配电网中低压侧运行监测主站管理系统的制作方法

本发明涉及配电网信息监测技术领域，尤其涉及配电网中低压侧运行监测主站管理系统。

背景技术

配电网是输电网络的末端电网，与广大电力用户直接相连，是连接输电网与用户之间十分重要的纽带。然而，目前我国的配电网在运行上却存在着诸多问题需要尽快解决，主要表现在以下几个方面：可靠性低、网损高、远方监测与控制困难、故障定位困难、抄表计费困难、电网电能质量低。由于缺少对配电网的有效监测措施，农村配电网中偷盗电力设施的行为、用户盗窃电行为等都得不到有效制止。

同时，城区和农网供电主干网络延伸负荷中心，分支线路和主要用户快速增长。一旦分支线路或0.4kv线路发生单相接地或短路跳闸事故，不能够及时反应至电力调度控制中心，尽快进行故障和事故处理。发生单相接地时，需要人工拉闸进行接地故障点的逐一停电查找，严重影响供电的可靠性；特别是在0.4kv线路供电系统中发生短路、缺相或接地故障时，不能够直接反映到调度控制中心，维护人员不能及时了解或接收到故障时的准确信息，极大地制约了对事故处理的快速抢修反应能力。大部分故障需要用电客户通过投诉中心直接向上级反映，从上而下进行故障处理，社会影响极大，造成用电客户的经济损失，投诉率过高。

这几年来，随着配电自动化在电力系统的广泛应用，一系列新技术开始实施运用，也给配电的故障处理问题带来了新的契机。专利号为201420208637.5的专利涉及电力技术领域，特别是智能终端配电管理系统，包括处理器、电源单元和多路串行口，所述电源单元和多路串行口均与所述处理器连接，还包括有用来采集开关、插座电流电压信号的传感单元，所述传感单元通过采集执行单元与处理器连接；所述处理器还连接有内部时钟单元和e2prom数据存储单元。采用上述结构后，可以精确的检测电源电压、电流、功率等电气参数，对出现电流超限运行回路做出精确判断，并发出即时指令关闭该回路电源，提高了安全性。

专利号为201310569412.2的专利涉及电力终端领域，具体为配电终端运维管理系统，用现有的配网通信网络，实现配电终端的运维管理，利用配电终端管理协议，收集配电终端设备运行状态信息及相关的模拟量信息，按照事先制定的处理规则，对不同类别的设备运行状态进行处理，生成相应的设备状态报表，供设备运维人员对设备状态进行评估，以决定检修策略；同时，对于配网改造、扩容、修改配电终端定值等，利用本发明，运维人员可远方对配电终端进行定值设定，免去现场维护，非常节省时间，也可以提高配电自动化系统的实用性。

在这样一种背景下针对配网点多面广、运行环境复杂的特点，急需研究一套“配电线路中低压侧运行在线监测系统”，并找到一种较好的故障定位方法，使得工作人员在故障发生后能够准确快速的找到故障发生点，使得故障抢修工作人员能及时达到故障现场进行故障处理，这对减少故障查找时间、缩短因故障停电时间、提高配电网可靠性、提高工作效率都有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供配电网中低压侧运行监测主站管理系统，通过对中低压侧线路的运行数据来监测运行状况，依据运行数据的变化间接反应线路的故障类型、类别，快速直接将信息发送至配电抢修中心，进行应急抢修，恢复正常供电，并能对故障信息进行预测与报警，可以起到综合性的保护、指导、监测、预警功能。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：配电网中低压侧运行监测主站管理系统，包括安装于中低压侧线路上的现场监测终端以及与现场监测终端通过网络数据传输装置相连接的远程监测主站，所述现场监测终端上设置状态量监测模块、可视化监测模块及人机交互界面；所述远程监测主站包括设置于配电网中控室的pc主机以及分别与所述pc主机连接的故障诊断模块、故障报警模块、应急策略库模块和预测分析模块。

