一种基于自组网模式的架空线路监测与故障指示装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型旨在提供一种能进行自我配置、设备间即插即用、安全可靠的基于自组网模式的架空线路监测与故障指示装置。本实用新型包括采集模块、通讯模块、监测分析模块、故障指示单元，所述采集模块用于实时采集线路电压和电流信息；所述通讯模块采用zigbee通讯模块进行mesh组网，用于实现系统间互联，完成数据传输与同步控制；所述监测分析模块用于采集数据并处理，当无故障时，抽取带时标的电流、电压离散数据，得到线路正常时的电流、电压数据，上送后台实现在线监测；当出现故障时，通过自适应确定单相接地故障发生时刻点，分析线路暂态电容电流确定发生故障所在相；所述故障指示单元用于故障指示。本实用新型可应用于电能设备领域。
【专利说明】
一种基于自组网模式的架空线路监测与故障指示装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及电能设备领域，尤其涉及一种基于自组网模式的架空线路监测与故障指示装置。
【背景技术】
[0002]随着现有架空线路故障指示器应用越来越广泛，对故障指示器的要求也越来越高，其中可靠的对地故障判断一直是一个难点问题。目前现状是:一、配电网网架结构呈现如下多样性，1、中性点接地方式有直接接地、经小电阻接地、大电阻接地及经消弧线圈接地，每一种接地系统在发生接地短路时表现出来的特征值都不同；2、配网线路复杂，分支线路多，组网方式有环网型、辐射型、混合型等不同方式。二、架空线路指示器都为独立装置，无法进行相邻参数的比对分析，接地判断都为孤立单个点作为判据。三、传统的基于阻抗原理的测距方法、行波法、信号注入法和对地电压检测法做接地故障检测都存在不实用、不准确和局限性。
[0003]传统架空线路故障指示器为单个孤立模块单元，多个故障检测单元公用一个监测单元，数据通讯模式为点对多方式，存在几个缺点；传统RF模块通讯距离最大只能做到1KM，单系统可扩展的故障指示单元数量受限，在受干扰时极有可能出现通讯不上或断开的现象;故障指示单元之间在发生故障时刻信息实现共享难度大，无法实现相邻参数比对分析。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种能进行自我配置、设备间即插即用、安全可靠的基于自组网模式的架空线路监测与故障指示装置。
[0005]本实用新型所采用的技术方案是:本实用新型包括采集模块、通讯模块、监测分析模块、故障指示单元，其中，
[0006]所述采集模块用于实时采集线路电压和电流信息，一个周波采集16点数据，采集模块存储数据长度160点，每个存储数据打上系统时标，系统时标分辨率精确到Ims之内；
[0007]所述通讯模块采用zigbee通讯模块进行mesh组网，用于实现系统间互联，完成数据传输与同步控制；
[0008]所述监测分析模块用于采集数据并处理，当无故障时，抽取带时标的电流、电压离散数据，得到线路正常时的电流、电压数据，上送后台实现线路状态在线监测；当出现故障时，通过自适应确定单相接地故障发生时刻点，分析线路暂态电容电流确定发生故障所在相；
[0009]所述故障指示单元用于故障指示。
[0010]本实用新型在节点与节点间采用mesh组网技术，克服点对多通讯技术的节点依赖问题，各故障指示单元为一个自带路由功能的无线节点，采用多跳技术，设备间的数据轻松实现互连共享，理论上互连设备数量没有上限；在无线mesh网络里，如果要添加新的设备，只需要简单地接上电源就可以了，它可以自动进行自我配置，并确定最佳的多跳传输路径；这种优势也非常适用已有系统的升级、改造，不用担心任何系统级的扩容和改造问题，很轻松实现设备的即插即用;此外，本实用新型使用方便，实用性强，可靠性高。
[0011]进一步地，所述采集模块包括线路电流检测电子式互感器、基于线路对地电场的线路对地电压检测电容器、前置信号调理电路、ADC模块和存储模块，所述采集模块实时采集线路电流、电压信号，经信号调理后送至所述ADC模块，ADC模块把线路的电路、电压模拟信号转换为离散的数字信号，每一个数字信号点存储时加上各采集时刻的时间值，形成带时标的数据给通讯模块、监测分析模块和故障指示单元备用。
[0012]另进一步地，所述监测分析模块包括有自适应正弦滤波器；当电力系统正常运行时，自适应正弦滤波器输出与电力系统的实际检测输入信号之间的误差很小;在输入正弦信号发生偏离正常情况的变化时，误差将增大;在电力系统出现故障时，输入信号将剧烈变化，其误差将变得很大。依据自适应正弦滤波器对电力系统输入信号的预测，计算其预测误差就可追踪输入信号的变化，在出现故障时予以快速灵敏地反应和启动。
[0013]再另进一步地，所述故障指示单元采用灯光闪烁和/或翻牌指示的指示方式对故障进行指示;利用灯光闪烁可以实现在夜间对故障进行指示;利用翻牌可以进行日间故障指示，从而实现全天24小时指示。
