专利名称：电力线路异常漏电检测与远程控制装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种电力线路异常漏电检测与远程控制装置和方法，属于电力控制和通信技术领域。
背景技术：
电力线路异常漏电一般是因为短路故障引起，会造成电能浪费、发生火灾、造成人员伤亡等严重事故。检测电力线路异常漏电需要同时采集电网各配电节点的电流数据，在低频和直流输电线路中，可根据节点电流代数和为零的原则进行检测，一旦发现异常漏电，应该及时断开发生短路故障节点后的电力供应，从而减少损失。基于2G和3G移动通信技术已广泛应用于远程控制领域，如远程抄表、远程数据采集、远程控制等，如授权公告号CN202663199 U的中国实用新型，公开了一种远程电力配电控制装置，巡视员手机通过通讯网络连接GSM通信模块，GSM通信模块通过串口电路进行通信，串口电路连接中心控制器，中心控制器通过继电器电路控制配电仪表实施控制；如公开号为CN101325346A的中国发明专利，公开了一种电力有源滤波器无线远程控制方法，利用检测信号模块、信号转换模块、GPRS DTU模块，通过GPRS网络将信号传输到控制中心，控制中心的组态软件对信号进行处理，又通过GPRS返回对现场的控制命令。通过GPRS网络进行通信的特点是成本低，但实时性不能保证。上述专利技术提供了采集数据和实施控制的手段，但不能解决电力线路异常漏电的行为的判断。
发明内容
本发明的目的是:提供一种电力线路异常漏电检测与远程控制装置和方法，对于建设智能电网，减少电力事故的损失有重大意义。为了达到这一目的，本发明的技术路线是:
1.电力线路异常漏电检测与远程控制装置，包括控制中心电脑(I )、与控制中心电脑相连接的手机模块(2)、至少二个电流检测和控制终端(3);所述的电流检测和控制终端包括手机通信模块(4)、电流测量模块(5)、电磁继电器模块(7)、微控制器模块(6)，其特征在于:还包括日时钟模块(10)、电池供电模块(8)、EEPR0M存储器(9)；
所述的控制中心电脑(I)与所述的手机模块(2)通过RS-232或RS-485等有线方式连接，所述的手机模块(2)与所述的电流检测和控制终端(3)通过无线通信技术连接，所述的控制中心下达校时、闭合、断开命令至所述的电流检测和控制终端之前，需要先在所述的手机模块(2)与所述的手机通信模块(4)之间建立数据呼叫实时连接；
所述的手机通信模块(4)、电流测量模块(5)、电磁继电器模块(7)、日时钟模块(10)、电池供电模块(8)、EEPROM存储器(9)与所述的微控制器模块(6)电连接；
所述的至少二个电流检测和控制终端(3)沿供电力电线路安装，组成树形拓扑结构；电流检测和控制终端(3)检测(A、B、C)相电流有效值；所述的电流测量模块(5)通过互感器连接电力供电线路，所述的电磁继电器模块(7 )通过交流接触器、断路器等连接到电力供电线路。2.电力线路异常漏电检测与远程控制方法，其特征在于:
一、初始化操作
所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序通过AT指令使所述的手机模块(2)登录到通信公司的数据流量网(GPRS)，并获取IP地址和端口地址，每隔一定的时间，所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序通过与控制中心电脑相连接的手机模块(2)分别对各所述的电流检测和控制终端(3)发出数据呼叫，所述的电流检测和控制终端(3)接收该数据呼叫请求后二者建立实时连接，双方可以进行数据交换，所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将该IP地址和端口地址发送到所述的电流检测和控制终端(3)，所述的电流检测和控制终端(3)修改其EEPROM存储器(9)中的IP地址和端口地址值，完成IP地址和端口地址更新操作；所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将日时钟时间发送到所述的电流检测和控制终端(3 )，所述的电流检测和控制终端(3 )修改其日时钟模块(8 )的值，完成校时操作；所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将采集时间发送到所述的电流检测和控制终端(3)，所述的电流检测和控制终端(3)修改其EEPROM存储器(9)中的采集时间值，完成采集时间同步操作，之后断开二者之间的数据呼叫连接；
所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将所述的电流检测和控制终端(3)建立树形拓扑结构模型；
所述的电流检测和控制终端(3)登录到通信公司的数据流量网(GPRS)；