进一步地，所述状态量监测模块包括智能电能表和计量电流互感器，所述智能电能表连接智能电容保护器，所述计量电流互感器包括闭环式霍尔传感器、计量存储器以及与两者连接的数据传输线。

进一步地，所述可视化监测模块包括可控光源、专用高清摄像头和图像预处理模块。

进一步地，所述人机交互界面包括cpu以及分别与其连接的液晶显示模块、查询键盘，所述cpu连接网络数据传输装置。

进一步地，所述网络数据传输装置包括近程监测传感器网络与远程无线网络，所述近程监测传感器网络采用gprs数据传输，所述远程无线网络信号采用长距离点对点传输。

进一步地，所述网络数据传输装置的输入端连接数据采集卡，所述数据采集卡连接图像预处理模块，所述网络数据传输装置的输出端连接数据集中器。

进一步地，所述远程无线网络包括gsm短信收发模块。

进一步地，所述故障诊断模块包括故障选线模块、区段定位模块和故障测距模块。

进一步地，所述应急策略库模块包括数据分析器以及与其连接的网络数据存储器。

进一步地，所述故障报警模块可通过远程监测主站计算机平台显示，也可通过手机app软件实现远程报警。

本方案的配电网中低压侧运行监测主站管理系统有益效果主要体现在以下几个方面：

1.可大幅提高中低压配电网供电质量，主要体现在：可以大幅提高供电可靠性；能够做到确保用户用电的时效性；符合工业技术设备和家用电器对电力质量的要求；配电网发生故障后可快速回复供电，减少停电面积，降低用户停电几率；

2.有利于提高供电公司的现代化管理水平，主要体现在：能做到实时监测配电网运行情况，优化配电网运行方式；同时可以降低电网运行损耗；可快速判断并自动隔离电网故障；由于自动化水平的提高，提高劳动效率；合理分配用电负荷，提高设备使用效率；亦可及时准确的抄表记费，确保企业经济效益；

3.通过对分支线路和0.4kv线路的运行数据来监测运行状况，依据运行数据的变化间接反应线路的故障类型、类别，快速直接将信息发送至配电抢修中心，进行应急抢修，恢复正常供电。本系统的应用，能够极大的减轻工作人员的劳动强度，缩短停电时间，减少用电损失，提高供电可靠性，提高作业自动化、信息化水平。

附图说明

图1是本发明的结构原理图。

具体实施方式

如图1所示，配电网中低压侧运行监测主站管理系统，包括安装于中低压侧线路上的现场监测终端以及与现场监测终端通过网络数据传输装置4相连接的远程监测主站5，现场监测终端上设置状态量监测模块1、可视化监测模块2及人机交互界面3；远程监测主站5包括设置于配电网中控室的pc主机6以及分别与pc主机6连接的故障诊断模块7、故障报警模块8、应急策略库模块9和预测分析模块10。状态量监测模块1包括智能电能表11和计量电流互感器12，智能电能表11连接智能电容保护器13，计量电流互感器包括闭环式霍尔传感器、计量存储器以及与两者连接的数据传输线。可视化监测模块2包括可控光源14、专用高清摄像头15和图像预处理模块16。人机交互界面3包括cpu17以及分别与其连接的液晶显示模块18、查询键盘19，cpu连接网络数据传输装置。网络数据传输装置4包括近程监测传感器网络20与远程无线网络21，近程监测传感器网络采用gprs数据传输，远程无线网络信号采用长距离点对点传输。网络数据传输装置的输入端连接数据采集卡，数据采集卡连接图像预处理模块，网络数据传输装置的输出端连接数据集中器。远程无线网络包括gsm短信收发模块。故障诊断模块包括故障选线模块、区段定位模块和故障测距模块。应急策略库模块包括数据分析器以及与其连接的网络数据存储器。故障报警模块可通过远程监测主站计算机平台显示，也可通过手机app软件实现远程报警。

