基于5G的新型故障指示器的制作方法

本实用新型涉及配电网故障监测技术领域，更具体地说，本实用新型涉及一种基于5g的新型故障指示器。

背景技术：

近年来，我国电力事业蓬勃发展，对配电网的供电可靠性和安全性的要求不断提高。对于配电网来说，由于负荷密度大、短线路多等因素，传统故障处理方法已不能满足智能配电网安全可靠运行的需要，往往存在故障切除选择性不高、故障跳闸可靠性不高、开关设备损耗大、故障处理时间长等缺点。

配电网在发生故障时，一般仅断开出口线路的断路器，即使采用分段开关，也无法准确隔离故障区间，在配电网线路上找出具体故障位置往往需要耗费的资源巨大。实际配电线路运维人员的数量缺乏，并不能满足配电线路设备管理的需要。此外由于部分地区交通不便，且供电半径长，造成配电运维人员需要花费较长时间进行线路故障的排查。如何缩小故障排查范围是困扰线路运维的一大难题。同时，配电网中发生较多的故障类型为接地故障，其故障区间较为隐蔽，不容易寻找。

配电网线路故障指示器为配电网线路运维人员进行线路故障寻查提供了一种自动化的工具，受到目前配电网线路运维人员的欢迎，不过其智能程度还有待提高，主要体现在：第一、灵活性低，传统的故障指示器以光纤网络进行通信为主，然而光纤通信存在不可靠、成本高且不能适应配电网拓扑结构的灵活变化等问题，导致故障指示器不能快速准确提供的线路运行状况和及时定位故障区间，较大降低故障找寻的工作效率，容易造成严重的经济损失；第二、可靠性低，故障指示器中的传感器一旦出现故障就会发生误报的情况。

5g作为新一代无线移动通信网络，主要用于满足2020年以后的移动通信需求。在不断增长的能源互联网业务需求共同推动下，要求5g具备低成本、低能耗、安全可靠的特点。

因此，如何将5g技术应用于配电网线路故障指示器中，提高配电网的故障处理能力和效率成为一个亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型的一个目的是解决至少上述缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本实用新型的另一个目的是将5g技术应用到配电网线路故障指示器，故障指示器的现场信息通过先进的5g通信网络发送到配电主站系统，在经过主站系统数据处理以后，让运维人员得知配电线路发生的故障方式和故障位置，以大幅度提高配电网的故障处理能力，实现快速、可靠的供电恢复，减少停电时间。

为了实现本实用新型的这些目的和其它优点，本实用新型提供一种基于5g的新型故障指示器，包括：

线路信息采集模块，其连接配电网线路用以采集线路信息数据；

故障指示模块，其连接至线路信息采集模块用以提示线路故障；

5g通信中继模块，其连接所述线路信息采集模块并与配电网监控主站通信，同时与上下游故障指示器通信；

其中，所述线路信息采集模块通过比对所采集的线路信息数据或所述5g通信中继模块通过对比监测点电力潮流方向和大小或两者结合，以辨别配电网线路区段是否故障。即既可以通过线路信息采集模块来判断线路故障，又可以通过5g通信中继模块来判断线路故障，或者两者结合同时判断故障，充分利用5g通信中继模块自带的处理器，提高了容错性和处理效率。

上述技术方案中，将5g技术应用到配电网线路故障指示器中，将故障指示器的现场信息通过先进的5g通信网络发送到配电主站系统，从而解决了以往光纤通信不可靠、成本高且不能适应配电网拓扑结构的灵活变化等问题。

同时，线路信息采集模块迅速采集线路信息数据并判断是否发生故障，故障指示模块能够故障提示，为配电网监控主站的工作人员提供准确的线路运行状况，及时发现故障，并及时定位故障区间(区域)，较大提高了故障找寻的工作效率，避免故障造成严重的经济损失。

线路信息采集模块判断线路故障可以通过常规方法来实现，比如线路信息数据和常规数据相比异常时即可判断出现故障

优选的是，所述的基于5g的新型故障指示器中，所述线路信息采集模块包括：

用于测量线路信息数据的传感器单元(传感器组)；

用于处理线路信息数据的中央处理器；

与中央处理器连接的无线通信单元。

优选的是，所述的基于5g的新型故障指示器中，配电网线路中三相交流电的a、b、c相上均分别连接有所述传感器单元，所述线路信息数据包括电流、电压、温度信息中的一种或多种。

