一種基于自組網(wǎng)模式的架空線路監(jiān)測與故障指示裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型旨在提供一種能進(jìn)行自我配置、設(shè)備間即插即用、安全可靠的基于自組網(wǎng)模式的架空線路監(jiān)測與故障指示裝置。本實用新型包括采集模塊、通訊模塊、監(jiān)測分析模塊、故障指示單元，所述采集模塊用于實時采集線路電壓和電流信息；所述通訊模塊采用zigbee通訊模塊進(jìn)行mesh組網(wǎng)，用于實現(xiàn)系統(tǒng)間互聯(lián)，完成數(shù)據(jù)傳輸與同步控制；所述監(jiān)測分析模塊用于采集數(shù)據(jù)并處理，當(dāng)無故障時，抽取帶時標(biāo)的電流、電壓離散數(shù)據(jù)，得到線路正常時的電流、電壓數(shù)據(jù)，上送后臺實現(xiàn)在線監(jiān)測；當(dāng)出現(xiàn)故障時，通過自適應(yīng)確定單相接地故障發(fā)生時刻點(diǎn)，分析線路暫態(tài)電容電流確定發(fā)生故障所在相；所述故障指示單元用于故障指示。本實用新型可應(yīng)用于電能設(shè)備領(lǐng)域。
【專利說明】
一種基于自組網(wǎng)模式的架空線路監(jiān)測與故障指示裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及電能設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種基于自組網(wǎng)模式的架空線路監(jiān)測與故障指示裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)有架空線路故障指示器應(yīng)用越來越廣泛，對故障指示器的要求也越來越高，其中可靠的對地故障判斷一直是一個難點(diǎn)問題。目前現(xiàn)狀是:一、配電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)如下多樣性，1、中性點(diǎn)接地方式有直接接地、經(jīng)小電阻接地、大電阻接地及經(jīng)消弧線圈接地，每一種接地系統(tǒng)在發(fā)生接地短路時表現(xiàn)出來的特征值都不同；2、配網(wǎng)線路復(fù)雜，分支線路多，組網(wǎng)方式有環(huán)網(wǎng)型、輻射型、混合型等不同方式。二、架空線路指示器都為獨(dú)立裝置，無法進(jìn)行相鄰參數(shù)的比對分析，接地判斷都為孤立單個點(diǎn)作為判據(jù)。三、傳統(tǒng)的基于阻抗原理的測距方法、行波法、信號注入法和對地電壓檢測法做接地故障檢測都存在不實用、不準(zhǔn)確和局限性。
[0003]傳統(tǒng)架空線路故障指示器為單個孤立模塊單元，多個故障檢測單元公用一個監(jiān)測單元，數(shù)據(jù)通訊模式為點(diǎn)對多方式，存在幾個缺點(diǎn)；傳統(tǒng)RF模塊通訊距離最大只能做到1KM，單系統(tǒng)可擴(kuò)展的故障指示單元數(shù)量受限，在受干擾時極有可能出現(xiàn)通訊不上或斷開的現(xiàn)象;故障指示單元之間在發(fā)生故障時刻信息實現(xiàn)共享難度大，無法實現(xiàn)相鄰參數(shù)比對分析。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能進(jìn)行自我配置、設(shè)備間即插即用、安全可靠的基于自組網(wǎng)模式的架空線路監(jiān)測與故障指示裝置。
[0005]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:本實用新型包括采集模塊、通訊模塊、監(jiān)測分析模塊、故障指示單元，其中，
[0006]所述采集模塊用于實時采集線路電壓和電流信息，一個周波采集16點(diǎn)數(shù)據(jù)，采集模塊存儲數(shù)據(jù)長度160點(diǎn)，每個存儲數(shù)據(jù)打上系統(tǒng)時標(biāo)，系統(tǒng)時標(biāo)分辨率精確到Ims之內(nèi)；
