一种配电网断线故障定位系统的制作方法

1.本实用新型属于断线故障诊断技术领域，具体涉及一种配电网断线故障定位系统。


背景技术：

2.在电力系统中，配电线路是电力输送的关键组成部分，其供电可靠性和供电质量直接影响工业生产和社会经济发展；配电网络规模随着城市的发展而日益庞大和复杂，网络中线路众多，设备数量庞大且水平不一，配电网架空线路中断线发生概率也在不断增加，使得断线故障已成为配电网的一个重要故障类型。
3.配电网架空线路发生断线故障主要有以下几个原因造成：(1)电气原因，例如电气寿命受损线路由于短路或者过载等原因导致受损处发热烧断导线，或者电场分布不均导致断线；(2)外力原因，例如树木被风刮倒拉断线路，或者物体高坠压断线路等；(3)自然灾害原因，例如雷击电弧、冻雨结冰等导致断线；(4)人为原因，例如施工质量差、乱搭乱扯线路和金具盗窃等原因导致线路断线。配电网线路发生断线故障后，在电源侧和负载侧都将出现明显的三相电压、电流不平衡现象，导致电动机因缺相运行转速急剧下降甚至烧毁，造成严重的电气设备损害和较大的经济损失；同时断线故障还有可能导致人畜触电、山林失火等安全事故，因此，断线故障及时识别及排除是配电网线路安全运行的一个重要责任。
4.配电网运行状况复杂，根据实际断线情况断线故障包括断线不接地故障、断线电源侧接地故障、断线负荷侧接地故障3类。目前，配电网对短路和和电源测接地故障的处理相对成熟，但对于其他两类断线故障的监测识别还比较欠缺，对断线故障的处理主要依靠人工巡线，导致故障确认和处理花费时间较长。随着对断线故障的重视和关注程度提升，已有学者提出了一些断线故障检测方法，但大多依靠复杂的相位和零序、负序分量计算，算法复杂，同时需要较多的电气特征量，具有一定的局限性。
5.综上所述，配电网断线故障较为复杂，且其故障特征不明显，基于现有的继电保护和短路接地故障定位方法，大多采用较为复杂的计算方式，包括基于电压、电流相量关系或序分量特征关系的断线故障判断方法，不适用断线故障的识别、定位，缺乏简单实用、经济可靠的断线故障识别、保护方法。相应的，为了实现该方法所对应的配电网断线故障定位系统需要配备电压检测单元、电流检测单元，一方面需要配备的检测单元较多，另一方面所有的电压检测单元、电流检测单元等均直接与云平台互连，数据交互量较大，容易出错。因此，如何实现对配电网断线故障的快速检测和定位，并提高检测方法和系统的实用性、经济性、可靠性，是本领域技术人员急需解决的问题。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种结构简单、实用性高的配电网断线故障定位系统。
7.为解决上述技术问题，本实用新型所提供的技术方案以及技术方案对应的有益效
果如下：
8.本实用新型的一种配电网断线故障定位系统，包括远程定位模块和与配电网线路上节点相对应的分支控制模块，每个分支控制模块均与远程定位模块通信连接；每个分支控制模块均包括核心控制单元、线路采集单元和电源单元；所述电源单元供电连接核心控制单元；核心控制单元采样连接线路采集单元；若节点为第一节点，所述第一节点为以该第一节点为下节点的线路上游为电源侧的节点，则该节点所对应的线路采集单元包括设置在以第一节点为上节点的线路上、用于采集线路上三相电流的电流传感器，以及设置在以第一节点为下节点的线路上、用于采集线路上三相电流的电流传感器；若节点不为第一节点，则该节点所对应的线路采集单元包括设置在以所对应的节点为上节点的线路上、用于采集线路上三相电流的电流传感器；所述远程定位模块包括工业服务器。
9.上述技术方案的有益效果为：本实用新型的配电网断线故障定位系统，通过节点将整个配电网格线路划分成多段线路，每段线路上均设置有电流传感器，由于节点较多，整个配电网线路上线路也较多，该系统中将部分电流传感器设置为一组对应一个分支控制模块，再由分支控制模块将获取的数据打包上送至远程定位模块，这样一来，每个分支控制模块负责采集部分线路电流的变化情况，分工明确，方便远程定位模块快速找到需要的数据，以实现对断线故障的定位，为配电网断线故障定位方法的实现提供硬件支撑，确保整个系统的可靠运行，实用性较高。
10.进一步地，为了准确定位故障位置，每个分支控制模块还包括与配电网线路上节点相对应的图像采集单元，所述图像采集单元用于拍摄线路。