本发明方案的系统主要包括两个方面，一个是监测中低压侧线路信息的现场监测终端，另一个是与现场监测终端相连接的远程监测主站。

在实际应用中，现场监测终端既要实现对中低压线路状态量的采集，也要实现监测的可视化与查询的可视化，所以，前者主要依靠状态量监测模块，包括能够反映线路运行信息的智能电能表和反映线路动作信息的计量电流互感器，其中，智能电能表连接能够对其起到过压保护作用的智能电容保护器，计量电流互感器包括闭环式霍尔传感器、计量存储器以及与两者连接的数据传输线，闭环式霍尔电流传感器可采用tbc-lta系列，灵敏度高且计量精度准确，计量存储器不仅可以记录电流互感器电流值，还可以通过与终端的其他元件连接，进行信号监测数据的记录；这些信号监测数据主要包括线路动作信息，线路保护开关动作时记录动作时间、位置等相关信息，实现远方监视数据的全面采集及有效应用，可以为后续排查解决问题提供依据，为用户安全用电保驾护航；还有智能电能表所采集的线路电压值、电流值和功率值，这主要可以为研究线路故障预警和故障排查技术提供数据，为安全用电提供技术指导，从而提高整个线路安全用电水平。

对于后者，主要依靠的是可视化监测模块及人机交互界面，可视化监测模块包括可控光源、专用高清摄像头和图像预处理模块，主要可以实现在一定时间内对线路区域所有可视信息进行监测与记录，人机交互界面包括cpu以及分别与其连接的液晶显示模块、查询键盘，cpu连接网络数据传输装置，可以实现对现场监测终端的就地查询，在实际运用时，可视化监测模块还可以直接由计算机网络实现可视化数据调取，即web视窗化，web视窗可以显示当前线路的运行状态、电压数据、功率数据和电流数据等，监测软件不用固定在某一台主机，任何以太网联网的主机运行该软件均能获取到每个监测点的监测数据，即配电网以太网线路上的任一计算机均可通过输入现场监测终端的ip地址远程访问web页面。可视化监测模块及人机交互界面在现场应用时，可以采用poe供电，即采用以太网作为数据传输与取能通道，不需要专门架设服务器，部署简单，使用方便，各监测接点以数据采集卡为基础，将采集到信息转化为数字信号，并在数据集中器进行统一汇总。

网络数据传输装置包括近程监测传感器网络与远程无线网络，传感器网络采用gprs数据传输，远程无线网络采用长距离点对点传输。信息传输方式是保证监测信息及时传递的基础，gprs数据不依托辅助元件，可实现直接性的线路传输，在配电线路的故障监测中的应用,可以实时并有效的保障对线路故障进行分析处理,为维修人员对故障的分析和检修线路节省了大量的人力和物力,更具备可靠性,还可以根据事故的发送进行及时的分析和记录,方便了故障的分析工作；远程无线网络既可以采用gsm无线传输，可以与各种公用通信网络互联，抗干扰性强，通信质量高，不受距离限制，也可以采用长距离点对点传输，通过数据管理系统使用一次gsm传输，相比于gsm无线传输而言，不必使用sim卡，大大降低了长期使用费用。

网络数据传输装置的输入端连接数据采集卡，所述网络数据传输装置的输出端连接数据集中器，数据采集卡进行数据的一次汇集，并传输至数据集中器进行数据的二次汇集；数据集中器的输出端与配电网中控室的服务器连接，服务器包括若干台以太网式网络交换机，这种后台监测管理模式在传统配变终端的基础上，利用近程监测传感器网络和远程无线网络拓展配变终端监测的内容和监视范围，使原来局限于单一配电网监测的设备升级为大数据监测控制中心，为将来扩展监测功能打下了很好的通讯网络基础。