[0007]所述通訊模塊采用zigbee通訊模塊進(jìn)行mesh組網(wǎng)，用于實現(xiàn)系統(tǒng)間互聯(lián)，完成數(shù)據(jù)傳輸與同步控制；
[0008]所述監(jiān)測分析模塊用于采集數(shù)據(jù)并處理，當(dāng)無故障時，抽取帶時標(biāo)的電流、電壓離散數(shù)據(jù)，得到線路正常時的電流、電壓數(shù)據(jù)，上送后臺實現(xiàn)線路狀態(tài)在線監(jiān)測；當(dāng)出現(xiàn)故障時，通過自適應(yīng)確定單相接地故障發(fā)生時刻點(diǎn)，分析線路暫態(tài)電容電流確定發(fā)生故障所在相；
[0009]所述故障指示單元用于故障指示。
[0010]本實用新型在節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)間采用mesh組網(wǎng)技術(shù)，克服點(diǎn)對多通訊技術(shù)的節(jié)點(diǎn)依賴問題，各故障指示單元為一個自帶路由功能的無線節(jié)點(diǎn)，采用多跳技術(shù)，設(shè)備間的數(shù)據(jù)輕松實現(xiàn)互連共享，理論上互連設(shè)備數(shù)量沒有上限；在無線mesh網(wǎng)絡(luò)里，如果要添加新的設(shè)備，只需要簡單地接上電源就可以了，它可以自動進(jìn)行自我配置，并確定最佳的多跳傳輸路徑；這種優(yōu)勢也非常適用已有系統(tǒng)的升級、改造，不用擔(dān)心任何系統(tǒng)級的擴(kuò)容和改造問題，很輕松實現(xiàn)設(shè)備的即插即用;此外，本實用新型使用方便，實用性強(qiáng)，可靠性高。
[0011]進(jìn)一步地，所述采集模塊包括線路電流檢測電子式互感器、基于線路對地電場的線路對地電壓檢測電容器、前置信號調(diào)理電路、ADC模塊和存儲模塊，所述采集模塊實時采集線路電流、電壓信號，經(jīng)信號調(diào)理后送至所述ADC模塊，ADC模塊把線路的電路、電壓模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號，每一個數(shù)字信號點(diǎn)存儲時加上各采集時刻的時間值，形成帶時標(biāo)的數(shù)據(jù)給通訊模塊、監(jiān)測分析模塊和故障指示單元備用。
[0012]另進(jìn)一步地，所述監(jiān)測分析模塊包括有自適應(yīng)正弦濾波器；當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，自適應(yīng)正弦濾波器輸出與電力系統(tǒng)的實際檢測輸入信號之間的誤差很小;在輸入正弦信號發(fā)生偏離正常情況的變化時，誤差將增大;在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，輸入信號將劇烈變化，其誤差將變得很大。依據(jù)自適應(yīng)正弦濾波器對電力系統(tǒng)輸入信號的預(yù)測，計算其預(yù)測誤差就可追蹤輸入信號的變化，在出現(xiàn)故障時予以快速靈敏地反應(yīng)和啟動。
[0013]再另進(jìn)一步地，所述故障指示單元采用燈光閃爍和/或翻牌指示的指示方式對故障進(jìn)行指示;利用燈光閃爍可以實現(xiàn)在夜間對故障進(jìn)行指示;利用翻牌可以進(jìn)行日間故障指示，從而實現(xiàn)全天24小時指示。
