专利名称：一种用于供电网络的故障分析监控方法及系统装置的制作方法
技术领域：
本发明主要用于对供电网络的非预期故障和非法窃电情况的监测、反馈、分析和报警，属无线防窃电系统方法和系统装置制造领域。
本发明的总体技术方案是通过对供电网络的电力线输入分叉端线路和某个用户的电能计量装置出线端后面的线路中的矢量电流信号进行采集、计算、处理，从而判别被监控点的用电状况是否处于正常的受控状态。
为实现上述的技术方案，本发明采取了对某个需要监控的电力用户，在供电网络的电力线输入分叉端和电能计量装置的出线端分别安装电流传感器，电流传感器将电力线路中的矢量电流信号输入到智能监测器，智能监测器对导线中的矢量电流的大小和相位进行流差数据分析，通过无线发射模块将流差分析数据定时地发射传输到系统总站的智能分析器，根据预先设定的程序，系统对收集的电力线输入分叉端和电能计量装置的出线端的流差数据进行计算分析和处理，快速、正确地判别出用电网络的正常状态、故障状态和窃电嫌疑状态，并进行提示或报警，因此，本发明是一种彻底的监控漏电故障和窃电嫌疑的安全用电管理方法和系统装置。
本发明技术方案一是利用正常的交流供电线路的各输电导线中的电流矢量和等于零的原理，即对于单相供电线路有 IL+IN＝0……………公式(1)对于三线三线制线路有IA+IB+IC＝0………公式(2)对于三线四线制线路有IA+IB+IC+IN＝0 ……公式(3)二是利用统一无分叉到线中电流相等的原理。
当电流传感器提供给智能监测器的矢量电流信号经分析符合上述公式[(1)、(2)、(3)]的时候，智能监测器将流差分析数据用无线通信方式定期发射传输到系统总站，系统将报告被监控点的用电状况正常；当电流传感器提供给智能监测器的矢量电流信号经分析不符合上述公式[(1)、(2)、(3)]的，智能监测器将流差分析数据发射到系统总站时，系统的智能分析器将根据事先设计的程序，报告被监控点的用电状况是处于何种故障状态；当同一相别的导线在电力线输入分叉端和电能计量装置的出线端的电流传感器和智能监测器监测到的电流信号经系统总站的智能分析器分析不一致时，系统便可以断定在电力线输入分叉端和电能计量装置的出线端这两点之间有漏电或窃电现象。另外，本发明可以根据事先设计的程序，设定不同的故障报警极限参数，同时根据需要可以实时记录各监控点的用电过程的矢量电流差值参数随时间变化的函数曲线，以便对某个监控点的一段时间内的用电状况进行分析，以适合更广泛的用电管理和分析的需求。
本发明的技术方案①一种用于供电网络的故障分析监控方法，在供电网络需要监控的电力线输入分叉端和需要监控的电能计量装置的出线端分别安装电流传感器，用智能监测器对电流传感器探测到的线路的矢量电流信号进行流差计算，通过专用或公用的无线通信网络分别定时且同步地将流差计算数据传输到系统总站，系统总站根据预先设定的程序对收集的流差计算数据进行汇总分析处理，实时记录各监控点的流差参数随时间变化的函数曲线，对供电网络某个监控点的某一时间段的用电状况处于正常或故障状态进行分析并进行提示或报警。对于每个监控点，电力线输入分叉端的电流传感器、智能监测器将电力线输入分叉端的矢量电流信号的流差计算数据定时地传输给系统总站；电能计量装置出线端的电流传感器、智能监测器将用户的电能计量装置的出线端的矢量电流信号的流差计算数据定时地且和电力线输入分叉端的智能监测器同步地传输给系统总站。智能监测器主要由流差分析模块和无线发射模块所组成，无线发射模块能定时地发射传输所监测到的流差计算数据。系统总站由智能分析器和系统主机所组成，智能分析器由无线接收模块和故障分析模块所组成，智能分析器通过专用或公用的无线通信网定时地自动接收监控点的电力线输入分叉端的矢量电流的流差计算数据和用户计量装置出线端的矢量电流的流差计算数据进行汇总分析处理。专用无线通信网指专门为供电系统配置的无线通信网，公用无线通信网指移动通信公司的GSM/CDMA无线通信网。系统主机由通用的电子计算机和根据智能分析器输出的信息能自动执行用电状况正常或故障状态进行提示或报警的应用程序软件。