通信模块也采用现有技术中的ZIGBEE模块，令第三无线通信模块能够与第一无线通信模块近距离形成自组网，实现信息的无线传送。
[0053]此外，为了完善本实施例，所述主节点测量装置还设置用于存储所述的第一电流测量模块采集的线路电流数据和第一全网定时触发模块采集的时间信息的第一存储模块，以便配电网监控主站对第一存储模块中的电流数据信息和时间信息进行调用，所述第一存储模块与第一主控模块相连接;第一子节点测量装置还包括用于存储所述的第二电流测量模块采集的线路电流数据和第二全网定时触发模块采集的时间信息的第二存储模块，以便配电网监控主站对第二存储模块中的电流数据信息和时间信息进行调用，所述第二存储模块与第二主控模块相连接;所述第二子节点测量装置还包括用于存储所述的第三电流测量模块采集的线路电流数据和第三全网定时触发模块采集的时间信息的第三存储模块，以便配电网监控主站对第三存储模块中的电流数据信息和时间信息进行调用，所述第三存储模块与第三主控模块相连接。且上述的第一存储模块、第二存储模块、第三存储模块均采用现有技术中的SD卡即可。
[0054]本实施例的具体工作原理为:本实施例中的线路测量单元安装在配电网线路上的各个关键测点处，负责采集配电网线路的电流信息;配电网监控主站安装在变电站内，拥有公网固定IP地址，各个关键测点处的主节点测量装置都通过配备的远程通信模块与配电网监控主站之间通过GPRS网络进行远程无线通信。主节点测量装置与所述的第一子节点测量装置和第二子节点测量装置通过所述的ZIGBEE模块近距离无线组网连接，用于主节点测量装置无线接收第一子节点测量装置和第二子节点测量装置上传每一秒内A相和C相50个电流周期的幅值和相位数据信息，以及这些数据的时间信息，并且第一子节点测量装置和第二子节点测量装置能无线接收所述的主节点测量装置的向下查询信息。
[0055]其中，主节点测量装置则直接测量B相线路上的电流周期的幅值、相位数据信息，以及这些数据的时间信息，并将上述的信息存储到第一存储模块中，而第一子节点测量装置与第二子节点测量装置的电流周期的幅值和相位数据信息，以及这些数据的时间信息则存储到各自对应的储存模块中。
[0056]同时，由于各个关键测点处的主节点测量装置和子节点测量装置都内设以GPS系统发出的标准秒脉冲作为配电网同步采样触发信号，启动对电压和电流信号的同步采样，分别计算各个关键测点处电压和电流信号相对于GPS同一时间的相角。由于不同地区的GPS模块接收到的时间误差不到lus，所以用GPS标准秒脉冲的上升沿作为触发信号，可以保证电流电压的全网异地的同步采样。
[0057]本实施例在工作时，各个关键测点处的主节点测量装置都通过GPRS远程无线通讯模块与配电网监控主站保持连接，各个关键测点处的主节点测量装置和子节点测量装置的全网定时触发模块在接收到标准秒脉冲信号到来时刻启动电流电压信号的采样，并利用傅里叶算法把一个周期内采集的瞬时值进行计算，得到线路零序电流信号的幅值和相位信息，然后把这些采集信息以及对应的时标先通过无线通信模块上传到主节点测量装置，再通过主节点测量装置的远程通讯模块以每十分钟的间隔传送给配电网监控主站，并把这些信息存入数据存储到存储模块中留作备份，方便配电网监控主站的查询。配电网监控主站接收到这些数据信息后，从配电网自动化系统中得到同一时间下的变电站变压器中性点电压，并将同时刻的电压和电流信息进行比较，就可以得到二者的相位差，进而判断短路故障在哪个区段上。同时配电网监控主站将接收的数据进行归类整理，并以画面的形式显示出来，方便管理人员进行操作。
[0058]—旦各个子节点测量装置的电流测量模块检测到电流信号瞬时值超过设定的阈值，就立即将该周期电流的幅值和相位信息以及对应的时间先通过无线通信模块上传到主节点测量装置，然后再通过主节点测量装置的远通讯模块传送给配电网监控主站，配单网监控主站根据传送来的信息来选择故障线路，定位故障区段。
[0059]此外，配电网监控主站也可以查询任意时刻线路的电流信息，具体为:配电网监控主站把要查询时刻的命令通过远程通讯模块发送给线路测量单元的主节点测量装置，线路的主节点测量装置通过无线通信模块与相应的子节点测量装置通信，从子节点装置的数据存储模块中读取到相应时刻的电流信息，并把对应时刻的电流信息先通过无线通信模块传送到主节点测量装置，然后主节点测量装置再把这些数据通过远程通讯模块上传到配电网监控主站，以实现双向通信，增强了装置的扩展性能。
[0060]基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统可以在故障进入稳态后确定出故障区段，速度比较理想，但是需要在配电网内安装一定数量的主节点测量装置和子节点测量装置，所确定区段的精度和主节点测量装置、子节点测量装置的安装数目有关，若希望把故障区段确定在一个较小的范围内，则需要的安装数目比较大，若只需要确定故障线路的重要分支，则只需安装在某几个关键测点处即可，在确定了较大范围的故障区段后，可以利用行波法，阻抗法等辅助手段进一步缩小故障区段的范围，形式比较灵活，可以根据用户的实际需求来确定主节点测量装置和子节点测量装置的具体安装数目。