[0014]本实用新型的有益效果是:本实用新型采用mesh组网技术，克服点对多通讯技术的节点依赖问题，各故障指示单元为一个自带路由功能的无线节点，采用多跳技术，设备间的数据轻松实现互连共享，理论上互连设备数量没有上限。在无线mesh网络里，如果要添加新的设备，只需要简单地接上电源就可以了，它可以自动进行自我配置，并确定最佳的多跳传输路径，添加或移动设备时，网络能够自动发现拓扑变化，并自动调整通信路由，以获取最有效的传输路径，真正做到单个设备的即插即用功能，这种优势也非常适用已有系统的升级、改造，不用担心任何系统级的扩容和改造问题，很轻松实现设备的即插即用;基于自组网技术的数据共享原理，实现故障暂态数据的比对分析确定故障所在相别及故障区段；由于受到故障时刻和接地电阻等方面的影响，利用现有零序电压幅值确定单相接地故障准确时刻的灵敏度不高。本实用新型应用自适应波形比对的故障时刻捕获，能迅速确定故障发生时刻。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的系统原理框图；
[0016]图2是正弦自适应的原理图；
[0017]图3是现有技术中点对多组网结构示意图；
[0018]图4是mesh组网示意图。
【具体实施方式】
[0019]如图1、2和4所示，在本实施例中，本实用新型由采集模块、监测分析模块、通讯模块、故障指示单元模块四部分组成。
[0020]采集模块I包括I个线路电流检测电子式互感器、I个基于线路对地电场的线路对地电压检测电容器、前置信号调理电路、ADC模块、存储模块;本模块实时采集线路电流、电压，经信号调理后送ADC模块，ADC模块把线路的电路、电压模拟信号转换为离散的数字信号，每一个数字信号点存储时加上各采集时刻的时间值，即形成带时标的数据给通讯模块、监测分析模块和故障指示单元备用。
[0021]监测分析模块2定时抽取采集模块I得到的带时标电流、电压数据，通过软件算法得到线路正常的电流、电压有效值，所得有效值定时间间隔通过通讯模块传到相应的监测子站，实现远程在线监测。监测分析模块同时要完成线路故障的诊断，包括相间故障和单相接地故障。相间故障监测采用传统的过流原理实现。单相接地检测原理说明如下:
[0022]当线路发生单相接地故障后，故障相的对地电压降低，非故障相电压升高。由此将分别产生放电电容电流和充电电容电流，两者相叠加即构成了暂态电容电流。其中，放电电容电流在故障点、故障线路的故障相、母线以及非故障线路的故障相之间形成回路，回路中的电感相对较小，故该电流的振荡频率较高、衰减较快;而充电电流在故障点、故障线路故障相、变压器(电源)、母线以及所有线路的非故障相之间形成回路，由于该回路中的电感较大，故该电流的振荡频率低、衰减较慢。分析模块提取发生故障区域的所有采集模块存储的带时标电流数据，把相同时刻点数据还原，比对系统的振荡频率及衰减速度准确定位故障所在点。
[0023]监测分析模块同时引入自适应正弦滤波器的原理，图2中的u(t)为外部输入信号，y(t)=bsin( ω t)+abcos( ω t)为理论设计构造自适应正弦波，e(t)为u(t)与f (t)比较所得差值信号，随着输入信号的不断变化，对信号中幅值及相位不随时间变化的正弦周期输入信号进行逼近处理得到f(t)。当电力系统正常运行时，自适应正弦滤波器输出与电力系统的实际检测输入信号之间的误差e(t)很小;在输入正弦信号发生偏离正常情况的变化时，误差e(t)将增大;在电力系统出现故障时，输入信号将剧烈变化，其误差e(t)将变得很大。依据自适应正弦滤波器对电力系统输入信号的预测，计算其预测误差e(t)就可追踪输入信号的变化，在出现故障时予以快速灵敏地反应和启动。
[0024]通讯模块3放弃采用电力系统传统的“点对多点”的组网模式，选择mesh组网方式，主通讯模块选用具有传输距离远、功耗低的zigbee模块。mesh网络中的每个节点自带路由功能，全网数据交互不受距离或单个节点好坏的影响。
[0025]故障指示单元模块4接收监测分析模块的报警指示信息实现就地的故障状态指示，采用传统的灯光闪烁(夜间指示)和翻牌指示(白天指示)。
[0026]本实用新型可应用于电能设备领域。
【主权项】
1.一种基于自组网模式的架空线路监测与故障指示装置，其特征在于:它包括采集模块、通讯模块、监测分析模块、故障指示单元，其中， 所述采集模块用于实时采集线路电压和电流信息，一个周波采集16点数据，采集模块存储数据长度160点，每个存储数据打上系统时标，系统时标分辨率精确到Ims之内； 所述通讯模块采用zigbee通讯模块进行mesh组网，用于实现系统间互联，完成数据传输与同步控制； 所述监测分析模块用于采集数据并处理，当无故障时，抽取带时标的电流、电压离散数据，得到线路正常时的电流、电压数据，上送后台实现线路状态在线监测；当出现故障时，通过自适应确定单相接地故障发生时刻点，分析线路暂态电容电流确定发生故障所在相； 所述故障指示单元用于故障指示； 所述监测分析模块包括有自适应正弦滤波器。2.根据权利要求1所述的一种基于自组网模式的架空线路监测与故障指示装置，其特征在于:所述采集模块包括线路电流检测电子式互感器、基于线路对地电场的线路对地电压检测电容器、前置信号调理电路、ADC模块和存储模块，所述采集模块实时采集线路电流、电压信号，经信号调理后送至所述ADC模块，ADC模块把线路的电路、电压模拟信号转换为离散的数字信号，每一个数字信号点存储时加上各采集时刻的时间值，形成带时标的数据给通讯模块、监测分析模块和故障指示单元备用。3.根据权利要求1所述的一种基于自组网模式的架空线路监测与故障指示装置，其特征在于:所述故障指示单元采用灯光闪烁和/或翻牌指示的指示方式对故障进行指示。
【文档编号】G01R31/08GK205506995SQ201521057246
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年12月17日
【发明人】王红星, 韦华
【申请人】珠海博威电气有限公司