[0014]本實用新型的有益效果是:本實用新型采用mesh組網(wǎng)技術(shù)，克服點(diǎn)對多通訊技術(shù)的節(jié)點(diǎn)依賴問題，各故障指示單元為一個自帶路由功能的無線節(jié)點(diǎn)，采用多跳技術(shù)，設(shè)備間的數(shù)據(jù)輕松實現(xiàn)互連共享，理論上互連設(shè)備數(shù)量沒有上限。在無線mesh網(wǎng)絡(luò)里，如果要添加新的設(shè)備，只需要簡單地接上電源就可以了，它可以自動進(jìn)行自我配置，并確定最佳的多跳傳輸路徑，添加或移動設(shè)備時，網(wǎng)絡(luò)能夠自動發(fā)現(xiàn)拓?fù)渥兓?，并自動調(diào)整通信路由，以獲取最有效的傳輸路徑，真正做到單個設(shè)備的即插即用功能，這種優(yōu)勢也非常適用已有系統(tǒng)的升級、改造，不用擔(dān)心任何系統(tǒng)級的擴(kuò)容和改造問題，很輕松實現(xiàn)設(shè)備的即插即用;基于自組網(wǎng)技術(shù)的數(shù)據(jù)共享原理，實現(xiàn)故障暫態(tài)數(shù)據(jù)的比對分析確定故障所在相別及故障區(qū)段；由于受到故障時刻和接地電阻等方面的影響，利用現(xiàn)有零序電壓幅值確定單相接地故障準(zhǔn)確時刻的靈敏度不高。本實用新型應(yīng)用自適應(yīng)波形比對的故障時刻捕獲，能迅速確定故障發(fā)生時刻。
【附圖說明】
[0015]圖1是本實用新型的系統(tǒng)原理框圖；
[0016]圖2是正弦自適應(yīng)的原理圖；
[0017]圖3是現(xiàn)有技術(shù)中點(diǎn)對多組網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4是mesh組網(wǎng)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]如圖1、2和4所示，在本實施例中，本實用新型由采集模塊、監(jiān)測分析模塊、通訊模塊、故障指示單元模塊四部分組成。
[0020]采集模塊I包括I個線路電流檢測電子式互感器、I個基于線路對地電場的線路對地電壓檢測電容器、前置信號調(diào)理電路、ADC模塊、存儲模塊;本模塊實時采集線路電流、電壓，經(jīng)信號調(diào)理后送ADC模塊，ADC模塊把線路的電路、電壓模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號，每一個數(shù)字信號點(diǎn)存儲時加上各采集時刻的時間值，即形成帶時標(biāo)的數(shù)據(jù)給通訊模塊、監(jiān)測分析模塊和故障指示單元備用。
[0021]監(jiān)測分析模塊2定時抽取采集模塊I得到的帶時標(biāo)電流、電壓數(shù)據(jù)，通過軟件算法得到線路正常的電流、電壓有效值，所得有效值定時間間隔通過通訊模塊傳到相應(yīng)的監(jiān)測子站，實現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測。監(jiān)測分析模塊同時要完成線路故障的診斷，包括相間故障和單相接地故障。相間故障監(jiān)測采用傳統(tǒng)的過流原理實現(xiàn)。單相接地檢測原理說明如下:
[0022]當(dāng)線路發(fā)生單相接地故障后，故障相的對地電壓降低，非故障相電壓升高。由此將分別產(chǎn)生放電電容電流和充電電容電流，兩者相疊加即構(gòu)成了暫態(tài)電容電流。其中，放電電容電流在故障點(diǎn)、故障線路的故障相、母線以及非故障線路的故障相之間形成回路，回路中的電感相對較小，故該電流的振蕩頻率較高、衰減較快;而充電電流在故障點(diǎn)、故障線路故障相、變壓器(電源)、母線以及所有線路的非故障相之間形成回路，由于該回路中的電感較大，故該電流的振蕩頻率低、衰減較慢。分析模塊提取發(fā)生故障區(qū)域的所有采集模塊存儲的帶時標(biāo)電流數(shù)據(jù)，把相同時刻點(diǎn)數(shù)據(jù)還原，比對系統(tǒng)的振蕩頻率及衰減速度準(zhǔn)確定位故障所在點(diǎn)。
