一种可移动式低压电能质量监测系统及方法与流程

技术领域

本发明涉及低压配电网计量管理技术领域，尤其是一种可移动式低压电能质量监测系统及方法。

背景技术：

随着科学技术的发展和生产水平的提高，各种各样的电力电子设备被广泛的应用，尤其是动态非线性负载的应用，造成电力系统中具有暂态和冲击特性的无功功率，电网中的电压、电流波形畸变、三相不平衡、低电压等情况日趋严重，电力“污染”，严重影响了电力系统的正常运行和用电设备的稳定。

要想治理低压配电线路的电能质量问题，首先势必需要掌握线路电能质量问题的具体情况，包括出现问题的线路名称、具体问题（三相不平衡、低电压或某相线路满负荷）以及问题程度（轻微、需要注意或严重）。然而，依靠电工仪表和控制电器实现配电、控制、保护、监视等功能，再大量依靠人工对电网运行状态进行监测、管理、人工计算与制作报表的方式显然无法满足我们掌握低压配网线路情况的要求。随着电力行业综合管理业务要求的不断提高，利用计算机网络与监测系统相结合构成网络智能监控系统成为配电网监测的发展趋势。

技术实现要素：

本发明的首要目的在于提供一种采用便携可移动式设计，可以满足不同线路的监测要求，操作方便、简单易行的可移动式低压电能质量监测系统。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种可移动式低压电能质量监测系统，包括监测主站以及多个可移动式且具有计量功能和台区识别功能的信号采集单元，所述信号采集单元由主信号采集单元和多个从信号采集单元组成，所述监测主站与主信号采集单元之间、监测主站与从信号采集单元之间均采用无线网络通讯；所述主信号采集单元安装在待监测的变压器出口处线路上，所述从信号采集单元安装在待监测的分支线路上，所述主信号采集单元、从信号采集单元之间载波通信，所述监测主站外接用于实现监测线路异常短信告警的GSM模块。

所述监测主站包括服务器群组和远程客户端，所述服务器群组由通讯服务器、数据库服务器、应用服务器、关系数据库和实时数据库组成，所述远程客户端由多个工作站组成，所述通讯服务器分别与主信号采集单元、多个从信号采集单元、数据库服务器双向通讯，所述数据库服务器分别与关系数据库、实时数据库、应用服务器、远程客户端双向通讯，所述应用服务器与GSM模块双向通讯。

所述主信号采集单元和从信号采集单元的电路相同；所述主信号采集单元包括微处理器，其信号输入端与A/D转换模块的信号输出端相连，所述A/D转换模块的信号输入端分别接用于采集电网三相电流信号的电流互感器和用于采集电网三相电压信号的电压互感器，所述微处理器的信号输出端与继电器的控制端相连，所述微处理器通过继电器与电压互感器的输入端相连，所述微处理器分别与GPRS模块、载波模块和人机交互模块双向通讯。

所述电流互感器内置在电流钳内，所述电流钳套设在所需监测的三相四线线路的A、B、C相和N相电缆线上；所述电压互感器的输入端通过电压夹直接接入三相四线线路的A、B、C相和N相电缆线上。

本发明的另一目的在于提供一种可移动式低压电能质量监测系统的监测方法，该方法包括下列顺序的步骤：

（1）首先，将主信号采集单元安装在待监测的变压器出口处线路上，将从信号采集单元安装在待监测的分支线路上，主信号采集单元和从信号采集单元的电压夹直接接入三相四线线路A、B、C和N相电缆线上，主信号采集单元和从信号采集单元的电流钳套接于线路A、B、C和N相电缆线上；

（2）从信号采集单元通过继电器依次在A、B、C和N相之间产生不同特征信号的电流方波，主信号采集单元采集到对应的电流脉冲信号后，通过载波方式向从信号采集单元反馈相应信息，从而定位出从信号采集单元所处的分支是否在当前台区，若该分支不属于当前台区，则拆除安装在该分支上的从信号采集单元，将从信号采集单元安装到下一待监测的分支线路继续监测；

（3）当所有待监测的分支线路的从信号采集单元安装完成后，监测主站根据线路拓扑结构以及安装的主信号采集单元和从信号采集单元的位置，绘制拓扑图，建立对应线路拓扑数学模型；

（4）主信号采集单元和从信号采集单元将采集的线路电压、电流数据量通过GPRS传送至监测主站；

（5）监测主站根据线路拓扑结构，计算每个分支的线损，并判断线损是否超标以及线路是否超负荷；

（6）监测主站判断线路异常后，通过GSM模块将异常信息短信发送至线路负责人处。

所述的线损超标判断的方法是，监测主站按照从信号采集单元实时上传的电压电流信号，以日为单位统计单位时间内每个分支采集点的电量，再按照线路拓扑结构，计算对应线路线损率；当线损率超过预先配置的整定值时，判断为线损超标。

