架空線路故障定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)，特別是一種架空線路故障定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]配網(wǎng)自動(dòng)化大大提高了供電可靠性和供電質(zhì)量，縮短事故處理時(shí)間，減少停電范圍，但目前配電終端(FTU/DTU/TTU) —般部署在開(kāi)關(guān)或變壓器位置，對(duì)長(zhǎng)距離的架空配電線路得中間段缺少管控，在配電線路傳輸距離遠(yuǎn)、線路分支多、運(yùn)行情況復(fù)雜，環(huán)境和氣候條件比較惡劣時(shí)，外破、設(shè)備故障和雷電等自然災(zāi)害導(dǎo)致的線路短路、接地故障時(shí)常發(fā)生，而且故障時(shí)，故障區(qū)段(位置)難以確定，給檢修工作帶來(lái)較大的困難，尤其是偏遠(yuǎn)地區(qū)，查找起來(lái)更是費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
[0003]目前，雖然也采用了一些方法來(lái)解決監(jiān)控線路報(bào)警的問(wèn)題，但是效果并不理想，存在很多問(wèn)題，具體情況如下:
1、大多數(shù)電網(wǎng)都利用故障指示牌對(duì)架空線路故障進(jìn)行報(bào)警，但是架空型線路故障指示器都是單獨(dú)判斷、單獨(dú)顯示報(bào)警，無(wú)法實(shí)現(xiàn)線路的實(shí)時(shí)監(jiān)控，線路出現(xiàn)問(wèn)題后必須配合人工巡線才能確定故障位置，巡線工作量非常大，而且故障排查困難和定位不迅速。
[0004]2、已有方案往往不具備安全通訊的特質(zhì)，一般為非組網(wǎng)方式或通過(guò)GPRS公網(wǎng)組網(wǎng)。非組網(wǎng)方式由于其部署靈活、安裝簡(jiǎn)單，目前使用最為廣泛，但由于其無(wú)法實(shí)現(xiàn)集中管理，需要人工配合及無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)目前正逐步退出使用；目前作為非組網(wǎng)方式的替代，通過(guò)GPRS公網(wǎng)組網(wǎng)的系統(tǒng)正逐步實(shí)施，但鑒于GPRS公網(wǎng)環(huán)境比較復(fù)雜、安全性較差，使得該種組網(wǎng)方式存在網(wǎng)絡(luò)層安全隱患及應(yīng)用層安全隱患。
[0005]3、已有的故障判別方法，包括零序功率法、首半波法、小波變換法、行波法、注入信號(hào)法等判別方法，普遍存在判斷精度不高，容易產(chǎn)生誤判和漏判的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供了一種架空線路故障定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，解決了現(xiàn)有架空線路故障判斷設(shè)備和方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力、準(zhǔn)確度不高、通訊不安全等一系列問(wèn)題。
[0007]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明方案包括:架空線路故障定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括故障指示器、集中器子站和主站，所述的故障指示器包括MCU、電流互感器、電容分壓器、信號(hào)檢測(cè)電路、ESAM安全芯片和微功率無(wú)線子節(jié)點(diǎn)，所述的電流互感器采集導(dǎo)線上的一次電流，并產(chǎn)生CT 二次信號(hào)；電容分壓器采集線路電壓信號(hào)；CT 二次信號(hào)和線路電壓信號(hào)分別輸送到信號(hào)檢測(cè)電路，經(jīng)過(guò)濾波、放大和采保處理后輸入MCU ;MCU對(duì)信號(hào)進(jìn)行A/D采樣后，計(jì)算出負(fù)荷電流、短路電流、首半波尖峰電流和接地動(dòng)作電流值、穩(wěn)態(tài)零序電流、暫態(tài)零序電流；微功率無(wú)線子節(jié)點(diǎn)與MCU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；所述的ESAM安全芯片連接MCU，對(duì)MCU發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加/解密和身份認(rèn)證；
所述的集中器子站包括通信終端、微功率無(wú)線中心節(jié)點(diǎn)、GPRS遠(yuǎn)程通信模塊，微功率無(wú)線中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)微功率無(wú)線信號(hào)與微功率無(wú)線子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，微功率無(wú)線中心節(jié)點(diǎn)與通信終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通信終端通過(guò)104規(guī)約連接GPRS遠(yuǎn)程通信模塊；