【主权项】
1.一种基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统，其特征在于:它包括用于检测三相交流线路电流信息的线路信息测量单元，以及用于控制的配电网监控主站，所述线路信息测量单元与配电网监控主站无线通信连接； 所述线路信息测量单元包括设于三相交流电的B相上、用于监测B相电流的主节点测量装置，设于三相交流电A相上、用于测量A相电流的第一子节点测量装置，以及设于三相交流电C相上、用于测量C相电流的第二子节点测量装置，所述第一子节点测量装置与第二子节点测量装置分别与主节点测量装置无线通信连接，主节点测量装置则与配电网监控主站无线通信连接。2.根据权利要求1所述的基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统，其特征在于:所述主节点测量装置包括作为控制中心的第一主控模块； 用于采集B相电流信息的第一电流测量模块，所述第一电流测量模块固设于三相交流电的B相上，其信号输出端连接第一主控模块的信号输入端； 用于控制配电网电流数据信息同步采集的第一全网定时触发模块，所述第一全网定时触发模块与第一主控模块相连； 用于与第一、第二子节点测量装置相通信的第一无线通信模块，所述第一无线通信模块一端与第一主控模块相连，另一端分别无线连接第一子节点测量装置与第二子节点测量装置； 用于与配电网监控主站通信相连的远程通信模块，所述远程通信模块的一端连接第一主控模块，另一端无线连接配电网监控主站。3.根据权利要求2所述的基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统，其特征在于:所述第一子节点控制装置包括作为控制中心的第二主控模块； 用于采集A相电流信息的第二电流测量模块，所述第二电流测量模块固设于三相交流电的A相上，其信号输出端连接第二主控模块的信号输入端； 用于控制配电网电流数据信息同步采集的第二全网定时触发模块，所述第二全网定时触发模块与第二主控模块相连； 用于与主节点测量装置相通信的第二无线通信模块，所述第二无线通信模块一端与第二主控模块相连，另一端无线连接第一无线通信模块。4.根据权利要求2或3所述的基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统，其特征在于:所述第二子节点控制装置包括作为控制中心的第三主控模块； 用于采集C相电流信息的第三电流测量模块，所述第三电流测量模块固设于三相交流电的C相上，其信号输出端连接第三主控模块的信号输入端； 用于控制配电网电流数据信息同步采集的第三全网定时触发模块，所述第三全网定时触发模块与第三主控模块相连； 用于与主节点测量装置相通信的第三无线通信模块，所述第三无线通信模块一端与第三主控模块相连，另一端无线连接第一无线通信模块。5.根据权利要求3所述的基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统，其特征在于:所述主节点测量装置还包括用于存储所述的第一电流测量模块采集的线路电流数据和第一全网定时触发模块采集的时间信息的第一存储模块，所述第一存储模块与第一主控模块相连接； 所述第一子节点测量装置还包括用于存储所述的第二电流测量模块采集的线路电流数据和第二全网定时触发模块采集的时间信息的第二存储模块，所述第二存储模块与第二主控模块相连接。6.根据权利要求4所述的基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统，其特征在于:所述第二子节点测量装置还包括用于存储所述的第三电流测量模块采集的线路电流数据和第三全网定时触发模块采集的时间信息的第三存储模块，所述第三存储模块与第三主控模块相连接。
【文档编号】G08C17/02GK205691715SQ201620538161
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月6日 公开号201620538161.0, CN 201620538161, CN 205691715 U, CN 205691715U, CN-U-205691715, CN201620538161, CN201620538161.0, CN205691715 U, CN205691715U
【发明人】王晨, 周毅, 于润波, 赵忠泽, 李巍, 汤青松
【申请人】国网冀北电力有限公司张家口供电公司, 国家电网公司