优选的是，所述的基于5g的新型故障指示器中，所述传感器单元由三个传感器组成，三个传感器分别采集线路信息数据，以保证信息采集的准确性和可靠性。

优选的是，所述的基于5g的新型故障指示器中，所述中央处理器对三个传感器采集的数据进行两两比对；

如果差值均小于设定阈值，则正常输出三个传感器的数据均值；

如果差值均不小于设定阈值，则数据作废，并发出告警。

上述方案可以快速判断线路是否发生故障，并及时报警。

优选的是，所述的基于5g的新型故障指示器中，所述中央处理器具体被配置为：

接收所述三个传感器采集的数据；

计算传感器1和传感器2所采集数据的差值a；

如果差值a小于设定阈值，计算传感器2和传感器3所采集数据的差值b，如果差值b也小于设定阈值；则正常输出三个传感器的数据均值；如果差值b不小于设定阈值，则输出传感器1和传感器的数据均值且判定传感器3故障；

如果差值a不小于设定阈值，但是差值b小于设定阈值，则输出传感器2和传感器3的数据均值且判定传感器1故障；如果差值b不小于设定阈值，计算传感器1和传感器3所采集的数据的差值c，如果差值c小于设定阈值，则输出传感器1和传感器3的数据均值且判定传感器2故障；如果差值c不小于设定阈值，则数据作废并发出告警。

上述技术方案中，三个传感器采集的信息数据互相比对，完成传感器故障的自我检查，因此具有自检功能，在某一传感器发生故障时也能继续工作，同时测量也更加精确，从而保证了信息采集的准确性和可靠性。

优选的是，所述的基于5g的新型故障指示器中，在中央处理器判定故障和发出告警后，所述故障指示模块发出警示。准确指示故障的类型和位置。

优选的是，所述的基于5g的新型故障指示器中，中央处理器处理得到的所有数据均值和故障信息均定时通过5g通信中继模块发送至配电网监控主站；在发出告警时，告警信息立即通过5g通信中继模块发送至配电网监控主站。准确提示故障的类型和位置。

优选的是，所述的基于5g的新型故障指示器中，所述配电网线路上每隔一段距离设置一个监测点，每个监测点安装所述基于5g的新型故障指示器且相互之间进行无线连接以实现信息互通，所述传感器单元测量相应监测点的电气量，5g通信中继模块内设处理器，所述5g通信中继模块将所测得的电气量与上下游监测点测得的电气量相比较，判断电力潮流大小和方向在规定阈值内是否一致，若不一致，则判定监测点所在线路段内发生故障。

上述技术方案中，直接将传感器测得的电气量与上下游传感器测得的电气量对比，若异常则可以判断该线路段出现故障，精度高，可靠性好，且就地处理数据，能够有效减缓通信压力，能够灵活适应配电网拓扑结构灵活变化，且综合电压和电流两个参数统一考虑，有利于数据整合。

优选的是，所述的基于5g的新型故障指示器中，所述线路信息采集模块设置在夹持部件上，并通过夹持部件安装至配电网线路上，所述夹持部件包括：

上弧形板，其凹部朝下并形成容纳空间，所述传感器单元、中央处理器、无线通信单元设置在容纳空间内；

下弧形板，其凹部向上并形成包裹空间，所述下弧形板铰接在上弧形板下部形成可开合结构以便将配电网线路夹持，且容纳空间与包裹空间相对应以形成圆形的夹持空间，所述配电网线路限定在夹持空间内，所述上弧形板和下弧形板的两端均分别设置有绝缘胶垫以对配电网线路弹性夹持，且所述绝缘胶垫为半圆形以将夹持空间两端封闭；所述夹持空间内设置有弹簧，弹簧的两端分别连接上弧形板和下弧形板，所述上弧形板和下弧形板上开分别开设有螺孔，所述螺孔配合有螺栓以使得上弧形板和下弧形板保持夹持闭合状态。

上述技术方案中，夹持部件能够快速开合形成对配电网线路的夹持，以便将传感器安装到配电网线路上，降低安装难度，提高安装效率；同时夹持后，绝缘胶垫将夹持空间封闭，防止风雨进入到夹持空间内部影响传感器的运行。

4g技术现在虽然已经广泛应用在配电网领域，但是还是有一些不足，比如速率比较慢，使用时时延比较高；容量不够大，无法满足海量设备的链接；信号强度也不好，遇到楼区、山区、及其它有障碍物等易受影响，经常发生丢包现象。这就使得我们研发的故障指示器存在一些困难：