11.进一步地，为了保证系统可靠运行并节约能量，所述电源单元包括太阳能主电源和备用电池，且太阳能主电源供电连接备用电池。
12.进一步地，为了实现分支控制模块与远程定位模块之间的可靠通信，每个分支控制模块与远程定位模块均包括窄带物联网通信组件，以实现每个分支控制模块均与远程定位模块采用窄带物联网通信方式。
13.进一步地，所述远程定位模块还包括人机交互单元，与工业服务器连接。
14.进一步地，为了方便工作人员查看故障位置，所述远程定位模块还包括图形显示单元，与工业服务器连接。
附图说明
15.图1是本实用新型的配电网断线故障定位系统的示意图；
16.图2是本实用新型的配电网断线故障定位系统的电气原理示意图；
17.图3是本实用新型的配电网断线故障定位系统的通信网络原理示意图；
18.图4是本实用新型的分支控制模块的原理图；
19.图5是本实用新型的另一配电网断线故障定位系统的示意图。
20.其中，1-远程定位模块，2～n分支控制模块，10-工业服务器，11-图形显示单元，12-人机交互单元，20-核心控制单元，21-线路采集单元，22-图像采集单元，23-电源单元，210～218-采集组件，220-高清摄像组件，221-云台控制组件，230-电源管理组件，231-备用电源，232-太阳能主电源。
具体实施方式
21.下面结合附图和实施例对本实用新型的一种配电网断线故障定位系统作进一步地详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。
22.系统实施例：
23.本实用新型的一种配电网断线故障定位系统实施例，针对的是图1中的配电网系统，配电网主线路上设置了n-1个节点，按照图1从左至右的顺序称这n-1个节点分别为节点1、节点2、
……
、节点n-1，这n-1个节点均各自又连接了一条分支线路。这n-1个节点把整个配电网线路划分成多段线路，对于某一段线路，在该段线路上游连接有节点的情况下称该节点为该段线路的上节点，在该段线路下游连接有节点的情况下称该节点为该段线路的下节点。例如，对于节点1和节点2之间的线路，节点1为其上节点，节点2为其下节点；对于节点1所连接的分支支路，仅有上节点(即节点1)没有下节点。
24.该故障定位系统包括远程定位模块1以及n-1个分支控制模块，分别称为分支控制模块2、第二分支控制模块3、
……
、第n-1分支控制模块n，所有分支控制模块均与远程定位模块1相连，其中，分支控制模块2与远程定位模块1之间的连接方式如图2所示，图2中，单箭头方向用于表示连接线缆信号传输方向，双箭头用于表示无线网络信号传输方向。
25.1个分支控制模块对应1个节点，分支控制模块2包括线路采集单元21、图像采集单元22、核心控制单元20和电源单元23，分支控制模块2对应的是节点1(以节点1为下节点的线路上游为电源侧，因此节点1为第一节点)。核心控制单元20、图像采集单元22和电源单元23作为一个整体结构安装于线路分支处的杆塔上；线路采集单元21包括9个采集通信组件，这9个采集通信组件分别安装于该节点上游的主线路上、该节点与位于该节点下游的节点之间的主线路上和节点所连接的分支线路上，分别采集主线路a3、b3、c3处、主线路a1、b1、c1处和分支线路a2、b2、c2处的电流，图像采集单元21通过433m无线频率与核心控制单元20通信；核心控制单元20通过电源和通讯电缆控制图像采集单元22，根据远程定位模块1下发的指令确认是否启动图像采集动作；电源单元23通过电源电缆线与核心控制单元20连接，为分支控制模块2提供电源供给；分支控制模块2通过核心控制单元20内嵌的nbiot(窄带物联网)通信模组与远程定位模块1的工业服务器10进行数据通信。其他分支控制模块与分支控制模块2的结构类似，但是由于其他分支控制模块所对应的节点不再是第一节点，所以其他分支控制模块所包括的采集通信组件为6个，仅包括节点与位于该节点下游的节点之间的主线路上和节点所连接的分支线路上，不再包括节点上游主线路上的采集通信组件，其余内容一致，这里不再赘述。
