专利名称：输电线路故障在线监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种输电线路故障在线监测系统，主要适用于电力系统中输电线路的故障检测。
背景技术：
输电线路是电力系统的命脉，它担负着传送电能的重任。随着电力系统规模的日益扩大，高电压、大能量、远距离输电线路的日益增多，一旦输电线路发生故障，对电力系统的安全运行、工农业生产和人们日常生活的影响也愈来愈大，因此，确保输电线路的安全运行是非常重要的。
电网上的高压和超高压输电线路很长，有的长达几百公里，甚至有的长达上千公里。其分布的地域又广。输电线路上的绝缘子长时间暴露在大气中，受气候和环境条件的影响，会在外界因素的作用下(如在雷击、雾、下雨、污秽等)发生闪络，导致输电线路故障的发生，这些是电网运行中不可避免的问题。
输电线路发生故障后，如何快速查找故障点，消除故障恢复供电，这是电网运行至今一直受人们关注的大问题。
传统的是依靠巡线查找故障点，然后对故障进行处理。这种方式既费时、又费力，且很难保证供电系统和输电线路安全稳定运行，为此人们都在寻找一个更有效的方式来解决上述问题。
现有的故障定位方法有几种阻抗法、故障分析法(工频参量法)、行波法等，虽然经过几十年的研究和开发，故障定位装置的精度已有很大的提高，但都存在一个普遍问题即测量输电线路参量和故障时的物理量，通过计算进行定位，而测量总是会有误差的，因此定位的结果就有误差，实际运用中这种误差往往会使巡线无结果。
发明内容
本发明是为了对电力系统输电线路的故障快速、准确、可靠无误地检测和定位，提供一种输电线路故障在线监测系统。
本发明的输电线路故障在线监测系统主要包含二大部分。
第一部分是数据采集终端，主要包含故障测量单元、数据采集控制单元、无线传输连接单元和太阳能的数据终端供电系统；第二部分故障监测支持系统，主要包含带有与移动通信网络联接的通信网络联接模块、监测系统平台、故障报警查询系统和用户维护系统的主控站。
所说的数据采集终端中的故障测量单元主要包含故障电流检测传感器和信号锁存器。
本发明的输电线路故障检测的工作过程为首先将本发明监测系统中的数据采集终端置于架设输电线路的杆塔上。当输电线路正常运行时，杆塔上没有任何电流，其故障测量单元中的故障电流检测传感器输出信号为零或接近零。一旦发生故障，如杆塔上绝缘子发生闪络，雷击击中输电线路或杆塔，故障电流会经杆塔流向大地，故障电流检测传感器会检测到流过杆塔的故障电流，经过信号锁存器(考虑到雷击电流的电流值大，时间又短，而设置信号锁存器)将最大故障电流值锁存后，经数据采集终端采集送至无线传输连接单元，即刻通过移动通信网络用短信发出输电线路故障相关报文信息。报文通过移动通信网络传至故障监测支持系统。由故障监测支持系统的主控站完成信息的接收和发送。并由故障监测支持系统的主控站完成输电线路故障监测的报警、显示、系统诊断、维护、查询、数据转送、打印等用户所需要的一系列数据。
本发明的监测系统显著的优点是数据采集终端与主控站之间利用移动通信网络用短信进行上下报文传递，信息上传约在20秒钟左右即可完成。因此，一旦输电线路发生故障，本发明故障监测支持系统的主控站在不到30秒的时间内，就可将输电线路故障及时、准确地告诉运行及有关人员。从而大大减轻了巡线工人巡线工作的负担，既可节省大量的人力、物力，加快输电线路故障点的定位，又可快速组织人力，进行抢修，尽快恢复供电，使故障损失减少到最低限度。另外，输电线路发生故障时所记录故障电流的大小，可帮助运行和检修人员分析设备受冲击电流冲击后是否损坏，何时进行检修，这些可提高输电线路运行的安全可靠性。因此，本发明输电线路故障在线监测系统不仅对电力系统的安全可靠供电具有十分重要的作用，而且还会给电力系统带来巨大的社会和经济效益。
本发明监测系统主要技术特点是输电线路故障检测技术(大电流、快速信号锁存)；数据采集终端的供电部分(无供电条件下)；数据采集终端采集的故障数据及时快速上传至主控站(利用GSM(全球网络移动系统)无线网络)；数据采集终端硬设备的安全可靠性(适应户外应用)；故障监测支持系统的主控站所应用运行控制管理系统(系统配置、组态、运行管理、维护等)。
