基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统，包括线路测量单元、配电网监控主站二个部分。其中所述的线路测量单元包括一套主节点测量装置和两套子节点测量装置，其中所述的主节点测量放置在三相交流电的B相上，所述的两套子节点测量装置分别放置在三相交流电的A相和C相上，所述的配电网监控主站放置在变电站中；该在线故障定位系统安装形式比较灵活，可以根据用户的实际需求来确定线路测量单元的具体安装数目；该在线故障定位系统可以在线监测配电网各主要线路的运行状态、科学的调度配电网负荷平衡和快速定位配电网故障区段，延长设备的使用寿命，对主要线路和变压器进行生命周期管理，减少用户停电时间，提高用户供电可靠性，提高供电企业工作效率，降低故障处理所产生的人力物力财力。
【专利说明】基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统
【技术领域】
[0001]本发明属于电力系统自动化领域，涉及电力系统配电网的在线监测和故障定位技 术领域，特别是小电流单相故障接地定位装置和系统。
【背景技术】
[0002]我国的配电网除变电站外，线路上没有安装任何电流、电压测量装置，每条线路和 主要的变压器运行状态都是未知的，因此监测配电网主要线路和变压器的运行状态对改变 配电网运行方式，均衡线路负荷，最优线路潮流，延长设备使用寿命，对设备生命周期管理 等问题有着很重要的影响。
[0003]另外，我国配电网普遍采用小电流接地系统，结构复杂，单相接地故障是小电流接 地系统中最常见的故障，由于故障电流很小，因此其故障检测，定位问题一直是电力系统 亟待解决的难题之一，因此在这一领域大力开展研究工作具有重要而深远的意义。
[0004]小电流接地系统发生单相接地故障时非故障相对地电压升高，如果发生间歇性弧 光接地时，能够引起谐振过电压，可能造成系统绝缘受到威胁，造成严重的短路事故。因此 应尽快找到故障线路，尽快排除故障。为了确定故障线路，传统的方法是采用人工逐条线路 拉闸的方法判断哪条线路出现故障。当故障线路被断开时，接地故障指示将消失，这就可以 确定故障线路。所以对供电部门而言这种传统的人工选线方法浪费人力，降低了供电可靠 性和工作效率，影响了经济效益；对用户而言这种方法增加停电概率，造成不必要的经济 损失。
[0005]基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统是指当配电网出现了单 相接地短路故障时，不需要或者仅需要很少量的人工巡线，人工定位操作，即可找到故障点 的一种新系统。该系统的内容包括自动故障诊断，故障定位，数据记录、分析，其目标是在线 监测配电网各线路的运行状态，科学的调度配电网负荷平衡，延长设备的使用寿命，对主要 线路和变压器进行生命周期管理，减少用户停电时间，提高用户供电可靠性，提高供电企业 工作效率，降低故障处理所产生的人力物力财力。
【发明内容】
[0006]为了解决上述的技术问题，实现上述目的的技术措施:本发明提供一种基于无线 通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统，可以在线监测配电网各主要线路和变压器 的运行状态、科学的调度配电网负荷平衡、最优线路潮流、延长设备的使用寿命和快速定位 配电网故障区段。
[0007]本发明的技术方案:
[0008]基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统包括线路测量单元、配电 网监控主站二个部分。
[0009]所述的线路测量单元包括主节点测量装置、第一子节点测量装置和第二子节点测
量装置。[0010]所述的配电网监控主站装设在配电网变电站中，用于实现远程数据的接收、下发 控制命令、历史数据、实时数据的处理、故障判断、报警信息提示、画面显示等功能。
[0011]所述的主节点测量装置装设在三相交流电的B相上，包括线路核心处理器(ARM)、 线路电流测量模块、GPS全网定时触发模块、ZIGBEE近距离无线组网通信模块、数据存储SD 卡、GPRS远程通信模块。
[0012]所述的第一子节点测量装置和第二子节点测量装置分别装设在三相交流电的A 相和C相上，包括核心处理器(ARM)、线路电流测量模块、GPS全网定时触发模块、ZIGBEE近 距离无线组网通信模块、数据存储SD卡。