26.如图3所示，线路采集单元21由9个采集通信组件210～218组成，每个采集通信组件由采集组件和无线组件构成，该9个采集通信组件的采集组件部分硬件完全一致，保证采集精度的一致性，该9个采集通信组件可为采用无线通信方式的电流传感器。该9个采集通信组件中的无线组件和核心控制单元20中的无线组件需配套设计，保证线路采集单元和核心控制模块之间硬件延时和时钟同步，线路采集单元21和核心控制单元20的无线通信部分组成一个短距离无线网络，实现分支控制模块2内部的无线通信和信息交互。
27.分支控制模块2中电源单元23由备用电池231、太阳能主电源232和电源管理组件构成，电源管理组件负责备用电池的充放电控制和核心控制单元20的电源供电管理，当太
阳能主电源232能量充足时，核心控制单元20电源由太阳能主电源232提供，同时多余能量分配给备用电池充电，当进入夜间或太阳能主电源232能量不足时，核心控制单元20电源由备用电池231和太阳能主电源232共同经过电源管理组件动态管理控制供电；电源管理组件同时对备用电池进行过充电和过放电的保护管理。
28.如图4所示，图像采集单元22由高清摄像组件220和云台控制组件221组成，分别通过电缆与核心控制单元20连接，核心控制单元根据远程定位模块1的控制指令进行云台控制组件221的角度调整和高清摄像组件220的焦距调整。
29.远程定位模块1包括工业服务器10、图形显示单元11和人机交互单元12。工业服务器10适应工业应用及其网络环境，拥有比传统工控机更高的处理能力、传输速度和功能扩展能力及安全性、可靠性和可管理性；工业服务器10通过视频电缆与图形显示单元11进行通信；图形显示单元011实现线路和现场安装的分支控制模块设备的图形化显示，分支控制模块安装位置地理坐标显示在图形上。人机交互单元12通过io电缆与工业服务器10连接，实现装置的各种指令操作控制、装置运行参数设置和图形界面操作及录入等功能。
30.远程定位模块1中的工业服务器10由nb-iot通信组件和工业服务器核心组件组成，工业服务器核心组件负责所管理的n-1个线路分支模块的数据管理，断线软件逻辑控制和图形数据的编辑控制，nb-iot通信组件与分支控制模块内部的nb-iot通信组件硬件设计完全一致并组成一个高效的物联网通信网络，实现远程定位模块和分支控制模块的实时通信数据交互。
31.基于上述介绍的配电网断线故障定位系统，可实现配电网断线故障定位，具体采用哪一种方法，不做限定。
32.此外，再结合一个复杂的配电网，对本实用新型进行进一步地说明。如图5所示的配电网线路，该图中通过一条线路代表了实际的三相线路，整个线路上设置有k1～k5共5个节点，节点k1～k3在主线路上，节点k4～k5在分支线路上，这5个节点将整个配电网线路划分了l1～l12共12条线路。对于一条线路来说，其上游连接的节点称为该段线路的上节点，其下游连接的节点为该段线路的下节点。例如，对于线路l1，其上节点为节点k1，其下节点为节点k2；对于线路l10，其上节点为节点k4，其下节点为节点k5。每个节点处设置一个分支控制模块，共5个分支控制模块，这些分支控制模块配合设置一个远程定位模块。每条线路上均设置有用于采集三相电流的采集通信组件，而对于某一个节点处对应设置的分支控制模块来说，其包括的采集通信组件为以该节点作为上节点的线路上设置的采集通信组件(除了节点k1外)。例如，对于节点k2，节点k2处设置的分支控制模块，其包括的采集通信组件包括线路l2和线路l5上设置的采集通信组件；对于节点k4，节点k4处设置的分支控制模块，其包括的采集通信组件包括线路l10和线路l7上设置的采集通信组件。而对于节点k1，其一端连接的是电源侧，因此，节点k1处设置的分支控制模块，其包括的采集通信组件除了线路l4和线路l1上设置的采集通信组件外，还包括线路l12上设置的采集通信组件。
33.综上，本实用新型具有如下特点：
34.1)本实用新型的配电网断线故障定位系统所实现的配电网断线故障定位方法利用分支控制模块中的采集通信组件来现场采集电流特征量，以实现对断线故障区段的定位，与现有基于电压、电流相量关系或相序分量特征关系的断线保护技术相比，所需特征量更少，原理算法简单。
35.2)本实用新型通过分支控制模块和远程控制模块进行闭环验证，实施方式明确，判断结果更为准确，具有较强的经济性和实用性。
36.3)本实用新型通过分级控制，减少了设备能源消耗，现场设备运行更可靠；通过分级控制，也减少了不必要的通讯数据和图形图像数据的传输，即节约能量损耗，降低通讯流量消耗，进而降低了设备的运行成本。