1)本发明的故障测量单元中采用大电流(电流为0～10KA)高速(响应速度达到2.6μs)采样传感器作为故障电流检测传感器，并带有快速信号锁存器。
通常情况下，工频故障电流的采样周期为3-6个周波(50HZ)，而雷击电流的时间非常短，一般只有2.6μS左右，这就要求故障电流检测传感器具有快速反应，快速记录的功能。所以本发明采用的带有信号锁存器和大电流高速采样传感器即能达到此要求。
2)本发明数据采集终端的供电系统是采用太阳能供电，而且采集和无线收发单元是微功耗，由于采集和无线收发等电路是安装在户外，在500KV输电线路或杆塔下不可能找到电源，这就要求一个完全靠自己供电来完成采集和数据收发的供电系统，而且用电部分的功耗越小越好。本发明数据采集终端的工作电流在10mA左右，甚至可控制在1mA以下。本发明使用太阳能供电可长时期在户外运行(无日照一周以上)。
3)与移动通信网络的联接，短信交换快速、可靠。
本发明的数据采集终端与主控站之间的联系是通过移动通信网络。网络覆盖面大，盲区较小。由于在输电线路长、基站多的情况下，大量信息传递时会因缓冲区小造成信息丢失。故本发明采用主控站与移动通信网络直接联接的方式，能够克服上述在先技术中的问题，做到快速、准确地收发数据。
4)本发明故障监测支持系统的主控站提供了良好的用户操作、使用界面，可帮助用户完成系统配置，报警信息处理，数据查询，设备安装调试，系统维护等。
5)本发明的主控站已开发了一套完整的设备通信规约(GSM方式下)，经过实施应用，已经证明通讯规约能够安全准确地运行。
图1是本发明监测系统安装在实际应用中的示意图。
图2是本发明监测系统两大部分构成的结构示意图。
图3是本发明监测系统中数据采集终端的结构示意图。
图4是本发明数据采集终端运行过程的联接示意图。
图5是本发明监测系统中主控站的应用界面示意图。
图6是应用本发明监测系统用户端的应用界面示意图。
具体实施例方式
下面结合附图进一步说明本发明监测系统的结构。
图1是本发明监测系统应用到实地现场的示意图。如图1中所示，本发明监测系统中的数据采集终端2置于架设输电线路的杆塔1上，故障监测支持系统的主控站5通过移动通信网络3监测置于杆塔1上的数据采集终端2的状况。主控站5再通过移动通信网络3以发送短信的方式告知用户端4。当输电线路正常运行时，杆塔1上没有任何电流，数据采样终端2按设计要求只对终端设备进行检测，并按设定的时间值上报设备自检情况报文信息。一旦发生故障，故障电流检测传感器会检测到流过杆塔1上的故障电流，通过移动通信网络用短信的方式发出输电线路故障的报文信息，送至主控站5。由主控站5完成信息的接收、处理和发送至用户端4。由此构成输电线路故障快速报警的监测系统。
图2所示的就更清楚地看出本发明监测系统结构的特征。本发明监测系统包含两大部分数据采集终端2和故障监测支持系统。置于杆塔1上的数据采集终端2中包含。故障检测单元201，数据采集控制单元202和无线传输连接单元203，其中无线传输连接单元203与移动通信网络3联接。故障监测支持系统的主控站5上的通信网络联接模块501与移动通信网络联接。因此，当输电线路正常运行时，杆塔1上没有任何电流，故障检测单元201内的故障电流检测传感器输出信号为零或接近零。一旦发生故障，如；杆塔1上绝缘子发生闪络，雷击击中线路或杆塔，故障电流会经杆塔1流向大地，故障检测电流传感器会检测到流过杆塔1上的故障电流，信号锁存器将最大故障电流值锁存后(可在短时间内，连续存储五条故障信息)经数据采集控制单元采集送至无线传输连接单元，即刻通过移动通信网络以短信的方式发出线路故障相关报文信息。并将报文按用户的企业代码等特征存人数据库，由故障监测支持系统的主控站5主动经移动通信网络去读取报文信息，并按要求完成报警、数据记录等相关操作。
图3所示的是本发明监测系统的数据采集终端2的具体结构。数据采集终端2主要包括故障测量单元201，与故障测量单元201输出端相连的数据采集控制单元202，与数据采集控制单元202输出端相连的无线传输连接单元203。还有包含太阳能电池2041、太阳能充电控制器2042和蓄电池组2043的太阳能的数据终端供电系统204。