[0013]所述的线路测量单元其内部所述的主节点测量装置与所述的第一子节点测量装 置和第二子节点测量装置通过所述的ZIGBEE近距离无线组网模块无线组网连接，用于所 述的主节点测量装置无线接收所述的第一子节点测量装置和第二子节点测量装置上传每 一秒内A相和C相50个电流周期的幅值和相位数据信息及这些数据的时间信息，并且所述 的第一子节点测量装置和第二子节点测量装置能无线接收所述的主节点测量装置的向下 查询信息。
[0014]所述的主节点测量装置其内部所述的核心处理器(ARM)分别与所述的线路电流测 量模块、所述的GPS全网定时触发模块、ZIGBEE近距离无线组网模块、数据存储SD卡、GPRS 远程通信模块相连接；所述的核心处理器(ARM)与所述的线路电流测量模块相连接，用于 控制所述的线路电流测量模块采集数据信息，并对数据信息进行分析，得出故障定位信息； 所述的核心处理器(ARM)与所述的GPS全网定时触发模块相连接，用于控制配电网电流数 据信息的同步采集，并为这些采集的电流数据匹配时间信息，以达到配电网所有线路电流 数据信息的同步采集的目的；所述的核心处理器(ARM)与所述的ZIGBEE近距离无线组网 通信模块相连接，用于控制所述的ZIGBEE近距离无线组网通信模块接收所述的子节点测 量装置采集的电流数据信息和时间信息和控制发送所述的主节点测量装置查询所述的子 节点测量装置的采集信息；所述的核心处理器(ARM)与所述的数据存储SD卡相连接，用于 控制存储所述的数据存储SD卡采集的线路电流数据信息和所述的GPS全网定时触发模块 得到的时间信息，以便服务器对这些电流数据信息和时间信息的调用；所述的核心处理器 (ARM)与所述的GPRS远程通信模块相连接，用于控制发送所述的数据存储SD卡中储存的 线路电流数据信息和所述的GPS全网定时触发模块得到的时间信息到配电网监控主站，以 便配电网监控主站对这些电流数据信息和时间信息的后期分析，在线定位配电网的故障区 段。
[0015]所述的第一子节点测量装置和第二子节点测量装置其内部所述的核心处理器 (ARM)分别与所述的线路电流测量模块、所述的GPS全网定时触发模块、ZIGBEE近距离无 线组网模块、数据存储SD卡相连接；所述的核心处理器(ARM)与所述的线路电流测量模块 相连接，用于控制所述的线路电流测量模块采集数据信息，并对数据信息进行分析，得出故 障定位信息；所述的核心处理器(ARM)与所述的GPS全网定时触发模块相连接，用于控制配 电网电流数据信息的同步采集，并为这些采集的电流数据匹配时间信息，以达到配电网所 有线路电流数据信息的同步采集的目的；所述的核心处理器(ARM)与所述的ZIGBEE近距离 无线组网通信模块相连接，用于控制所述的ZIGBEE近距离无线组网通信模块发送所述的 子节点测量装置采集电流数据信息和时间信息和控制接收所述的主节点测量装置查询所述的子节点测量装置的采集信息；所述的核心处理器(ARM)与所述的数据存储SD卡相连接，用于控制存储所述的数据存储SD卡采集的线路电流数据信息和所述的GPS全网定时触发模块得到的时间信息，以便配电网监控主站对这些电流数据信息和时间信息的查询和调用。
[0016]说明附图
[0017]图1是本发明的拓扑图
[0018]图2是主节点测量装置的原理图
[0019]图3是子节点测量装置的原理图
[0020]图4是本发明线路测量单元的安装示意图
【具体实施方式】
[0021]下面参考附图对本发明的优选实施例进行描述。
[0022]本发明提出的一种新的基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统， 如图1所示:由线路测量单元、配电网监控主站两部分构成。
[0023]其中线路测量单元如图4所示安装在配电网线路上的各个关键测点处，负责采集配电网线路的电流信息，配电网监控主站安装在变电站内，拥有公网固定IP地址，各个关键测点处的主节点测量装置都配有GPRS远程无线通信，与配电网监控主站之间通过GPRS 网络进行远程无线通信。
[0024]各个关键测点处的主节点测量装置和子节点测量装置都内设，以GPS系统发出的标准秒脉冲作为配电网同步采样触发信号，启动对电压和电流信号的同步采样，分别计算各个关键测点处电压和电流信号相对于GPS同一时间的相角。由于不同地区的GPS模块接收到的时间误差不`到lus，所以用GPS标准秒脉冲的上升沿作为触发信号，可以保证电流电压的全网异地的同步采样。
