一种配网故障实时预警系统的制作方法

1.本发明涉及配电网故障处理技术领域，具体为一种配网故障实时预警系统。


背景技术：

2.大城市电力负荷集中，因此配电网规模大且结构复杂，配网故障占到了电网故障的绝大多数，是困扰配电网运维管理的一大难题。同时相比主网设备，配电网网架结构相对薄弱，设备运行环境复杂，更易受到外部环境的影响，因此强对流天气、外力破坏、设备故障等事故，都会严重影响配电网的正常工作，同时配电网本身体量大，在面对恶劣天气发生故障时，对人员物资的调配压力也相应增大，而现有的配电网系统中，往往缺少有效的风险预警机制。因此，开发一种配网故障实时预警系统。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种配网故障实时预警系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括数据模块，所述数据模块包括通讯单元、数据采集单元和系统数据库，且所述通讯单元和数据采集单元分别和系统数据库进行双向信号连接，所述系统数据库双向信号连接有预警模块和预案模块，所述预警模块和预案模块皆双向信号连接有人机交互模块，所述通讯单元的信号输入端信号连接有现场监测装置，信号输出端信号连接有用户客户端，所述预警模块包括气象灾害预警单元和外破风险预警单元，所述预案模块包括检修指挥预案模块和重要用户告警单元，所述现场监测装置采用物联网技术，通过遥测方式对现场设备环境进行不间断全天候监测，并和外破风险预警单元配合，所述外破风险预警单元包括太阳能防外破警示装置和架空线路防外破警示装置，所述太阳能防外破警示装置针对电缆线路，检测电缆通道上方的震动强度，监控现场开挖施工风险，所述架空线路防外破警示装置针对架空线路，检测电杆下方有限空间内，金属性异物的迫近情况，监控导线下方施工情况，所述外破警示装置通过声光手段对现场进行告警。
5.更进一步的，所述数据采集单元所采集的数据来自数据处理域和外部数据，所述数据处理域和外部数据被统一称为数据源，所述外部数据包括局部地区气象预报数据和设备拓扑结构及地理信息数据，所述数据处理域中的数据包括档案数据、跳闸数据和电网运行数据等，可以被分为实时数据和抽取数据。
6.更进一步的，所述数据源的信号输出端信号连接有数据接入模块，所述数据接入模块包括数据抽取清洗模块，实时数据采集接入模块和外部数据采集接入模块，所述数据抽取清洗模块对抽取数据进行存量数据初始化、增量数据同步复制和数据清洗转换工作。
7.更进一步的，所述数据接入模块的信号输出端信号连接有数据储存模块，所述数据储存模块包括企业数据仓库和实施采集数据缓存区，所述企业数据仓库和实施采集数据缓存区的信号输出端皆信号连接有热点数据储存区。
8.更进一步的，所述企业数据仓库包括ods缓冲区、ods统一视图区、数据仓库和数据集市四个模块，其中所述ods缓冲区用于接收经过存量数据初始化、增量数据同步复制处理过的抽取数据以及采集到的外部数据，随后所述抽取数据和被外部数据一同被分配至ods统一视图区、数据仓库和数据集市中，所述实时数据进入实时采集数据储存区，所述企业数据仓库和实时采集数据储存区中的一部分数据进入热点数据储存区。
9.更进一步的，所述数据储存模块的信号输出端信号连接有数据计算模块，所述数据计算模块包括离线计算引擎和实时计算引擎，其信号储存端信号连接有统一分析服务模块，所述统一分析服务模块包括数据挖掘模块和分析显示服务单元，所述统一分析服务模块的结果供系统其它模块按需取用。
10.更进一步的，所述太阳能防外破警示装置包括太阳能防外损警示牌和物联网边缘代理装置两部分，且所述太阳能防外损警示牌通过sm1加密和物联网边缘代理装置进行信号连接。所述太阳能防外损警示牌包括通讯模块和加密芯片，并通过sdk开发包构建连通通讯模块和加密芯片的工作平台，所述物联网边缘代理装置中包括设置在sdk平台上的数据分析单元、数据储存单元和代理加密芯片，所述物联网边边缘代理装置中设置有有apn网络和iot网关，通过网络和安全接入平台进行信号连接。
11.更进一步的，所述安全接入平台的信息输出端信号连接有物管平台，所述物管平台的信息输出端和信号连接有业务应用端，所述业务应用端为人机交互模块的一部分，所述物管平台中包括规整引擎和设备管理单元，所述规整引擎双向信号连接有监测/告警模块和数据分析模块，所述设备管理单元双向信号连接有数据储存模块和数据融合模块，所述数据储存模块和数据分析模块双向信号连接，所述物管平台通过对应的iot网关和业务应用端双向信号连接。