二、采集与监测操作
各所述的电流检测和控 制终端(3)按照其EEPROM存储器(9)存储的采集时间，定时将采集到的电流数据，加上采集时间标签、终端地址码发送到由其EEPROM存储器(9)存储的IP地址和端口地址指定的目标位置；
所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序按照上述树形结构模型计算同一时刻子结点电流(I子)的代数和与其父结点电流(I父)比较，考虑测量误差和输电线路的正常损耗(Λ I)，正常时:1父=Σ I子+ Λ I，一旦出现I父〉Σ I子+ Λ I，则表示该父结点之后的线路发生了异常漏电，应该断开该父结点后的电力供应；
三、控制操作
所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序通过与控制中心电脑相连接的手机模块
(2)对上述父结点的电流检测和控制终端(3)发出数据呼叫连接，上述的父结点电流检测和控制终端(3)接收该数据呼叫请求后二者建立实时连接，双方可以进行数据交换，所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将断电指令发送到所述的电流检测和控制终端(3)，所述的电流检测和控制终端(3)通过其电磁继电器模块(7)实现对与之相连接的交流接触器、断路器等的控制，从而断开该父结点之后的电力供应；上述父结点的电流检测和控制终端(3)将执行结果返回给所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序，之后断开二者之间的数据呼叫；电力线路故障解除后，由人工通过控制中心电脑(I)中运行的计算机程序，发出闭合命令，恢复电力供应。根据以上技术方案提出的电力线路异常漏电检测与远程控制装置和方法，结合了无线通信技术的优点，采用GPRS方式采集终端的数据成本低，采用数据呼叫通信方式实时性好，控制命令下达及时、准确。在建设智能电网、减少电力线路短路故障带来的损失方面具有重大意义。
附图1为本发明的系统结构框图；图中I为控制中心电脑，2为手机模块，3为电流检测和控制终端；
附图2为本发明实施的逻辑拓扑结构图，图中R、Cl、C2、C11、C12、C21、CllUC112、C113 为电流检测和控制终端，Lcl、Lc2、Lcll、Lcl2、Lc21、Lclll、Lcll2、Lcll3 为电力输电线。
具体实施例方式附图1中，控制中心电脑 (I)可选择能够24小时不间断运行的台式电脑或服务器，手机模块(2)可选择带有RS-232/RS485串行通信接口的2G或3G手机/手机模块，该手机模块安装SIM卡，并开通GPRS数据流量服务、数据呼叫服务和语音呼叫服务；电流检测和控制终端(3)中的手机通信模块(4)可选择SM300等模块、电流测量模块(5)采用至少10位AD采样，以达到较高的精度要求、电磁继电器模块(7)可选择工作电压为12V的小型继电器，微控制器模块(6)可选择MCS-51系列单片机、日时钟模块(10)可选择DS1302等、电池供电模块(8)可选择太阳能电池、EEPROM存储器(9)可选择24C08等。所述的控制中心电脑(I)与所述的手机模块(2)通过RS-232或RS-485等有线方式连接，控制中心电脑(I)通过AT指令操纵手机模块(2 )，所述的手机模块(2 )与所述的电流检测和控制终端(3)通过无线通信技术连接，在所述电流检测和控制终端上传电流数据时采用GPRS方式连接，在所述的控制中心下达校时、闭合、断开命令至所述的电流检测和控制终端采用数据呼叫方式实时连接。所述的手机通信模块(4)、电流测量模块(5)、电磁继电器模块(7)、日时钟模块,电池供电模块(8)、EEPROM存储器(9)与所述的微控制器模块(6)电连接，设计成一个控制板，留出连接互感器和交流接触器的接口。所述的至少二个电流检测和控制终端(3)沿供电力电线路安装，组成树形拓扑结构；电流检测和控制终端(3)检测(A、B、C)相电流有效值；所述的电流测量模块(5)通过互感器连接电力供电线路，所述的电磁继电器模块(7 )通过交流接触器、断路器等连接到电力供电线路。图2中，R为根节点，是本发明应用到的电力网络的电能输出站(如发电厂或变电站)，C1、C2为其子节点(也可以称R为父节点，C1、C2为子节点)，Lr为发电机到配电箱的电力输电线、Lcl、Lc2为根节点到子节点C1、C2的输电线，R、C1、C2为本发明的电流检测和控制终端(3)，每个终端具有唯一的地址编码，在低频或直流电路中，遵循节点电流代数和为零的原则，考虑高压输电时大气放电和测量仪器误差，正常情况下流入到节点R的电流等于从节点R流出到Cl和C2的电流、正常损耗之和，可以记为即I父=Σ I子+ Λ I。式中I父为流入节点R的电流，I子为从节点R流出到节点Cl和C2的电流，Δ I为大气放电和测量仪器误差。同理对于Cl、Cll、C12节点，可以认为Cl为父节点，C1UC12为子节点，同样满足上述的计算公式。当出现输电线路短路故障时，就会出现I父〉Σ I子+ Λ I，应该断开该父结点后的电力供应。电力线路异常漏电检测与远程控制方法，其特征在于，包括以下操作:
一、初始化操作
所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序通过AT指令使所述的手机模块(2)登录到通信公司的数据流量网(GPRS)，并获取IP地址和端口地址，每隔一定的时间，所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序通过与控制中心电脑相连接的手机模块(2)分别对各所述的电流检测和控制终端(3)发出数据呼叫，所述的电流检测和控制终端(3)接收该数据呼叫请求后二者建立实时连接，双方可以进行数据交换，所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将该IP地址和端口地址发送到所述的电流检测和控制终端(3)，所述的电流检测和控制终端(3)修改其EEPROM存储器(9)中的IP地址和端口地址值，完成IP地址和端口地址更新操作；所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将日时钟时间发送到所述的电流检测和控制终端(3 )，所述的电流检测和控制终端(3 )修改其日时钟模块(8 )的值，完成校时操作；所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将采集时间发送到所述的电流检测和控制终端(3)，所述的电流检测和控制终端(3)修改其EEPROM存储器(9)中的采集时间值，完成采集时间同步操作，之后断开二者之间的数据呼叫；
所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将所述的电流检测和控制终端(3)建立树形拓扑结构模型；
所述的电流检测和控制终端(3)登录到通信公司的数据流量网(GPRS)；
二、采集与监测操作
各所述的电流检测和控制终端(3)按照其EEPROM存储器(9)存储的采集时间，定时将采集到的电流数据，加上采集时间标签、终端地址码发送到由其EEPROM存储器(9)存储的IP地址和端口地址指定的目标位置；
所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序按照上述树形结构模型计算同一时刻子结点电流(I子)的代数和与其父结点电流(I父)比较，考虑测量误差和输电线路的正常损耗(Λ I)，正常时:1父=Σ I子+ Λ I，一旦出现I父〉Σ I子+ Λ I，则表示该父结点之后的线路发生了异常漏电，应该断开该父结点后的电力供应；
三、控制操作
所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序通过与控制中心电脑相连接的手机模块
(2)对上述父结点的电流检测和控制终端(3)发出数据呼叫，上述的父结点电流检测和控制终端(3)接收该数据呼叫请求后二者建立实时连接，双方可以进行数据交换，所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将断电指令发送到所述的电流检测和控制终端(3)，所述的电流检测和控制终端(3)通过其电磁继电器模块(7)实现对与之相连接的交流接触器、断路器等的控制，从而断开该父结点之后的电力供应；上述父结点的电流检测和控制终端
(3)将执行结果返回给所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序，之后断开二者之间的数据呼叫；电力线路故障解除后，由人工通过控制中心电脑(I)中运行的计算机程序，发出闭合命令，恢复电力供应。
权利要求
1.电力线路异常漏电检测与远程控制装置，包括控制中心电脑(I)、与控制中心电脑相连接的手机模块(2)、至少二个电流检测和控制终端(3);所述的电流检测和控制终端包括手机通信模块(4)、电流测量模块(5)、电磁继电器模块(7)、微控制器模块(6)，其特征在于:还包括日时钟模块(10)、电池供电模块(8)、EEPR0M存储器(9)； 所述的控制中心电脑(I)与所述的手机模块(2)通过RS-232或RS-485等有线方式连接，所述的手机模块(2)与所述的电流检测和控制终端(3)通过无线通信技术连接，所述的控制中心下达校时、闭合、断开命令至所述的电流检测和控制终端之前，需要先在所述的手机模块(2)与所述的手机通信模块(4)之间建立数据呼叫实时连接； 所述的手机通信模块(4)、电流测量模块(5)、电磁继电器模块(7)、日时钟模块(10)、电池供电模块(8)、EEPROM存储器(9)与所述的微控制器模块(6)电连接； 所述的至少二个电流检测和控制终端(3)沿供电力电线路安装，组成树形拓扑结构；电流检测和控制终端(3)检测(A、B、C)相电流有效值；所述的电流测量模块(5)通过互感器连接电力供电线路，所述的电磁继电器模块(7)通过交流接触器、断路器等连接到电力供电线路。