1、故障指示需要非常低的时延，否则发生故障时，可能会造成较为严重的后果，对配电网线路也会产生破坏。

2、电力线路需要的传感器成千上万，以前由于由于通信压力太大，丢弃了很多数据，甚至无法完成完整的数据采集，这就对之后进行数据分析产生极大困难。

3、配电网线路环境复杂，信号很容易受到各种障碍物的影响，这就对数据传输产生极大困难。

5g作为新一代移动通信技术，将满足2020年及未来超千倍的移动数据增长需求，为用户提供光纤般的接入速率、“零”时延的使用体验、千亿设备的连接能力、超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的优质服务，业务及用户感知得到很好的优化。其关键指标与4g对比如图5所示。

关于故障指示器的困难，我们可以应用5g技术来解决，分别是：

1、通过提高频谱范围、提高频谱利用率、提高传输效率这三方面的方法来降低时延，满足配电网故障快速响应需求。

2、通过频谱宽度的提升、微基站的广泛应用和空中接口技术的革新，从而可以支持海量设备连接，解决故障指示器数据采集问题，从而为数据分析提供充足便利。

3、多连接技术可以很大程度提高信号强度，在这一技术下，用户的通信不依赖单一频段和单一制式，即使某一种通信方式出现干扰依然可以保持稳定的数据传输。从而避免城市障碍物对信号的影响。

本实用新型至少包括以下有益效果：

本实用新型将5g技术应用到配电网线路故障指示器中，将故障指示器的现场信息通过先进的5g通信网络发送到配电主站系统，从而解决了以往光纤通信不可靠、成本高且不能适应配电网拓扑结构的灵活变化等问题。信息数据达到配电网监控主站后，运维人员快速得知配电线路发生的故障方式和故障位置，将能够大幅度提高配电网的故障处理能力，实现快速、可靠的供电恢复，减少停电时间。

其次，本实用新型将三个传感器组成一个传感器单元，传感器采集的信息数据互相比对，完成传感器故障的自我检查，因此具有自检功能，在某一传感器发生故障时也能继续工作，同时测量也更加精确，从而保证了信息采集的准确性和可靠性。

最后，5g中继通信模块直接将传感器测得的电气量与上下游传感器测得的电气量对比，若异常则可以判断该线路段出现故障，精度高，可靠性好，且就地处理数据，能够有效减缓通信压力，能够灵活适应配电网拓扑结构灵活变化，且综合电压和电流两个参数统一考虑，有利于数据整合。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本实用新型所述基于5g的新型故障指示器的连接结构示意图；

图2为本实用新型所述所述线路信息采集模块的连接结构示意图；

图3为本实用新型所述传感器单元(传感器组)的结构示意图；

图4为本实用新型所述中央处理器的处理流程图；

图5为5g与4g的关键性能指标对比；

图6为本实用新型所述夹持部件的结构示意图；

图7为本实用新型所述绝缘胶垫的结构示意图；

图8为本实用新型所述夹持部件的立体图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，一种基于5g的新型故障指示器，包括：

线路信息采集模块，其连接配电网线路以采集线路信息数据

故障指示模块，其连接至线路信息采集模块用以提示线路故障；

5g通信中继模块，其连接所述线路信息采集模块并与配电网监控主站通信，同时与上下游故障指示器通信；

其中，所述线路信息采集模块通过比对所采集的线路信息数据或所述5g通信中继模块通过对比监测点电力潮流方向和大小或两者结合，以辨别配电网线路区段是否故障。即既可以通过线路信息采集模块来判断线路故障，又可以通过5g通信中继模块来判断线路故障，或者两者结合同时判断故障，充分利用5g通信中继模块自带的处理器，提高了容错性和处理效率。

5g通信中继模块的作用是将线路信息采集模块所采集的线路信息数据实现远距离传输，通过5g网络远程传输到监控主站。正常时，各相线路信息采集模块定时向中继通信模块发送信息数据，在有信息数据越限时，发送报警信息。