12.更进一步的，所述架空线路预警单元包括主动预警模块和被动预警模块，所述主动预警模块包括电源管理模块、自发光告警模块和反射光告警模块，所述电源管理模块和自发光告警模块电性连接。
13.更进一步的，所述被动预警模块包括红外光栅模块和信息分析模块，所述红外光栅模块中设置有红外光栅发射器，并向外发生红外光，当有外部物品经过时会反射所述红外光，所述红外光栅模块中设置有红外传感器，并接收外部物品反射的红外光，所述红外传感器的信息输出端信号连接有信息库，所述信息库通过对光栅遮挡面积的大小，判断该物体为误入光栅区还是正在靠近线路，做出不同的反应。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15.该配网故障实时预警系统，通过气象灾难预警单元的设置，对气象信息进行汇总，结合现场监测装置24小时对电缆线路和架空线路的工作状态进行检测，从而对接下来气象环境下配电网的工作安全性进行评估，从而发出预警，结合预案模块让工作人员提前准确，及时应对配电网的故障；
16.同时，通过外破风险预警单元和现场监测装置的配合，并结合外力破坏历史数据，对频繁性、偶发性的外力破坏风险事件进行预警，确保配电网日常的正常工作。
附图说明
17.图1为本发明的系统整体框图；
18.图2为本发明的数据模块运行框图；
19.图3为本发明的外破预警系统运行框图；
20.图4为本发明的外破预警系统中的物管平台运行框图；
21.图5为本发明的主动预警模块运行框图；
22.图6为本发明的被动预警模块运行框图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
26.应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。
27.如图1-图6所示，本发明提供一种技术方案：
28.一种配网故障实时预警系统，包括数据模块，数据模块包括通讯单元、数据采集单元和系统数据库，且通讯单元和数据采集单元分别和系统数据库进行双向信号连接，在本系统中，数据采集单元将气象预报数据等内网、外网数据定时采集至系统数据库内。主要数据来源包括：局部地区气象预报数据、故障历史数据、设备拓扑结构及地理信息数据和设备台账信息。其中局部地区气象预报数据可采用彩云天气所提供的六种气象数据(温度、湿度、风速、风向、云量、降雨量)，数据时间精度为未来半小时分钟级预报，同时每30秒更新一次。地理位置精确至一平方千米；而故障历史数据、设备拓扑结构及地理信息数据和设备台账信息均来自抢修帮app，另外需从供服系统中采集故障历史数据；从gis系统中采集设备接线方式，及地理位置信息(经纬度)；从pms2.0系统中采集设备型号，投运时间、额定容量等信息，一起同步至数据库内。通讯单元为链接现场监测设备以及数据库模块的中间载体，具有双向通信功能，能够将现场监测设备采集的有效信息传输给数据库模块，同时，能够接收从数据库模块输入的预警信息，并通过集成的外界通信系统将主动对重要用户及抢修相关人员发送相对应的预警信息。系统数据库能够实现基本的数据存取、检索功能，实现通过手动导入的方式将缺陷数据及其他无法自动采集的外部数据导入系统数据库内，并实现对异常数据点的剔除功能。
29.系统数据库双向信号连接有预警模块和预案模块，预警模块和预案模块皆双向信号连接有人机交互模块，在本发明中，人机交互模块可以实现预警信息的实时动态显示，并作为系统管理员与系统之间传递、交换信息的媒介和对话窗口。通讯单元的信号输入端信
号连接有现场监测装置，信号输出端信号连接有用户客户端，在本实施例中，用户客户端为通信模块的受体模块，由通信模块接收经由数据库模块分析处理得出的预警信息后，输入此模块，将信息分别传达至重要用户及抢修相关人员。具体实现形式可以是对重要用户侧的短信平台以及抢修相关人员的手持移动客户端。
30.预警模块包括气象灾害预警单元和外破风险预警单元，在本实施例中，气象灾害预警单元过对多种气象类(如降雨量、风速、风向、温度、湿度等)、地理类信息进行采集与处理，实现气象信息的综合展示功能，并以此为基础，将气象信息与当地配电网的gis数据相结合，实现当地配电网的气象动态实时安全风险监测、评估与预警，做到：按地区展示气象条件对配网设备的影响；按气象条件(雷击、大风、降水等)展示对配网设备的影响；实时气象数据对线路、设备的影响预警；灾害性气象天气对配网设备的影响评估等功能。预案模块包括检修指挥预案模块和重要用户告警单元，在本系统中，检修指挥预案模块根据预警信息，结合设备台账数据，智能生成故障抢修预案。一是根据故障点位置形成故障隔离预案，并动态调整配电自动化保护整定方案，缩小故障范围；二是根据设备台账信息及故障类型预估抢修所需材料、人员及工器具，指导抢修人员快速做好事故应对准备工作。而重要用户告警单元则根据预警信息，结合线路挂接用户情况，自动向重要用户发送告警通知，提醒用户做好防范措施。