所述的主站包括GIS系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)和監(jiān)控端，所述的監(jiān)控端通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)與GPRS遠(yuǎn)程通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，監(jiān)控端將接收到的數(shù)據(jù)解密后，將故障點(diǎn)在GIS系統(tǒng)中標(biāo)識(shí)并通過(guò)短信、電話等形式通知巡檢人員。
[0008]進(jìn)一步的，所述的監(jiān)控端設(shè)有故障樣本閥值庫(kù)，可以記錄并存儲(chǔ)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生過(guò)的各種故障樣本，當(dāng)再次發(fā)生類(lèi)似故障時(shí)，可以有效縮短系統(tǒng)判斷的時(shí)間。
[0009]進(jìn)一步的，電流互感器內(nèi)設(shè)有取電線圈，可以為故障指示器提供電力供應(yīng)。
[0010]進(jìn)一步的，所述的微功率無(wú)線中心節(jié)點(diǎn)和微功率無(wú)線子節(jié)點(diǎn)均采用433M無(wú)線射頻通信模塊，利用433M微功率無(wú)線信號(hào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。
[0011]進(jìn)一步的，還包括太陽(yáng)能電池板，所述的太陽(yáng)能電池板與通信終端連接。
[0012]架空線路故障定位監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟:
S1:采集并計(jì)算出電流和電壓信號(hào)；
52:判斷短路故障；
53:通過(guò)七次諧波加首半波判斷接地故障；
54:標(biāo)記故障地點(diǎn)并通知巡檢人員。
[0013]進(jìn)一步的，判斷短路故障的具體步驟為:
5201:對(duì)運(yùn)行線路采集到的運(yùn)行電流瞬時(shí)值進(jìn)行比值微分計(jì)算，獲得線路電流突變曲線；
5202:電流突變判斷，當(dāng)電流的變化率突變，即If/10>R時(shí)，依據(jù)該突變的電流變比率判斷線路短路故障，其中，If、1分別是突變后和突變前的線路電流，R是預(yù)設(shè)的電流變比率，預(yù)設(shè)的電流變比率R隨線路負(fù)荷電流的大小自動(dòng)變化，負(fù)荷電流越小，R越大；
5203:啟動(dòng)電壓突變復(fù)核，檢測(cè)線路電壓降低，當(dāng)線路電壓降低滿足V〈Vh時(shí)判定線路短路故障，其中Vh是電壓下降值的預(yù)設(shè)閾值。
[0014]進(jìn)一步的，步驟S203中，如果電壓突變復(fù)核正常，在初次出現(xiàn)時(shí)將被標(biāo)注預(yù)故障，當(dāng)情況出現(xiàn)多次后，將作為該線路的單線特征記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行記錄，作為非故障判定依據(jù)。
[0015]進(jìn)一步的，步驟S3的具體過(guò)程為:根據(jù)采集的線路接地電纜暫態(tài)半波，當(dāng)判斷出現(xiàn)接地故障時(shí)，通過(guò)七次諧波杠桿化傳感器中的感應(yīng)電流，進(jìn)行當(dāng)量計(jì)算，獲取突變曲線，在曲線突破閥值時(shí)觸發(fā)報(bào)警，然后通過(guò)傳感器獲取的首半波前后方向突變情況，判定發(fā)生接地故障的接地電纜位置。
[0016]進(jìn)一步的，判斷接地故障的方法為:線路中的暫態(tài)零序電壓與暫態(tài)零序電流首半波方向相反。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:
1、采用檢測(cè)電流變比率法并結(jié)合線路跳閘停電來(lái)檢測(cè)短路故障，變比率突變值按照故障指示器內(nèi)置的曲線算法并根據(jù)負(fù)荷電流的大小自動(dòng)動(dòng)態(tài)整定，克服了“電流突變法”采用的電流突變值靜態(tài)固定不變的缺陷。同時(shí)，結(jié)合電壓突變復(fù)核機(jī)制，有效防止誤報(bào)警，更加準(zhǔn)確的判斷短路故障。
[0018]2、采用七次諧波加首半波法來(lái)檢測(cè)接地故障，因?yàn)榻拥厮查g的突變量，不受線路存在的各高頻干擾信號(hào)以及線路勵(lì)磁涌流影響，易于可靠檢測(cè)，因此采用這個(gè)方法克服了目前以暫態(tài)量大小為判據(jù)的接地故障檢測(cè)方法的局限性，也克服了單純使用首半波法的不準(zhǔn)確性，抗干擾能力強(qiáng)，故障檢測(cè)準(zhǔn)確可靠。
[0019]3、采用ESAM安全芯片，通過(guò)嵌入在故障指示器中的ESAM數(shù)據(jù)安全芯片，實(shí)現(xiàn)安全存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)加/解密、雙向身份認(rèn)證、線路加密傳輸?shù)裙δ?，解決了傳輸?shù)陌踩?，有效的克服?GPRS公網(wǎng)環(huán)境通信安全性無(wú)法保障的難題。
