一种基于电力载波通信的配电网主设备带电检测的系统的制作方法

本发明涉及配电网带电检测技术领域，尤其是一种基于电力载波通信的配电网主设备带电检测的系统。

背景技术：

国家电网公司一直致力于提高供电可靠性，目前已对输电的主要设备开展带电检测相关工作。然而针对于配网方面的带电检测工作开展得非常少，主要原因是配网的设备量非常大同时还非常的分散，若开展类似主网的带电检测工作，需要投入非常大的人力和物力，且效果不是很理想。

随着居民和相关企业对配网的供电可靠性的要求越来越高，通过对重要的配电线路和重要的设备开展带电检测很有必要，能有效的评估设备的工作状态，在设备运行中检测到设备的缺陷，通过有计划性的安排设备更换，可以避免因设备突然故障而造成供电的中断。

目前，针对配网主设备开展带电检测存在一些困难，没有比较有效的解决办法，本发明专利主要针对配网设备较多且分散、不宜开展现场的带电检测工作，而提出的一种基于电力载波通信的配电网主设备带电检测的系统和方法。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于电力载波通信的配电网主设备带电检测的系统，能提高配电网带电检测的效率，有效的开展带电检测工作。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于电力载波通信的配电网主设备带电检测的系统，包括：n个智能采集单元，集中采集器，智能巡检仪和数据管理平台；n个智能采集单元和集中采集器之间通过电力线载波进行通信，n个智能采集单元和智能巡检仪之间通过小无线进行通信，集中采集器、智能巡检仪和数据管理平台之间通过4G无线专网进行通信，智能巡检仪和集中采集器也可通过小无线进行通信。

优选的，每个智能采集单元包括中央处理单元、局放智能传感器、小无线模块、电力载波模块和信号耦合单元；小无线模块、电力载波模块和局放智能传感器都与中央处理单元通过串口进行通信，电力载波模块和信号耦合单元通过信号线相连接。

优选的，集中采集器包括中央处理单元、专用4G通信模块、小无线模块、电力载波路由模块和信号耦合单元；电力载波路由模块、专用4G通信模块和小无线模块都与中央处理单元通过串口进行通信，电力载波路由模块和信号耦合单元通过信号线相连接。

优选的，智能巡检仪包括中央处理单元、小无线模块、4G模块和触摸屏；4G模块、小无线模块和触摸屏都与中央处理单元通过串口进行通信。

优选的，数据管理平台包括前置采集服务器、数据管理服务器、数据分析服务器、通信交换机和展示平台；前置采集服务器、数据管理服务器、数据分析服务器和展示平台都与通信交换机之间进行以太网通信。

优选的，集中采集器安装在纯架空线路上、纯电缆线路上或混合线路上，智能采集单元相应的安装在纯架空线路上、纯电缆线路上或混合线路上。

本发明的有益效果为：(1)在开展配网的带电检测巡检时，可以在变电站一处查看到多处的设备局放的信息，避免了多处开展检测工作，大大减少了工作量；(2)数据管理平台主站系统每天可以自动分析相关局放图谱，并给出相关告警信息，以便安排相关人员有针对性的开展带电检测的工作；(3)采用本发明的系统和方法，可以大大提高配电网带电检测的效率；(4)对于架空线路上的设备，在不登高的情况下，可以有效的开展带电检测工作。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

图2为本发明的局放智能传感器示意图。

图3为本发明在纯架空线路安装时的应用示意图。

图4为本发明在纯电缆线路安装时的应用示意图。

图5为本发明在混合线路安装时的应用示意图。

图6为本发明的自适应组网模式示意图。

图7为本发明的高速检波电路结构示意图。

图8为本发明的采取一定判断策略来识别是否为局放信号的流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于电力载波通信的配电网主设备带电检测的系统，包括：n个智能采集单元，集中采集器，智能巡检仪和数据管理平台；n个智能采集单元和集中采集器之间通过电力线载波进行通信，n个智能采集单元和智能巡检仪之间通过小无线进行通信，集中采集器、智能巡检仪和数据管理平台之间通过4G无线专网进行通信，智能巡检仪和集中采集器也可通过小无线进行通信。