②一种用于供电网络的故障分析监控系统装置，它包括安装在电力线输入分叉端的电流传感器(5)、安装在电力线输入分叉端由流差分析模块和无线发射模块组成的智能监测器(6)、安装在电能计量装置的出线端上的电流传感器(8)、安装在电能计量装置的出线端上智能监测器(9)、由无线发射模块和故障分析模块组成的系统总站的智能分析器(12)、系统总站的主机(11)和系统软件、专用或公用的无线通信网络(4)。每个监控点的电力线输入分叉端的电流传感器(5)和计量装置出线端的电流传感器(8)的配置方案一单相、三相三线或三相四线的供电线路时分别各配置一组2个电流传感器、一组3个电流传感器或一组4个电流传感器，即每根供电导线上均配置一个电流传感器；配置方案二每个探测点即电力线输入分叉端和电能计量装置的出线端各只配置一个电流传感器。电流传感器(5)和智能监测器(6)利用高空架线的电杆安装在离地面较高的明显处或安装在地下电缆隐蔽的地下电力线的分叉接线柜内或将其安装在其他未经授权的人不能轻易操作的地方；电流传感器(8)和智能监测器(9)安装在紧靠用户电能计量装置(7)出线端的位。
本发明与背景技术相比，由于将电流传感技术、计算机数据处理技术和无线通信技术整合为一个可以快速获得供电网络用电状况信息的智能化系统，因此能够实时及时地获得供电线路运行的相关信息。本发明在电力线输入分叉端和电能计量装置的出线端分别同时安装电流传感器和智能监测器监，使得防窃电装置被窃电者破坏的可能性降低到最低，因为无论窃电者如何着手破坏上述的电流传感器和智能监测器，系统总站都能够在第一时间发现并进行报警，锁定出现故障的地点。因此本发明尤其是对在电力线分叉输入端到电力用户的电能计量装置的进线端前之间的供电线路发生漏电、窃电的情况能够瞬间快速反馈、报警，是现有供应的防窃电(漏电)检测装置或相关的仪表所无法完成的，解决了电力系统长期以来想要解决而没有解决的技术难题。其次本发明的系统可以和现有的电力部门的用电管理系统进行结合和兼容。
图2是本发明用于供电网络故障监控系统的工作原理框图。
对于每个监控点，电力线输入分叉端的电流传感器、智能监测器将电力线输入分叉端的矢量电流信号的流差计算数据定时地传输给系统总站；计量装置出线端的电流传感器、智能监测器将用户的电能计量装置的出线端的矢量电流信号的流差计算数据定时地且和电力线输入分叉端的智能监测器同步地传输给系统总站；智能监测器主要由流差分析模块和无线发射模块所组成。
系统总站由智能分析器和系统主机所组成，智能分析器由无线接收模块和故障分析模块所组成，无线发射模块能定时地发射传输所监测到的流差计算数据；智能分析器通过专用或公用的无线通信网定时地自动接收监控点的电力线输入分叉端的矢量电流的流差计算数据和用户计量装置出线端的矢量电流的流差计算数据进行汇总计算处理。
实施例2用于供电网络的故障分析监控系统装置，由以下各部分所组成安装在电力线输入分叉端的电流传感器(5)、安装在电力线输入分叉端由流差分析模块和无线发射模块组成的智能监测器(6)、安装在电能计量装置的出线端上的电流传感器(8)、安装在电能计量装置的出线端上由流差分析模块和无线发射模块组成的智能监测器(9)、由无线接收模块和故障分析模块组成的系统总站的智能分析器(12)、系统总站的主机(11)和系统软件、专用或公用的无线通信网络(4)所组成。对每个监控点的电力线输入分叉端的电流传感器(5)和计量装置出线端的电流传感器(8)的配置，其方案一为单相、三相三线或三相四线的供电线路时分别各配置一组2个电流传感器、一组3个电流传感器或一组4个电流传感器，即每根供电导线上均配置一个电流传感器；方案二为每个探测点即电力线输入分叉端和电能计量装置的出线端各只配置一个电流传感器。
高压供电网络(1)经变压器(2)向低压供电网络(3)输送电能，因为电力用户有多个，为简易起见