31.现场监测装置采用物联网技术，通过遥测方式对现场设备环境进行不间断全天候监测，并和外破风险预警单元配合，外破风险预警单元包括太阳能防外破警示装置和架空线路防外破警示装置，太阳能防外破警示装置针对电缆线路，检测电缆通道上方的震动强度，监控现场开挖施工风险，架空线路防外破警示装置针对架空线路，检测电杆下方有限空间内，金属性异物的迫近情况，监控导线下方施工情况，外破警示装置通过声光手段对现场进行告警。在本系统工作场合中，金属性异物一般为来往车辆。
32.数据采集单元所采集的数据来自数据处理域和外部数据，数据处理域和外部数据被统一称为数据源，外部数据包括局部地区气象预报数据和设备拓扑结构及地理信息数据，数据处理域中的数据包括档案数据、跳闸数据和电网运行数据等，可以被分为实时数据和抽取数据。数据源的信号输出端信号连接有数据接入模块，数据接入模块包括数据抽取清洗模块，实时数据采集接入模块和外部数据采集接入模块，数据抽取清洗模块对抽取数据进行存量数据初始化、增量数据同步复制和数据清洗转换工作。数据接入模块的信号输出端信号连接有数据储存模块，数据储存模块包括企业数据仓库和实施采集数据缓存区，企业数据仓库和实施采集数据缓存区的信号输出端皆信号连接有热点数据储存区。企业数据仓库包括ods缓冲区、ods统一视图区、数据仓库和数据集市四个模块，其中ods缓冲区用于接收经过存量数据初始化、增量数据同步复制处理过的抽取数据以及采集到的外部数据，随后抽取数据和被外部数据一同被分配至ods统一视图区、数据仓库和数据集市中，实时数据进入实时采集数据储存区，企业数据仓库和实时采集数据储存区中的一部分数据进入热点数据储存区。数据储存模块的信号输出端信号连接有数据计算模块，数据计算模块包括离线计算引擎和实时计算引擎，其信号储存端信号连接有统一分析服务模块，统一分析服务模块包括数据挖掘模块和分析显示服务单元，统一分析服务模块的结果供系统其它模块按需取用。在本实施例中，系统数据库以集成成熟开源产品为主，系统核心分布式存储与计算组件采用hadoop技术体系中分布式存储(hdfs、hbase、hive等)、分布式计算框架
(mapreduce)，以及可与hadoop形成互补的spark等开源产品，spark全称apache spark，是专为大规模数据处理而设计的快速通用的计算引擎，是一种与hadoop相似的开源集群计算环境，但是两者之间还存在一些不同之处，spark启用了内存分布数据集，除了能够提供交互式查询外，还可以优化迭代工作负载。做到将存量数据如设备档案信息、故障跳闸信息、运行信息等数据，通过线下导入、接口导入的方式进入数据库；收集设备实时运行数据，以及设备状态变化信息、巡视发现的施工信息等数据；处理气象数据、雷电数据、终端采集设备采集的数据；并实现转换清洗后的数据与热点数据存储区的数据交互。
33.需要注意的是，在预警模块中设备标签管理单元，依据配网设备异常状态预警模型，从设备状态量按层次分析结构分为基础信息、运行信息、可靠性参数、不良工况、气象参数5大类的标签指标特性，根据配网设备异常状态模型，结合斯皮尔曼相关系数及关系热力图，依据数据分布及相关系大小，完成特征提取过程，得到设备的综合健康水平指数。其中：指数处在0～1.5时表明线路优秀；处在1.5～3.0时表明线路状态良好；处在3.0～6.5时表明线路已经出现比较明显的老化现象；当指数〉6.5时，表明设备已经出现严重的老化现象，在此状态下，线路的故障发生率明显上升。太阳能防外破警示装置包括太阳能防外损警示牌和物联网边缘代理装置两部分，且太阳能防外损警示牌通过sm1加密和物联网边缘代理装置进行信号连接。太阳能防外损警示牌包括通讯模块和加密芯片，并通过sdk开发包构建连通通讯模块和加密芯片的工作平台，物联网边缘代理装置中包括设置在sdk平台上的数据分析单元、数据储存单元和代理加密芯片，物联网边边缘代理装置中设置有apn网络和iot网关，通过网络和安全接入平台进行信号连接。安全接入平台的信息输出端信号连接有物管平台，物管平台的信息输出端和信号连接有业务应用端，业务应用端为人机交互模块的一部分。