集中采集器主要安装在变电站处或站外必要的地方，智能采集单元主要安装在变电站内外的配网主设备上面，如站内开关柜、站外的开关柜、环网柜、柱上开关、柱上断路器、高压电缆分支箱和配电变压器等处。智能采集单元采集不同配网主设备处的局放信号，并进行存储；集中采集器采集通过电力载波通信的方式获取不同智能采集单元的局放信号，并进行存储；在无主动召集数据时，集中采集器主要每天召唤一次各智能采集单元的信息，并通过4G专网上送到数据管理平台，数据管理平台对信号进行处理后采取一定的判断策略来识别是否为局放信号，若发现疑似的放电点，可以通过平台推送告警，并通过短信平台通知相关检测人员。在开展现场带电检测时，可以通过智能巡检仪来展示相关检测到的信息。

集中采集器通过信号耦合单元连接到电网，对下主要和智能采集单元进行电力载波通信，采集不同主设备处的局放信号；对上和数据管理平台通过4G专网通信，上送采集到局放信号；对上和智能巡检仪通过小无线方式进行通信，可以现场读取相关设备局放信号。智能采集单元通过信号耦合单元连接到电网，其中智能传感器采集不同配网主设备处的局放信号，按照一定的格式存在智能采集单元中，等待集中采集器通过电力载波通信来读取相关设备的内容。智能采集单元中的电力载波通信模块具备中继通信的功能。智能巡检仪和智能采集单元及集中采集器之间采用小无线方式进行通信，能展示集中采集器收集到的配网主设备的一些局放图谱，同时能直接和某一设备处的智能采集单元通信，读取其相关的局放信号，并进行展示。数据管理平台可以通过4G专网通信向集中采器召唤到所需设备的局放图谱，同时可以分析集中采集器定时上报的局放数据，如存在异常可以产生报警信息。集中采集器和智能传感器之间不存在隔离载波通信的设备。

集中采集器主要安装在变电站处也可安装在站外必要的地方，智能采集单元主要安装在变电站内外的配网主设备上面，如站内开关柜、站外的开关柜、环网柜、柱上开关、断路器、高压电缆分支箱和配电变压器等处。安装在不同主设备处的智能采集单元每隔2个小时采集一次该点的局放信号，如有明显的局放信号，按照一定的格式保存相关数据和采集时间，若无，则保存最近一次采集到的数据和采集时间；智能采集单元中保存的数据主要通过3种形式获取，第一种是集中采集器通过每天的计划任务，读取智能采集单元中保存的数据；第二种是智能巡检仪通过小无线通信的方式获取智能采集单元中的数据，并展示出来；第三种是数据管理平台通过4G专网通信的方式获取集中采集器中所保存智能采集单元的数据。

集中采集器主要安装在变电站处也可安装在站外必要的地方，通过信号耦合单元挂接到电网上面，信号耦合单元弱电部分连接到载波路由模块上面，载波模块和集中采集器的中央控制处理器进行串口通信；连接到中央处理器的通信模块还包括专用4G通信模块和小无线通信模块。

智能采集单元主要安装在开关柜、环网柜、柱上开关、断路器、高压电缆分支箱和配电变压器等配网主设备处，通过一个信号耦合单元挂接到电网的任一相上面，信号耦合单元弱电部分同样连接在载波模块上面，载波模块和采集单元的中央处理器进行串口通信；连接到中央处理器的通信部分还包括智能传感器。每个智能采集单元都具备唯一的设备ID号，在出厂时需要烧录入设备；在安装时需要将设备ID号和安装处设备匹配。

集中采集器上电后，开始进行组网操作，通过组网操作保存和智能采集单元的通信路径信息；集中采集器每天保证和智能采集单元进行一次通信，用来获取相关局放信号。

智能巡检仪可以通过小无线通信方式从集中采集器到的局放数据，并通过图谱的形式展现；若智能巡检仪采集到了某些设备存在局放现象，可以去现场进行有针对性的检测；同时如果有些图谱比较复杂，现场人员无法分析时，可以让集中采集器传送到数据管理平台的专家系统，让一些专家协助现场人员帮助分析。

数据管理平台主站系统可以每天从集中采集器处得到所管理设备的局放图谱信息，并且系统可以自动分析处有疑问或者有问题的图谱；并且每天进行提醒，以便相关人员可以及时的处理；若有发现有问题的，可以安排相关人员去现场排查相关问题。

如图2所示，局放智能传感器是由多个传感器组合而成，可以根据实际情况来选配。具体包含特高频传感器、高频电流传感器、超声波传感器和暂态地电压传感器；各个传感器的数据经信号调理单元处理完毕后，由智能传感器的数据处理单元进行规整化，以备集中采集器或智能采集单元获取数据。