所述的线路超负荷的判断方法是，首先按照线路建设标准，给每条分支线路设定一个线路负荷上限电流整定值，当该条分支线路上安装的从信号采集单元采集到的线路电流超过整定值的设定范围时，判断当前线路超负荷。

由上述技术方案可知，本发明中的信号采集单元，包括主信号采集单元和从信号采集单元采用便携可移动式设计，可以满足不同线路的监测要求，监测方法操作方便，简单易行；信号采集单元具备台区识别功能，可以边安装边识别线路，由于低压线路用户多，结构复杂，只有在正确识别线路关系的前提下，才能对线路进行正确的监测；监测主站采用C/S结构设计，功能强大，并配备GSM模块，用户通过此平台可以快速、安全、全面的了解和掌握辖区低压配电线路的状态，即时获取线路异常信息，减少人工排查工作量。

附图说明

图1、3均为本发明的系统组成示意图；

图2为本发明中主信号采集单元的电路框图。

具体实施方式

如图1所示，一种可移动式低压电能质量监测系统，包括监测主站30以及多个可移动式且具有计量功能和台区识别功能的信号采集单元，所述信号采集单元由主信号采集单元10和多个从信号采集单元20组成，所述监测主站30与主信号采集单元10之间、监测主站30与从信号采集单元20之间均采用无线网络通讯；所述主信号采集单元10安装在待监测的变压器出口处线路上，所述从信号采集单元20安装在待监测的分支线路上，在这里，分支支路包括低压线路的电缆分支箱、电力线路末端、大功率负荷接入点或用户关注点等处，所述主信号采集单元10、从信号采集单元20之间载波通信，所述监测主站30外接用于实现监测线路异常短信告警的GSM模块40。所述的台区识别方法是通过载波通信和产生不同相别特征的电流脉冲信号相结合的方式，避免了传统的台区识别方法，仅仅通过载波方式识别台区信息时，距离相近的台区跨台区误判的弊端。所述相别特征是指A,B,C与N相之间分别产生不同脉冲宽度的电流脉冲信号。

如图3所示，所述监测主站30包括服务器群组31和远程客户端32，采用C/S架构，所述服务器群组31由通讯服务器、数据库服务器、应用服务器、关系数据库和实时数据库组成，所述远程客户端32由多个工作站组成，所述通讯服务器分别与主信号采集单元10、多个从信号采集单元20、数据库服务器双向通讯，所述数据库服务器分别与关系数据库、实时数据库、应用服务器、远程客户端32双向通讯，所述应用服务器与GSM模块40双向通讯。工作站是低压用电信息监测的主要人机界面，可配置作员工作站、工程师工作站等。服务器群组31系统采用当前流行的windows操作系统，服务器群组31是Client/Server模式中的关键设备，是低压用电信息监测系统的数据核心。通讯服务器与现场采集单元通讯，实现数据采集交互；数据库服务器存放所有的数据，包括参数配置、告警信息、操作维护记录、现场采集数据等；应用服务器是系统的控制、维护、分析、统计的数据中心，其外接GSM模块40，实现异常信息短信报警功能。

如图2所示，所述主信号采集单元10和从信号采集单元20的电路相同；所述主信号采集单元10包括微处理器，其信号输入端与A/D转换模块的信号输出端相连，所述A/D转换模块的信号输入端分别接用于采集电网三相电流信号的电流互感器即图2所示的CT和用于采集电网三相电压信号的电压互感器即图2所示的PT，所述微处理器的信号输出端与继电器的控制端相连，所述微处理器通过继电器与电压互感器的输入端相连，通过有序的控制A、B、C三相和N相之间继电器的通断，产生具有相别特征的电流方波型号，主信号采集单元10、从信号采集单元20之间通过载波通信方式交互采集到的电流脉冲信息，实现台区识别。所述微处理器分别与GPRS模块、载波模块和人机交互模块双向通讯，所述人机交互模块包括按键和液晶显示屏，通过按键输入可设置设备的主、从工作模式，通过液晶屏可显示台区识别信息。电压信号接入电源模块的输入端，经过电压转换输出12V电源供整个设备供电。信号采集单元采用开口式设计，采用高导磁镍钢或硅钢，线性度好、灵敏度高、稳定性好。采用手拧式螺丝固定，无额外固定工具；外壳采用金属壳体设计，保证信号采集终端的防水、防尘、防晒性能满足户外需求；内置SIM卡槽，支持GPRS通讯；具备微型通讯管理机，可配置接入系统设备规约。