[0020]4、通過(guò)主站的接入服務(wù)器(GIS、MIS服務(wù)器)、數(shù)據(jù)服務(wù)器等相互協(xié)作，發(fā)現(xiàn)架空線路故障自動(dòng)報(bào)警，提示工作人員具體位置狀況信息，以便馬上排除故障及給出工作報(bào)告。系統(tǒng)能根據(jù)工作人員需要和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行靈活設(shè)置保障監(jiān)控、報(bào)警的準(zhǔn)確性，確保故障時(shí)動(dòng)作迅速、非故障時(shí)誤報(bào)率低，并具有短信告警功能。
[0021]5、故障指示器內(nèi)置電流互感器，接地故障判定無(wú)需加裝信號(hào)發(fā)生器。而傳統(tǒng)的有源方式需要在變電站部署信號(hào)源，不但需要掛網(wǎng)運(yùn)行，同時(shí)也加大接地電流和跨步電壓，更容易引起弧光、火災(zāi)，危及人身安全。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明方法流程圖；
圖3是短路故障的判斷方法流程。
【具體實(shí)施方式】
[0023]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]如圖1所示的架空線路故障定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括故障指示器、集中器子站和主站。
[0025]所述的故障指示器包括MCU、電流互感器、電容分壓器、信號(hào)檢測(cè)電路、ESAM安全芯片和微功率無(wú)線子節(jié)點(diǎn)。
[0026]架空型線路故障指示器利用了 CT(電流互感器)的原理來(lái)測(cè)量線路電流。當(dāng)架空型線路故障指示器掛在導(dǎo)線上時(shí)，一次電流會(huì)流經(jīng)架空型線路故障指示器的電流傳感器，電流傳感器產(chǎn)生CT 二次信號(hào)，這個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)檢測(cè)電路濾波、放大和采保，然后由低功耗單片機(jī)做A/D采樣，最后計(jì)算出負(fù)荷電流、短路電流、首半波尖峰電流和接地動(dòng)作電流值、穩(wěn)態(tài)零序電流、暫態(tài)零序電流。電流傳感器主要包括:電流線圈、導(dǎo)磁棒、立柱、動(dòng)板。
[0027]電流互感器除了用于電流測(cè)量，還可用于在線取電。在電流線圈基礎(chǔ)上再加取電線圈，就可以獲得一定的取電電流。取電電流經(jīng)過(guò)特殊的取電電路和MCU控制電路就可以為架空型線路故障指示器提供整機(jī)工作電源和無(wú)線通訊電源。自取電功能可以減少電池?fù)p耗，提高產(chǎn)品使用壽命。一般來(lái)說(shuō)，負(fù)荷電流越大，取電電流越大，產(chǎn)品使用壽命越長(zhǎng)。
[0028]架空型線路故障指示器采用電容分壓器來(lái)測(cè)量線路電壓，電容分壓器利用空間電容進(jìn)行分壓，將空氣作為絕緣介質(zhì)，將大地作為電容的一極，裝置與大地之間的空間電容即是分壓電容中的一個(gè)。
[0029]架空型線路故障指示器本地通信采用無(wú)線調(diào)頻通信機(jī)制。符合《信部無(wú)〔2005〕423號(hào):微功率(短距離)無(wú)線電設(shè)備技術(shù)要求》〉標(biāo)準(zhǔn)要求，使用頻率為433MHz，發(fā)射頻率小于10mW，占用帶寬不大于400kHz。通信距離為100米，最大可達(dá)1000米。
[0030]線路發(fā)生故障時(shí)，指示器在O?3秒鐘內(nèi)主動(dòng)通過(guò)無(wú)線跳頻通信方式與集中器子站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；若指示器未接收到集中器子站的確認(rèn)幀，則會(huì)立即重發(fā)，最多重發(fā)3次。各指示器的地址編號(hào)不同。指示器采用極低功耗設(shè)計(jì)，大部分能量從高壓導(dǎo)線感應(yīng)取電。當(dāng)負(fù)荷電流大于20A時(shí)采用“有問(wèn)必答”或者定時(shí)主動(dòng)方式；當(dāng)負(fù)荷電流小于20A時(shí)，以“兩問(wèn)一答”方式，其它時(shí)間指示器內(nèi)部無(wú)線通訊模塊處在休眠狀態(tài)從而減少電池?fù)p耗。
[0031]微功率無(wú)線子節(jié)點(diǎn)與MCU實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信；所述的ESAM安全芯片連接MCU，對(duì)MCU發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加/解密和身份認(rèn)證。
[0032]所述的集中器子站包括通信終端、微功率無(wú)線中心節(jié)點(diǎn)、GPRS遠(yuǎn)程通信模塊、太陽(yáng)能電池板，微功率無(wú)線中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)微功率無(wú)線信號(hào)與微功率無(wú)線子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，微功率無(wú)線中心節(jié)點(diǎn)與通信終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通信終端通過(guò)104規(guī)約連接GPRS遠(yuǎn)程通信豐旲塊。
[0033]集