物管平台中包括规整引擎和设备管理单元，规整引擎双向信号连接有监测/告警模块和数据分析模块，设备管理单元双向信号连接有数据储存模块和数据融合模块，数据储存模块和数据分析模块双向信号连接，物管平台通过对应的iot网关和业务应用端双向信号连接。通过安装太阳能防外破警示装置，对电缆管沟上方的强振动进行实时监测，提供有关线路的异常警报，并将数据传输至后台。结合nbiot、移动通信等物联网技术，构建基于太阳能防外破警示装置的电缆及管道防外破管理系统。将警示装置作为电缆及通道类设备与信息化系统交互的载体，辅助开展电缆及通道管理、巡视管理、缺陷管理、有限空间作业等业务，增强电缆运维能力，提高运维效率，保障电力通道的安全稳定运行，有效提升电缆及通道精益化管理水平。在本实施例中，太阳能防外破警示装置主要技术规格如下所示：
[0034][0035]
如上表所示，太阳能防外破警示装置具有功耗小、效率高、安装简易和自学习等特点，并可在多环境安装使用，采用太阳能板+电池模式，续航时间可以长达5-8年，特别的低功耗设计可以使产品在连续阴雨10天以上仍然能正常工作，可以根据安装的环境学习固有的振动频率，以避免在不同场景的误报。后台可以对已授权施工单位解除警报，对特别路段可夜晚设置地钉的led灯按一定时长闪烁以起到提醒作用，从而实现对电缆管道的监控，有效避免因开挖施工导致的电缆破损、设备跳闸，有效保证客户安全用电，提高供电可靠性。需要注意的是，根据设备的rtc时间24h来计算，授权时间需要提前24h进行授权。发现非法施工后立即报警，同时警示灯亮起(两个指示灯间隔亮起，间隔时间为5s，灯亮时间1s)，灯亮1h后自动熄灭，如果触发非法告警，则直接屏蔽中断信息，时间为1h。通过后台进行授权后，能够在指定的授权时间内进行指示灯闪烁，指示灯闪烁的时候默认设置为5h，可以通过后台对指示灯的闪烁时间进行设置。
[0036]
架空线路预警单元包括主动预警模块和被动预警模块，主动预警模块包括电源管理模块、自发光告警模块和反射光告警模块，电源管理模块和自发光告警模块电性连接。在本实施例中，主动预警模块是一种适用于配网架空线路防外力破坏的警示器，该警示器具有自发光警示和反射光警示的功能。通过在车辆通行区域上方架空线路上安装警示器标明架空线路的实际高度，对过往车辆司机起到警示作用，尤其是在夜间施工过程中，可以有效防止由于视线不清导致的外力破坏事件发生。外形结构可以参考目前使用的故障指示器，警示器通过线圈的卡扣直接悬挂在架空线路上，可带电安装。在自发光告警模块中设置有传感器，用于监控来往车辆的高度，当来车高度超过警戒高度时，自发光告警模块会控制灯珠闪烁，从而提醒来车，该自发光告警模块由白天由太阳能充电，夜间由电池供电，通过电源管理模块整流输出稳定电压从而使得led灯珠闪烁告警。而反射光告警模块的告警牌采用反光材料制成，通过反射来车的车灯光线，对司机进行告警。被动预警模块包括红外光栅模块和信息分析模块，红外光栅模块中设置有红外光栅发射器，并向外发生红外光，当有外部物品经过时会反射红外光，红外光栅模块中设置有红外传感器，并接收外部物品反射的
红外光，红外传感器的信息输出端信号连接有信息库，信息库通过对光栅遮挡面积的大小，判断该物体为误入光栅区还是正在靠近线路，做出不同的反应。在本实施例中，需将红外光栅发射器安装在相邻两基电杆上，形成与架空线路平行的红外光栅，当判断物品正在靠近线路时，该模块会同时将告警信号通过通信模块发送到系统和运行人员手机，从而实现监测线路外破风险的功能。更加一步的，外破风险预警单元中需要架设基于防外破警示装置开发和展开应用的管理平台，需要具有全景展示警示装置运行状态、设备日志信息、白名单授权、报警信息管理、外破风险点信息管控、外破风险点巡视管理等功能。
[0037]
需要注意的是，在本实施例中，抢修指挥预案单元需要通过机械学习算法构建决策模型，该决策模型以预警信息，设备台账数据和线路拓扑结构为基础维度，采用决策树算法构建而成，达到智能生成故障防范预案的目的，能够在极端恶劣天气下，系统分析得到的预警信息后，结合线路拓扑结构，智能生成故障隔离方案，辅助运行单位及时调整配网运行方式，降低灾害区域影响；根据预测的故障类型和范围，结合设备台账信息，智能生成抢修预案，评估抢修所需的材料、人员和工器具，指导抢修人员快速做好应对准备；根据预警信息，结合配电自动化技术应用，动态生成智能开关保护整定值调整方案，加大低风险线路段和高风险线路段间的保护级差，尽可能把故障控制在最小范围内，保证故障发生后不越级跳闸，尽可能的降低配电网故障带来的损失。
[0038]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。