所述电流互感器内置在电流钳内，所述电流钳套设在所需监测的三相四线线路的A、B、C相和N相电缆线上；所述电压互感器的输入端通过电压夹直接接入三相四线线路的A、B、C相和N相电缆线上。通过电压夹和开口式的电流钳将低压线路侧电压和电流接入电网，实现可移动式设计。主信号采集单元的安装方式和从信号采集单元的安装方式相同。需要安装的主信号采集单元10的数量和需要监测的变压器数量一致，需要安装的从信号采集单元20的数量和需要监测的线路关注点数量一致。

工作站是低压用电信息监测的主要人机界面，其通过局域网远程数据库连接直接访问数据库服务器。根据现场需求可配置成操作员工作站、工程师工作站等。操作员工作站用于集中显示监测设备的工作状态及各类运行信息，并可实时显示各种告警信息，同时，用户的各种操作都在该工作站上完成。用户还可通过工作站进行各类数据的查询与统计；还用于进行系统权限分配和管理，进行人员、设备的管理，进行数据统计、报表等管理工作，并通过打印机打印相应的各类报表等资料。工程师工作站用于系统参数的更改和配置，例如设定线路负荷上限整定值等。在权限许可时，它也可以充当操作员工作站，完成相同的功能。

从信号采集单元在线路不停电、不断线的状况下，分散的安装于低压线路电缆分支箱、电力线路末端、大功率负荷接入点或用户关注点等处，快速检测线路电流大小，采集电参量，通过GPRS传送至监测主站30，实现线路在线监测。

本监测方法包括下列顺序的步骤：

（1）首先，将主信号采集单元10安装在待监测的变压器出口处线路上，将从信号采集单元20安装在待监测的分支线路上，主信号采集单元10和从信号采集单元20的电压夹直接接入三相线路A、B、C和N相电缆线上，主信号采集单元10和从信号采集单元20的电流钳套接于线路A、B、C和N相电缆线上；N相是三相四线线路的零线；

（2）从信号采集单元20通过继电器依次在A、B、C和N相之间产生不同特征信号的电流方波，主信号采集单元10采集到对应的电流脉冲信号后，通过载波方式向从信号采集单元20反馈相应信息，从而定位出从信号采集单元20所处的分支是否在当前台区，若该分支不属于当前台区，则拆除安装在该分支上的从信号采集单元20，将从信号采集单元20安装到下一待监测的分支线路继续监测；

（3）当所有待监测的分支线路的从信号采集单元20安装完成后，监测主站30根据线路拓扑结构以及安装的主信号采集单元10和从信号采集单元20的位置，绘制拓扑图，建立对应线路拓扑数学模型；

（4）主信号采集单元和从信号采集单元将采集的线路电压、电流数据量通过GPRS传送至监测主站30；

（5）监测主站30根据线路拓扑结构，计算每个分支的线损，并判断线损是否超标以及线路是否超负荷；

（6）监测主站30判断线路异常后，通过GSM模块40将异常信息短信发送至线路负责人处，以便线路管理人员对线路线损异常或线路超负载的精细化分析和异常的情况快速排查。

所述的线损超标判断的方法是，监测主站30按照从信号采集单元实时上传的电压电流信号，以日为单位统计单位时间内每个分支采集点的电量，再按照线路拓扑结构，计算对应线路线损率；当线损率超过预先配置的整定值时，判断为线损超标。例如，母线线路线损率=（线路起始采集点电量-线路末端采集点电量）/线路起始采集点电量，分支线路线损率=(分支点前采集点电量-所有分支线路起始采集点电量之和)/分支点前采集点电量。

所述的线路超负荷的判断方法是，首先按照线路建设标准，给每条分支线路设定一个线路负荷上限电流整定值，当该条分支线路上安装的从信号采集单元采集到的线路电流超过整定值的设定范围时，判断当前线路超负荷。

当所监测的低压变压器无异常后，可拆除该变压器线路下所有的信号采集单元，安装至下一低压变压器继续监测。

综上所述，本发明采用主信号采集单元、从信号采集单元等设备对配电台区及线路关键点进行监测，利用GPRS通信技术，将数据进行远程透明传输，配以监测主站30，将采集来的数据进行分析、存储，当发生故障或出现异常时，向相关负责人手机-短信报警。主信号采集单元、从信号采集单元采用便携可移动式设计，可以满足不同线路的监测要求，监测方法操作方便，简单易行。