所说的数据采集控制单元202含有数据采集模块2021(AD-10)和控制器(CPU)2022。
所说的无线传输连接单元203包含无线收发模块2031和无线接口2032。本实施例中用RS485/232接口。
如图3的结构，当输电线路故障发生时，流经杆塔的故障电流使故障测量单元201中的故障电流检测传感器产生输出信号，经保护和锁存后送至数据采集控制单元202，数据采集控制单元202在完成A/D数据转换后将有关数据经控制器(CPU)2022控制完成数据辩别处理后再经无线接口2032(RS-232/RS-485接口)和无线收发模块2031如采用GSM-MODEM模块，通过移动通讯网络以短信方式发出输电线路故障相关报文信息。
所说的无线传输连接单元203包含的无线接口2032和无线收发模块2031在数据采集终端中主要用于与移动通信网络3的联接，短信的收发处理等。还可以增加点对点通讯的功能，可解决全球网络移动系统(GSM)网络未覆盖地区数据采集终端的数据路由问题。GSM-MODEM模块采用工业级芯片，由终端中CPU对数据通讯进行管理。
控制器(CPU)2022选用抗干扰能力强、低功耗工业级芯片。主要实现内部监控、数据采集、故障数据存储和调度等功能。并带有故障自恢复功能，大大提高数据采集终端的抗干扰能力和可靠性。数据采集终端有内部时钟和对时功能，数据信息传递过程中都带有时间标志，这些，可弥补短信通讯过程的数据延迟。
所说的数据终端供电系统204为太阳能电池系统，它含有太阳能电池2041、太阳能充电控制器2042和蓄电池组2043三部分。由于野外无供电环境，数据采集终端又不能停电。因此，采用太阳能和蓄电池组提供补充能源。在日照良好的情况下，太阳能电池2041采光后得到的能量经太阳能充电控制器2042向蓄电池组2043充电，以保证电源系统正常工作。另外，系统还负责对蓄电池组的电压进行采样监测，并随时可向主控站传送电源电压相关信息，防止因失电而影响数据采集终端的正常工作。
图4所示的是数据采集终端2具体的运行过程及故障测量单元201的具体结构。所说的故障测量单元201主要包含故障电流检测传感器2011，与故障电流检测传感器2011输出端连接的过压保护电路2012、与过压保护电路2012输出端相连的信号锁存器2013和与信号锁存器输出端相连的信号鉴别及输出电路2014。数据采集控制单元202与信号锁存器2013、信号鉴别及输出电路2014以及无线收发模块2031相连。由太阳能充电控制器2042和蓄电池组2043供电。
所说的信号锁存器2013内含有故障类别判断模块。能够识别雷击故障电流和工频故障电流。
如上述，当输电线路正常运行时，杆塔1上没有任何电流，故障电流检测传感器2011输出信号为零或接近零。一旦发生故障，故障电流会经杆塔1流向大地，故障电流检测传感器2011会检测到流过杆塔1的故障电流。故障电流检测传感器2011输出信号经过压保护电路2012和信号锁存器2013的保护和锁存后，由信号鉴别及输出电路2014输出至数据采集控制单元202。数据采集控制单元202完成数据的转换后通过无线接口2032和无线收发模块2031送出。即刻通过移动通信网络用短信发出线路故障相关报文信息。报文经移动通信网络传送，由故障监测支持系统的主控站5完成故障监测数据的读取、报警、显示、系统诊断、维护、查询、数据传送、打印等用户所需要的数据。
图5是本发明监测系统具体实施时，故障检测支持系统的主控站5内的监测界面示意图。
所说的主控站5主要包含与移动通信网络联接的通信网络联接模块501，监测系统平台，故障报警查询系统和用户维护系统。
所说的与移动通信网络联接的通信网络联接模块501内含有短信收发处理模块。所以本发明的故障监测支持系统的主控站能够迅速地接收到由数据采集终端通过移动通信网络以短信方式发出的报文信息。
所说的监测系统平台是在计算机操作系统的平台上，建立的实时操作系统，数据库系统和用户应用系统。