同时，5g通信中继模块还可以依靠自身的处理器，对比监测点电力潮流方向和大小，以辨别配电网线路区段是否故障。

进一步，在另一个实施例中，如图2所示，所述线路信息采集模块包括：

用于测量线路信息数据的传感器单元(传感器组)；

处理线路信息数据的中央处理器；

与中央处理器连接的无线通信单元。

进一步，在另一个实施例中，配电网线路中三相交流电的a、b、c相上均分别连接有所述传感器单元，所述线路信息包括电流、电压、温度信息中的一种或多种。

进一步，在另一个实施例中，如图3所示，所述传感器单元由三个传感器组成，三个传感器分别采集线路信息。

进一步，在另一个实施例中，所述中央处理器对三个传感器采集的数据进行两两比对；如电流差值、电压差值、温度差值；

如果差值均小于设定阈值，则正常输出三个传感器的数据均值；

如果差值均不小于设定阈值，则数据作废，并发出告警。

进一步，在另一个实施例中，如图4所示，所述中央处理器具体被配置为：

接收所述三个传感器采集的数据；

计算传感器1和传感器2所采集数据的差值a；如电流差值、电压差值、温度差值；

如果差值a小于设定阈值，计算传感器2和传感器3所采集数据的差值b，如果差值b也小于设定阈值；则正常输出三个传感器的数据均值；如果差值b不小于设定阈值，则输出传感器1和传感器的数据均值且判定传感器3故障；

如果差值a不小于设定阈值，但是差值b小于设定阈值，则输出传感器2和传感器3的数据均值且判定传感器1故障；如果差值b不小于设定阈值，计算传感器1和传感器3所采集的数据的差值c，如果差值c小于设定阈值，则输出传感器1和传感器3的数据均值且判定传感器2故障；如果差值c不小于设定阈值，则数据作废并发出告警。

进一步，在另一个实施例中，在中央处理器判定故障和发出告警后，所述故障指示模块发出警示。

进一步，在另一个实施例中，中央处理器处理得到的所有数据均值均定时通过5g通信中继模块发送至配电网监控主站；在发出告警时，告警信息立即通过5g通信中继模块发送至配电网监控主站。

进一步，所述配电网线路上每隔一段距离设置一个监测点，每个监测点安装所述基于5g的新型故障指示器且相互之间进行无线连接以实现信息互通，所述传感器单元测量相应监测点的电气量，所述中央处理器将所测得的电气量与上下游监测点测得的电气量相比较，判断电力潮流大小和方向在规定阈值内是否一致，若不一致，则判定监测点所在线路段内发生故障。

上述技术方案中，直接将传感器测得的电气量与上下游传感器测得的电气量对比，若异常则可以判断该线路段出现故障，精度高，可靠性好，且就地处理数据，能够有效减缓通信压力，能够灵活适应配电网拓扑结构灵活变化，且综合电压和电流两个参数统一考虑，有利于数据整合。

进一步，如图6～8所示，所述传感器单元4设置在夹持部件1上，并通过夹持部件1安装至配电网线路上，所述夹持部件1包括：

上弧形板2，其凹部朝下并形成容纳空间，所述传感器单元4和无线通信单元设置在容纳空间内；

下弧形板3，其凹部向上并形成包裹空间，所述下弧形板3铰接在上弧形板2下部形成可开合结构以便将配电网线路5夹持，且容纳空间与包裹空间相对应以形成圆形的夹持空间，所述配电网线路5限定在夹持空间内，所述上弧形板2和下弧形板3的两端均分别设置有绝缘胶垫(8,9)以对配电网线路5弹性夹持，且所述绝缘胶垫(8,9)为半圆形以将夹持空间两端封闭；所述夹持空间内设置有弹簧6，弹簧6的两端分别连接上弧形板2和下弧形板3，所述上弧形板2和下弧形板3上开分别开设有螺孔，所述螺孔配合有螺栓7以使得上弧形板2和下弧形板3保持夹持闭合状态。

使用时，直接将夹持部件打开，然后将配电网线路夹持，然后使用螺栓固定即可，夹持部件能够快速开合形成对配电网线路的夹持，以便将传感器安装到配电网线路上，降低安装难度，提高安装效率；同时夹持后，绝缘胶垫将夹持空间封闭，防止风雨进入到夹持空间内部影响传感器的运行。

安装时：

1：安装多个线路信息采集模块，将采集模块与故障指示模块、5g通信中继模块相连，同时5g通信中继模块与配电网监控主站相连。

2：所述线路信息采集模块包括测量多种信息的传感器、中央处理器、无线通信单元，将其设于a、b、c相上，用于监测三相线路的电流、电压、温度信息。

3：若采集到的信息与设定阈值相比较判定发生故障，故障指示模块发出警示。

4：5g通信中继模块的作用是将线路信息采集模块所采集的线路信息数据实现远距离传输，通过5g网络远程传输到监控主站。正常时，各相线路信息采集模块定时向中继通信模块发送信息数据，在有信息数据越限时，发送报警信息。

尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。