图1只画出其中的两个(即用户1和用户2)，下面以用户2为例作为供电网络上需要进行用电状况的监测和控制的点进行解说。一般情况下电能的计量的结果是电压、电流和用电时间这三个变量的函数值，因为电压和时间是有规律的常变量，电流是用电量函数的自变量。如果一个被监控点的供电线路的矢量电流符合公式[(1)、(2)、(3)]的条件，就可以判定该点的用电状况是处于正常的状态之下。电流传感器(5)的作用是检测用户2的电力线输入分叉端的供电线路的工作情况，它安装在电力公司输电线引入用户的分叉端，利用高空架线的电杆安装在离地面较高的明显处或安装在地下电缆隐蔽的地下电力线的分叉接线柜内或将其安装在其他未经授权的人不能轻易操作的地方。电流传感器(8)的作用是检测用户2的用电线路的工作情况，它安装在紧靠用户计量装置(7)出线端的位置。
电流传感器(5)及电流传感器(8)有两种配置方案，第一种配置方案是对于单相、三相三线或三相四线的供电线路时分别各配置一组2个电流传感器、一组3个电流传感器或一组4个电流传感器，即每根供电导线上均配置一个电流传感器，这种配置方案不但可以检测到按公式[(1)、(2)、(3)]远离检测到的矢量电流的差值数据，而且可以检测到电力线输入分叉端和电能计量装置出线端某同一相别的导线中的两个点的电流大小的信号；第二种配置方案是每个探测点只配置一个电流传感器。第二种配置方案适用多芯电缆且导线互相绝缘供电的输电线路，不适用采用裸露导线的输电线路。
智能监测器(6)和智能监测器(9)的作用是将电流传感器(5)及电流传感器(8)采集的矢量电流信号进行流差计算，并将流差计算结果通过无线通信网发射到系统总站。智能监测器(6)紧靠着电流传感器(5)安装，智能监测器(9)紧靠着电流传感器(8)安装，其安装要求与相应的电流传感器安装要求一样。智能监测器的硬件和软件配置应根据电流传感器的配置方案而确定，采用第一种电流传感器的配置方案时，智能监测器应具有与所配置的电流传感器数量同样的输入接口数，并且应具备矢量运算功能。
无线通讯网(4)可以利用现成的移动通信公司的手机通信GSM或CDMA等公用无线通信网，也可以向无管委申请频道单独安装专用的无线通信网。系统总站的智能分析器(12)的作用是通过无线通信网分别接收智能监测器(6)和(9)发来的流差计算数据进行汇总计算处理。系统主机(11)根据智能分析器(12)的汇总计算的数据和事先设定的程序，进行用电情况的分析处理一是按照各监控点流差参数随时间变化绘制用电情况的函数曲线，二是根据流差参数的变化进行用电情况的智能化判别。
下面以第一种电流传感器配置方案为例进行解说，当供电线路和用电线路均处于正常状态的时候，各电流传感器采集到的矢量电流信号必定满足公式[(1)、(2)、(3)]的条件。当智能监测器(6)和及智能监测器(9)反馈到智能分析器(12)的流差参数不满足公式[(1)、(2)、(3)]的条件时，可以这样来事先设定判别原则①电力线输入分叉端矢量电流信号满足公式[(1)、(2)、(3)]、用户的电能计量装置的出线端向量电流信号不满足公式[(1)、(2)、(3)]，可以判定用户的电能计量装置的出线端后面的用电线路发生异常；②电力线输入分叉端矢量电流信号不满足公式[(1)、(2)、(3)]而用户的电能计量装置的出线端矢量电流信号满足公式[(1)、(2)、(3)]，可以判定电力线输入分叉端到用户的电能计量装置的进线端之间的用电线路发生异常，一般的防窃电装置和仪表是无法检测到此类情况的；③电力线输入分叉端矢量电流信号和用户的电能计量装置的出线端矢量电流信号都不满足公式[(1)、(2)、(3)]，可以判定电力线输入分叉端到用户的电能计量装置的进线端之间的用电线路和用户的电能计量装置的出线端后面的用电线路均发生异常情况。系统总站基于上述原则以及智能监测器探测到的流差参数极限值分别报告供用电线路网络中的漏电、短路或窃电嫌疑等情况发生的时间、地点和性质类别。