远程监测主站包括设置于配电网中控室的pc主机以及分别与所述pc主机连接的故障诊断模块、故障报警模块、应急策略库模块和预测分析模块。监测主站应能够实时采集装设在10kv分支线路和0.4kv线路的监测终端发来的数据；主站软件可根据被监测网络绘制相应的地理接线图，接收的信息采集终端数据能实时在接线图上显示；其核心在于故障诊断模块的设置与应用。故障诊断装置，包括故障选线模块、区段定位模块和故障测距模块，利用10kv分支线路和0.4kv线路的运行数据来监测运行状况，依据运行数据的变化间接反应线路的故障类型、类别以及故障位置。故障选线指的是识别判断母线多条出线中的故障线路，以便采取措施防止故障扩大，重点在于小电流接地配电网发生单相接地故障时的选线；区段定位，确定故障点所在故障区段，以便隔离故障并恢复非故障区域的供电；故障测距，即直接定位出故障位置，避免人工巡查故障点。

故障选线模块包括故障选线方法库，分为不利用故障信号的特征分量进行选线的方法和利用故障信号的特征分量进行选线的方法，其中，不利用故障信号的特征分量进行选线的方法包括逐条拉线法、s注入法、注入变频信号法。利用故障信号的特征分量进行选线的方法包括基于故障信号的稳态特征分量进行选线，即零序电流比幅法、群体比幅比相法、五次谐波分量法、有功分量选线法、负序电流选线法、最大δ(isinφ)选线法等；基于故障信号的暂态特征分量进行选线，由于故障信号暂态分量的幅值远远大于其稳态分量的幅值，所以我们可以利用暂态分量来进行故障选线。由于发生暂态的频率极高，所以该类方法在中性点经消弧线圈接地的系统中也能很好的应用。该类方法主要有：首半波选线法、基于小波分析选线法、基于prony算法的选线法；综合选线方法，即利用故障稳态和暂态信息进行故障选线，有能量法和基于信息融合技术的选线方法。

区段定位模块是为了及时准确地定位故障区段，以便隔离故障区域并尽快恢复非故障区域供电，对于提高供电可靠性具有重要意义。主要包括区段定位算法，区段定位算法的目的是使定位判断更准确、快速且具有更高的容错性，按照其利用信息的不同大致分为两类：基于沿线装设的现场设备馈线终端单元ftu或者故障指示器fi采集的故障实时信息，实现故障区段定位功能；利用电力用户打来的故障投诉电话tc，同时根据相关信息，最终实现故障区段定位；故障识别判断是指故障特征微弱情况(小电流接地方式单相接地故障)下，为使现场设备能够采集并上传故障信息，区段定位还需解决好现场设备对故障的识别判断问题，目前提出的方法有基于注入法，稳态量方法中的残流增量法、零序电流相位法、故障电阻测量法、负序电流法、谐波法，暂态量方法中的小波法等。

故障测距模块是为了迅速准确地定位故障位置，避免人工巡查故障点，对及时修复线路和保证可靠供电、保证系统的安全稳定和经济运行都有重要作用。现有的故障测距方法中，对于故障特征明显的情况，研究主要集中于解决多分支下基于有限测量点的精确定位问题；对于故障特征微弱的情况，测距中基于故障稳态量方法将基本失效，研究主要集中于暂态量方法和注入法测距等。

故障报警模块可以依托于手机app软件，一旦系统主站监测到故障发生后，除了在主站软件显示外，还应该将故障信息和故障处理策略及时发送到调度人员和配电抢修中心有关负责人员。开发出手机故障报警模块可使得有关人员更加及时的掌握故障信息和故障处理方案，及时排除故障。

应急策略库模块包括数据分析器以及与其连接的网络数据存储器，数据分析器能够统计分析中低压配电网发生故障的原因、类别，针对各种类型的故障制定相应的响应策略，并存储在网络数据存储器中，形成应急策略库，当主站软件监测到故障发生时依据应急策略库制定相应的响应方案，提供给调度人员和配电抢修中心有关负责人员。预测分析模块基于大数据原理，可以通过对监测数据和网络设备的分析，对中低压配电网未来的运行状态做出预测，对可能出现的风险(如配电变压器、线路的长时间过载)做出提示，便于运行人员及时采取措施，防患于未然。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本领域的一般技术人员将认识到，使用本发明的方案还可以实现许多可选的实施例。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。