如图3所示，应用在纯架空线路的时候，集中采集器和智能采集单元均安装在纯架空线路上面；通过电容式耦合器将载波信号耦合到电网中，利用架空线的线芯作为传播媒介；本方法采用高压隔离电容器，用来阻断工频高压，而50kHz以上的信号是可以通过的。

如图4所示，应用在纯电缆线路的时候，集中采集器和智能采集单元均安装在纯电缆线路上面；通过电感式耦合器将载波信号耦合到电网中，利用电缆屏蔽层作为载波信号媒介；本方法采用卡接式耦合器，无需连接电缆的高压部分。

如图5所示，应用在混合线路的时候，集中采集器安装在电缆线路上；智能采集单元分别安装在架空线路部分和电缆线路部分；在混合连接处需要做电感耦合器与电容耦合器的信号搭桥处理。

电力载波通信是本方法非常重要的一环，智能采集单元中的载波模块是沿配电线路铺设，信号在电力线路中广播发送，载波通信模块的组网模式结合配电线路结构和载波信号传输距离。为了方便系统维护，载波通信采用自适应组网模式，在关键节点维护不能投运时，网络拓扑自动维护和切换，如图6所示，S1和S2作为关键的1级节点，其可以转发来自主节点的信息；当S2维护时，由S1承担S2的功能，重新更新了通信网络拓扑结构。

集中采集器每次上电会进行一次自组网操作，已确保每个智能采集单元都能和集中采集器保持正常通信；当出现个别节点维护或退出运行时，集中采集器会重新进行自组网操作，若出现某个设备多次通信不上的时候，可以发送报警信息，以便维护人员查看该设备是否存在故障。

在无集中采集器、智能巡检仪、数据管理平台召唤数据的时候，安装在不同设备处的智能采集单元按照设定的时间唤醒局放智能传感器来收集局放信号，并按照一定的格式存储后，通过电力载波通信方式传送给集中采集器保存；若集中采集器、智能巡检仪和数据管理平台召唤数据时，局放智能传感器可以实时的获取局放相关信号，按照一定的格式存储后发送给集中采集器。

集中采集器在无实时读取数据请求的情况下，会保存上一次采集到的数据，智能巡检仪或数据管理平台请求展示数据结果的时候，集中采集器调取上一次保存的数据；若智能巡检仪或数据管理平台请求实时展示某一数据时，集中采集器通过载波通信召唤某一设备的数据，并通过小无线通信传送给智能巡检仪；或通过4G通信模块远程通信传送给数据管理平台。

如图7所示，为了能够实现多工频周期的连续检测，通过设计智能巡检仪中的模拟检波电路，检测并保持振荡脉冲信号的峰值，并延拓信号持续时间宽度，以满足一般采集数字采集系统对采集信号的带宽要求。原始信号通过第一电容C1后连接检波二极管D1的正极，检波二极管D1的负极连接第二电容C2后输出信号；第二二极管D2的负极连接在第一电容C1与检波二极管D1之间，第二二极管D2的正极连接并联电阻R1后连接在检波二极管D1与第二电容C2之间；第二电阻R2与积分电容C3串联，一端直接接电源，另一端直接接地。

如图8所示，为深度学习的流程示意图。具体包括如下步骤：

(1)从现场测试数据中提取几类局放图谱，将其分为训练数据和测试数据；

(2)将训练数据和测试数据文件格式转换为卷积神经网络框架可应用的格式；

(3)使用卷积神经网络框架模型，调整训练参数，训练图谱数据，同时确定模型；

(4)训练完毕后，对图片文件做相应的诊断测试，输出缺陷类别。

开展配网主设备带电检测工作，局放智能传感器是基础，其主要通过可选的组合式传感器采集特高频信号、高频电流信号、超声波信号和电磁波信号；本发明有效的将采集到的信号处理后上传到数据管理平台，同时解决载波通信和局放信号之间相互干扰的问题。

本发明的一种基于电力载波通信的配电网主设备带电检测的系统和方法，在现场检测层面，可以通过智能巡检仪在一处读取多处设备的局放信号，同时可以通过智能巡检仪展示相关的设备状况；在远程检测层面，主要通过数据管理平台和集中采集器进行通信，远程的查看相关设备的情况，有针对性的开展相关工作，大大减轻了现场的工作量。

尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。