应该理解到的是上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神的发明创造，均应落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种用于供电网络的故障分析监控方法，其特征是在供电网络需要监控的电力线输入分叉端和需要监控的电能计量装置的出线端分别安装电流传感器，用智能监测器对电流传感器探测到的线路的矢量电流信号进行流差计算，通过专用或公用的无线通信网络分别定时且同步地将流差计算数据传输到系统总站，系统总站根据预先设定的程序对收集的流差计算数据进行汇总分析处理，实时记录各监控点的流差参数随时间变化的函数曲线，对供电网络某个监控点的某一时间段的用电状况处于正常或故障状态进行分析并进行提示或报警。
2.根据权利要求1所述的供电网络的故障分析监控方法，其特征是对于每个监控点，电力线输入分叉端的电流传感器、智能监测器将电力线输入分叉端的矢量电流信号的流差计算数据定时地传输给系统总站；电能计量装置出线端的电流传感器、智能监测器将用户的电能计量装置的出线端的矢量电流信号的流差计算数据定时地且和电力线输入分叉端的智能监测器同步地传输给系统总站。
3.根据权利要求2所述的供电网络的故障分析监控方法，其特征是智能监测器主要由流差分析模块和无线发射模块所组成，无线发射模块能定时地发射传输所监测到的流差计算数据。
4.根据权利要求1或2所述的供电网络的故障分析监控方法，其特征是系统总站由智能分析器和系统主机所组成，智能分析器由无线接收模块和故障分析模块所组成，智能分析器通过专用或公用的无线通信网定时地自动接收监控点的电力线输入分叉端的矢量电流的流差计算数据和用户计量装置出线端的矢量电流的流差计算数据进行汇总分析处理。
5.根据权利要求1所述的供电网络的故障分析监控方法，其特征是专用无线通信网指专门为供电系统配置的无线通信网，公用无线通信网指移动通信公司的GSM/CDMA无线通信网。
6.根据权利要求1或2所述的供电网络的故障分析监控方法，其特征是系统主机由通用的电子计算机和根据智能分析器输出的信息能自动执行用电状况正常或故障状态进行提示或报警的应用程序软件。
7.一种用于供电网络的故障分析监控系统装置，其特征是它包括安装在电力线输入分叉端的电流传感器(5)、安装在电力线输入分叉端由流差分析模块和无线发射模块组成的智能监测器(6)、安装在电能计量装置的出线端上的电流传感器(8)、安装在电能计量装置的出线端上智能监测器(9)、由无线发射模块和故障分析模块组成的系统总站的智能分析器(12)、系统总站的主机(11)和系统软件、专用或公用的无线通信网络(4)。
8.根据权利要求7所述的供电网络的故障分析监控系统装置，其特征是每个监控点的电力线输入分叉端的电流传感器(5)和计量装置出线端的电流传感器(8)的配置方案一单相、三相三线或三相四线的供电线路时分别各配置一组2个电流传感器、一组3个电流传感器或一组4个电流传感器，即每根供电导线上均配置一个电流传感器；配置方案二每个探测点即电力线输入分叉端和电能计量装置的出线端各只配置一个电流传感器。
9.根据权利要求7或8所述的供电网络的故障分析监控系统装置，其特征是电流传感器(5)和智能监测器(6)利用高空架线的电杆安装在离地面较高的明显处或安装在地下电缆隐蔽的地下电力线的分叉接线柜内或将其安装在其他未经授权的人不能轻易操作的地方；电流传感器(8)和智能监测器(9)安装在紧靠用户电能计量装置(7)出线端的位。
全文摘要
一种用于供电网络的故障分析监控的方法和系统装置，在供电网络需要监控的电力线输入分叉端和监控点用户的电能计量装置的出线端分别安装电流传感器、用智能监测器对线路的矢量电流信号进行流差计算，通过专用或公用的无线通信网络分别定时且同步将流差计算数据传输到系统总站；根据预先设定的程序，系统总站对收集的流差计算数据进行汇总分析处理，实时记录各监控点的流差参数随时间变化的函数曲线，对供电网络某个监控点的某一时间段的用电状况处于正常或故障状态进行分析并进行提示或报警。
文档编号G01R31/08GK1479107SQ0313693
公开日2004年3月3日 申请日期2003年5月22日 优先权日2003年5月22日
发明者汪力成, 盛泉根 申请人:华立集团有限公司