2.电力线路异常漏电检测与远程控制方法，其特征在于: 一、初始化操作 所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序通过AT指令使所述的手机模块(2)登录到通信公司的数据流量网(GPRS)，并获取IP地址和端口地址，每隔一定的时间，所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序通过与控制中心电脑相连接的手机模块(2)分别对各所述的电流检测和控制终端(3)发出数据呼叫，所述的电流检测和控制终端(3)接收该数据呼叫请求后二者建立实时连接，双方可以进行数据交换，所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将该IP地址和端口地址发送到所述的电流检测和控制终端(3)，所述的电流检测和控制终端(3)修 改其EEPROM存储器(9 )中的IP地址和端口地址值，完成IP地址和端口地址更新操作；所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将日时钟时间发送到所述的电流检测和控制终端(3 )，所述的电流检测和控制终端(3 )修改其日时钟模块(8 )的值，完成校时操作；所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将采集时间发送到所述的电流检测和控制终端(3)，所述的电流检测和控制终端(3)修改其EEPROM存储器(9)中的采集时间值，完成采集时间同步操作，之后断开二者之间的数据呼叫连接； 所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将所述的电流检测和控制终端(3)建立树形拓扑结构模型； 所述的电流检测和控制终端(3)登录到通信公司的数据流量网(GPRS)； 二、采集与监测操作 各所述的电流检测和控制终端(3)按照其EEPROM存储器(9)存储的采集时间，定时将采集到的电流数据，加上采集时间标签、终端地址码发送到由其EEPROM存储器(9)存储的IP地址和端口地址指定的目标位置； 所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序按照上述树形结构模型计算同一时刻子结点电流(I子)的代数和与其父结点电流(I父)比较，考虑测量误差和输电线路的正常损耗(Λ I)，正常时:1父=Σ I子+ Λ I，一旦出现I父〉Σ I子+ Λ I，则表示该父结点之后的线路发生了异常漏电，应该断开该父结点后的电力供应；三、控制操作 所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序通过与控制中心电脑相连接的手机模块(2)对上述父结点的电流检测和控制终端(3)发出数据呼叫连接，上述的父结点电流检测和控制终端(3)接收该数据呼叫请求后二者建立实时连接，双方可以进行数据交换，所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序将断电指令发送到所述的电流检测和控制终端(3)，所述的电流检测和控制终端(3)通过其电磁继电器模块(7)实现对与之相连接的交流接触器、断路器等的控制，从而断开该父结点之后的电力供应；上述父结点的电流检测和控制终端(3)将执行结果返回给所述的控制中心电脑(I)中运行的计算机程序，之后断开二者之间的数据呼叫；电力线路故障解除后，由人工通过控制中心电脑(I)中运行的计算机程序，发出闭合命 令，恢复电力供应。
全文摘要
电力线路异常漏电检测与远程控制装置和方法，属于通信和电力控制领域，其特征在于至少两个电流检测终端沿电力供电线路组成树形拓扑结构，各个电流检测终端同时采集电流数据并传送到控制中心，控制中心的计算机程序按照各电流检测终端组成的树形拓扑结构计算电流的代数和，考虑测量误差和正常的大气放电损耗，一旦检测到父节点电流异常大于子结点电流代数和，则通过数据呼叫方式建立实时连接，对该父结点的电流控制装置发断电命令，从而断开故障线路的电力。应用本发明可以减少电力故障的损失。
文档编号H02J13/00GK103166319SQ20131008362
公开日2013年6月19日 申请日期2013年3月17日 优先权日2013年3月17日
发明者陈善荣, 杨永东, 周小清 申请人:吉首大学