[0023]監(jiān)測分析模塊同時引入自適應(yīng)正弦濾波器的原理，圖2中的u(t)為外部輸入信號，y(t)=bsin( ω t)+abcos( ω t)為理論設(shè)計構(gòu)造自適應(yīng)正弦波，e(t)為u(t)與f (t)比較所得差值信號，隨著輸入信號的不斷變化，對信號中幅值及相位不隨時間變化的正弦周期輸入信號進(jìn)行逼近處理得到f(t)。當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時，自適應(yīng)正弦濾波器輸出與電力系統(tǒng)的實際檢測輸入信號之間的誤差e(t)很小;在輸入正弦信號發(fā)生偏離正常情況的變化時，誤差e(t)將增大;在電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，輸入信號將劇烈變化，其誤差e(t)將變得很大。依據(jù)自適應(yīng)正弦濾波器對電力系統(tǒng)輸入信號的預(yù)測，計算其預(yù)測誤差e(t)就可追蹤輸入信號的變化，在出現(xiàn)故障時予以快速靈敏地反應(yīng)和啟動。
[0024]通訊模塊3放棄采用電力系統(tǒng)傳統(tǒng)的“點(diǎn)對多點(diǎn)”的組網(wǎng)模式，選擇mesh組網(wǎng)方式，主通訊模塊選用具有傳輸距離遠(yuǎn)、功耗低的zigbee模塊。mesh網(wǎng)絡(luò)中的每個節(jié)點(diǎn)自帶路由功能，全網(wǎng)數(shù)據(jù)交互不受距離或單個節(jié)點(diǎn)好壞的影響。
[0025]故障指示單元模塊4接收監(jiān)測分析模塊的報警指示信息實現(xiàn)就地的故障狀態(tài)指示，采用傳統(tǒng)的燈光閃爍(夜間指示)和翻牌指示(白天指示)。
[0026]本實用新型可應(yīng)用于電能設(shè)備領(lǐng)域。
【主權(quán)項】
1.一種基于自組網(wǎng)模式的架空線路監(jiān)測與故障指示裝置，其特征在于:它包括采集模塊、通訊模塊、監(jiān)測分析模塊、故障指示單元，其中， 所述采集模塊用于實時采集線路電壓和電流信息，一個周波采集16點(diǎn)數(shù)據(jù)，采集模塊存儲數(shù)據(jù)長度160點(diǎn)，每個存儲數(shù)據(jù)打上系統(tǒng)時標(biāo)，系統(tǒng)時標(biāo)分辨率精確到Ims之內(nèi)； 所述通訊模塊采用zigbee通訊模塊進(jìn)行mesh組網(wǎng)，用于實現(xiàn)系統(tǒng)間互聯(lián)，完成數(shù)據(jù)傳輸與同步控制； 所述監(jiān)測分析模塊用于采集數(shù)據(jù)并處理，當(dāng)無故障時，抽取帶時標(biāo)的電流、電壓離散數(shù)據(jù)，得到線路正常時的電流、電壓數(shù)據(jù)，上送后臺實現(xiàn)線路狀態(tài)在線監(jiān)測；當(dāng)出現(xiàn)故障時，通過自適應(yīng)確定單相接地故障發(fā)生時刻點(diǎn)，分析線路暫態(tài)電容電流確定發(fā)生故障所在相； 所述故障指示單元用于故障指示； 所述監(jiān)測分析模塊包括有自適應(yīng)正弦濾波器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自組網(wǎng)模式的架空線路監(jiān)測與故障指示裝置，其特征在于:所述采集模塊包括線路電流檢測電子式互感器、基于線路對地電場的線路對地電壓檢測電容器、前置信號調(diào)理電路、ADC模塊和存儲模塊，所述采集模塊實時采集線路電流、電壓信號，經(jīng)信號調(diào)理后送至所述ADC模塊，ADC模塊把線路的電路、電壓模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號，每一個數(shù)字信號點(diǎn)存儲時加上各采集時刻的時間值，形成帶時標(biāo)的數(shù)據(jù)給通訊模塊、監(jiān)測分析模塊和故障指示單元備用。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于自組網(wǎng)模式的架空線路監(jiān)測與故障指示裝置，其特征在于:所述故障指示單元采用燈光閃爍和/或翻牌指示的指示方式對故障進(jìn)行指示。
【文檔編號】G01R31/08GK205506995SQ201521057246
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年12月17日
【發(fā)明人】王紅星, 韋華
【申請人】珠海博威電氣有限公司