[0025]基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统在工作时，各个关键测点处的主节点测量装置都通过GPRS远程无线通讯模块与配电网监控主站保持连接，各个关键测点处的主节点测量装置和子节点测量装置的GPS全网定时触发模块在接收到标准秒脉冲信号到来时刻启动电流电压信号的采样，并利用傅里叶算法把一个周期内采集的瞬时值进行计算，得到线路零序电流信号的幅值和相位信息，然后把这些采集信息以及对应的时标先通过ZIGBEE近距离无线组网通信模块上传到主节点测量装置再通过主节点测量装置的GPRS远程无线通讯模块以每十分钟的间隔传送给配电网监控主站，并把这些信息存入数据存储SD卡中留作备份，方便配电网监控主站的查询。配电网监控主站接收到这些数据信息后，然后从配电网自动化系统中得到同一时间下的变电站变压器中性点电压。配电网监控主站得到线路电流和变电站电压信息后，将同时刻的电压和电流信息进行比较，就可以得到二者的相位差，进而判断短路故障在哪个区段上，同时配电网监控主站将接收的数据进行归类整理，并以画面的形式显示出来，方便管理人员进行操作。
[0026]一旦电流测量模块检测到电流信号瞬时值超过设定的阈值，就立即将该周期电流的幅值和相位信息以及对应的时间先通过ZIGBEE近距离无线组网通信模块上传到主节点测量装置再通过主节点测量装置的GPRS远程无线通讯模块传送给配电网监控主站，来选择故障线路，定位故障区段。[0027]监控主站也可以查询任意时刻线路的电流信息，当监控主站把要查询时刻的命令 通过GPRS远程无线通讯模块发送给线路测量单元的主节点时，线路主节点通过ZIGBEE近 距离无线组网通信模块与子节点通信，从子节点装置的数据存储SD卡中读取到相应时刻 的电流信息，并把对应时刻的电流信息先通过ZIGBEE近距离无线组网通信模块传送到主 节点，然后主节点再把这些数据通过GPRS远程无线通讯模块上传到监测主站，以实现双向 通信，增强了装置的扩展性能。
[0028]基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统可以在故障进入稳态后 确定出故障区段，速度比较理想，但是需要在配电网内安装一定数量的主节点测量装置和 子节点测量装置，所确定区段的精度和主节点测量装置、子节点测量装置的安装数目有关， 若希望把故障区段确定在一个较小的范围内，则需要的安装数目比较大，若只需要确定故 障线路的重要分支，则只需安装在某几个关键测点处即可，在确定了较大范围的故障区段 后，可以利用行波法，阻抗法等辅助手段进一步缩小故障区段的范围，形式比较灵活，可以 根据用户的实际需求来确定主节点测量装置和子节点测量装置的具体安装数目。
[0029]以上所述的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明的权利范 围，尽管参照较佳实施例对本发明的【具体实施方式】进行了详细说明，所述领域的普通技术 人员应当理解，依然可以对本发明的【具体实施方式】进行修改，因此根据本发明权利要求所 作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。
【权利要求】
1.基于无线通信的配电网分布式在线监测及故障定位系统，其特征在于包括线路测量单元、配电网监控主站二个部分。
2.根据权利要求1所述线路测量单元包括主节点测量装置、第一子节点测量装置和第二子节点测量装置。
3.根据权利要求2所述线路测量单元配电网监控主站装设在配电网变电站中，用于实现远程数据的接收、下发控制命令、历史数据、实时数据的处理、故障判断、报警信息提示、 画面显示等功能。
4.根据权利要求3所述的主节点测量装置，其特征在于:装设在三相交流电的B相上，包括线路核心处理器(ARM)、线路电流测量模块、GPS全网定时触发模块、ZIGBEE近距离无线组网通信模块、数据存储SD卡、GPRS远程通信模块。
5.根据权利要求4所述的第一子节点测量装置和第二子节点测量装置其特征在于:两者分别装设在三相交流电的A相和C相上，包括核心处理器(ARM)、线路电流测量模块、GPS全网定时触发模块、ZIGBEE近距离无线组网通信模块、数据存储SD卡；并且两者与所述的主节点测量装置连接，用于所述的主节点测量装置无线接收所述的第一子节点测量装置和第二子节点测量装置上传每一秒内A相和C相50个电流周期的幅值和相位数据信息及这些数据的时间信息，并且所述的第一子节点测量装置和第二子节点测量装置能无线接收所述的主节点测量装置的向下查询信息。
6.根据权利要求5所述的线路测量单元，其特征在于:其内部所述的主节点测量装置与所述的第一子节点测量装置和第二子节点测量装置通过所述的ZIGBEE近距离无线组网模块无线组网连接.