所说的故障报警查询系统含有故障信息处理模块和故障电流门限值设定模块。本发明的故障报警查询系统可以查询每条输电线路上的月、或季、或年的故障次数、类别、最大电流值故障点的杆塔号等。为输电线路分布设计等提供了分析的数据，并能够快速、准确地查找故障信息。如图5是本发明监测系统应用于一个地区(中国华东地区)的网架图。其中包括被监测的具体线路，一旦线路发生故障，故障线路会在网架上闪烁，同时会有报警音响输出和信息提示。用户能根据提示，迅速了解线路故障的杆塔号，线路故障时故障电流检测传感器上采样到的雷击电流或工频电流值。
所说的用户维护系统含有监测系统运行维护模块。本发明的用户维护系统可以对每台数据采集终端进行设置和管理。对数据采集终端校准时间(与主控站对时)，并与移动通信网络校准时间。系统可监视数据采集终端的工作电压，巡回检测其工作状态以及配合现场人员对数据采集终端进行调试。图6是用户端4的维护界面。通过该界面可以对数据终端进行配置，可以单独、部分或全部对输电线路上的数据采集终端进行配置，也可以单独、部分对输电线路上的数据采集终端进行数据上行传送。通过它，可以了解输电线路上全部设备的工作情况，利用该应用界面可以实现对全部设备的操作和管理。
权利要求
1.一种输电线路故障在线监测系统，主要包含数据采集终端和故障监测支持系统二大部分，其特征在于所说的数据采集终端主要包含带有故障电流检测传感器和信号锁存器的故障测量单元，数据采集控制单元，无线传输连接单元和太阳能的数据终端供电系统；所说的故障监测支持系统主要包含带有与移动通信网络联接的通信网络联接模块，监测系统平台，故障报警查询系统和用户维护系统的主控站。
2.根据权利要求1所述的输电线路故障在线监测系统，其特征在于所说的数据采集终端中的故障测量单元主要包含故障电流检测传感器，与故障电流检测传感器输出端连接的过压保护电路，与过压保护电路输出端相连的信号锁存器和与信号锁存器输出端相连的信号鉴别及输出电路。
3.根据权利要求1或2所述的输电线路故障在线监测系统，其特征在于所说的信号锁存器内含有故障类别判断模块。
4.根据权利要求1所述的输电线路故障在线监测系统，其特征在于所说的数据采集终端中的数据采集控制单元内含有数据采集模块和控制器。
5.根据权利要求1所述的输电线路故障在线监测系统，其特征在于所说的数据采集终端中的无线传输连接单元(203)包含无线收发模块(2031)和无线接口(2032)。
6.根据权利要求1所述的输电线路故障在线监测系统，其特征在于所说的数据采集终端中的太阳能的数据终端供电系统含有太阳能电池，太阳能充电控制器和蓄电源组。
7.根据权利要求1所述的输电线路故障在线监测系统，其特征在于所说的故障监测支持系统中的主控站带有的通信网络联接模块内含有短信收发处理模块。
8.根据权利要求1所述的输电线路故障在线监测系统，其特征在于所说的故障监测支持系统中主控站内的监测系统平台是在计算机操作系统的环境下，建立的实时操作系统、数据库系统和用户应用系统。
9.根据权利要求1所述的输电线路故障在线监测系统，其特征在于所说的故障监测支持系统中主控站内故障报警查询系统含有故障信息处理模块和故障电流门限值设定模块。
10.根据权利要求1所述的输电线路故障在线监测系统，其特征在于所说的故障监测支持系统中主控站内的用户维护系统中含有监测系统运行维护模块。
全文摘要
一种输电线路故障在线监测系统，主要适用于电力系统中输电线路的故障检测。包含数据采集终端和故障监测支持系统二大部分。数据采集终端置于架设输电线路的杆塔上。数据采集终端所采集的数据通过移动通信网络以短信方式发送至故障监测支持系统的主控站。主控站接收由移动通信网络传送的信息，完成对输电线路故障监测的报警、显示、系统诊断、维护、查询、数据传送以及打印等一系列的工作。具有对输电线路故障的检测速度快，定位准确可靠，操作方便，节省大量的人力和物力的显著优点。
文档编号H02J13/00GK1547306SQ200310109329
公开日2004年11月17日 申请日期2003年12月12日 优先权日2003年12月12日
发明者黄宪东, 顾柳兴, 顾友根, 张建方, 忻永良 申请人:上海东云信息技术发展有限公司