7.根据权利要求6所述的主节点测量装置，其特征在于:其内部所述的核心处理器(ARM)分别与所述的线路电流测量模块、所述的GPS全网定时触发模块、ZIGBEE近距离无线组网模块、数据存储SD卡、GPRS远程通信模·块相连接；所述的核心处理器(ARM)与所述的线路电流测量模块相连接，用于控制所述的线路电流测量模块采集数据信息，并对数据信息进行分析，得出故障定位信息；所述的核心处理器(ARM) 与所述的GPS全网定时触发模块相连接，用于控制配电网电流数据信息的同步采集，并为这些采集的电流数据匹配时间信息，以达到配电网所有线路电流数据信息的同步采集的目的；所述的核心处理器(ARM)与所述的ZIGBEE近距离无线组网通信模块相连接，用于控制所述的ZIGBEE近距离无线组网通信模块接收所述的子节点测量装置采集的电流数据信息和时间信息和控制发送所述的主节点测量装置查询所述的子节点测量装置的采集信息；所述的核心处理器(ARM)与所述的数据存储SD卡相连接，用于控制存储所述的数据存储SD卡采集的线路电流数据信息和所述的GPS全网定时触发模块得到的时间信息，以便服务器对这些电流数据信息和时间信息的调用；所述的核心处理器(ARM)与所述的GPRS远程通信模块相连接，用于控制发送所述的数据存储SD卡中储存的线路电流数据信息和所述的GPS全网定时触发模块得到的时间信息到配电网监控主站，以便配电网监控主站对这些电流数据信息和时间信息的后期分析，在线定位配电网的故障区段。
8.根据权利要求7所述的第一子节点测量装置和第二子节点测量装置，其特征在于:其内部所述的核心处理器(ARM)分别与所述的线路电流测量模块、所述的GPS全网定时触发模块、ZIGBEE近距离无线组网模块、数据存储SD卡相连接；所述的核心处理器(ARM)与所述的线路电流测量模块相连接，用于控制所述的线路电流测量模块采集数据信息，并对数据信息进行分析，得出故障定位信息；所述的核心处理器(ARM)与所述的GPS全网定时触发模块相连接，用于控制配电网电流数据信息的同步采集，并为这些采集的电流数据匹配时间信息，以达到配电网所有线路电流数据信息的同步采集的目的；所述的核心处理器 (ARM)与所述的ZIGBEE近距离无线组网通信模块相连接，用于控制所述的ZIGBEE近距离无线组网通信模块发送所述的子节点测量装置采集电流数据信息和时间信息和控制接收所述的主节点测量装置查询所述的子节点测量装置的采集信息；所述的核心处理器(ARM)与所述的数据存储SD卡相连接，用于控制存储所述的数据存储SD卡采集的线路电流数据信息和所述的GPS全网定 时触发模块得到的时间信息，以便配电网监控主站对这些电流数据 in息和时间彳目息的调用o
【文档编号】G01R31/02GK103592566SQ201310390898
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年9月2日 优先权日:2013年9月2日
【发明者】吴俊勇, 王晨, 郝亮亮, 图尔荪.依明, 陈占锋 申请人:北京交通大学