專利名稱：輸電線路故障在線監(jiān)測系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種輸電線路故障在線監(jiān)測系統，主要適用于電力系統中輸電線路的故障檢測。
背景技術：
輸電線路是電力系統的命脈，它擔負著傳送電能的重任。隨著電力系統規(guī)模的日益擴大，高電壓、大能量、遠距離輸電線路的日益增多，一旦輸電線路發(fā)生故障，對電力系統的安全運行、工農業(yè)生產和人們日常生活的影響也愈來愈大，因此，確保輸電線路的安全運行是非常重要的。
電網上的高壓和超高壓輸電線路很長，有的長達幾百公里，甚至有的長達上千公里。其分布的地域又廣。輸電線路上的絕緣子長時間暴露在大氣中，受氣候和環(huán)境條件的影響，會在外界因素的作用下(如在雷擊、霧、下雨、污穢等)發(fā)生閃絡，導致輸電線路故障的發(fā)生，這些是電網運行中不可避免的問題。
輸電線路發(fā)生故障后，如何快速查找故障點，消除故障恢復供電，這是電網運行至今一直受人們關注的大問題。
傳統的是依靠巡線查找故障點，然后對故障進行處理。這種方式既費時、又費力，且很難保證供電系統和輸電線路安全穩(wěn)定運行，為此人們都在尋找一個更有效的方式來解決上述問題。
現有的故障定位方法有幾種阻抗法、故障分析法(工頻參量法)、行波法等，雖然經過幾十年的研究和開發(fā)，故障定位裝置的精度已有很大的提高，但都存在一個普遍問題即測量輸電線路參量和故障時的物理量，通過計算進行定位，而測量總是會有誤差的，因此定位的結果就有誤差，實際運用中這種誤差往往會使巡線無結果。

發(fā)明內容
本發(fā)明是為了對電力系統輸電線路的故障快速、準確、可靠無誤地檢測和定位，提供一種輸電線路故障在線監(jiān)測系統。
本發(fā)明的輸電線路故障在線監(jiān)測系統主要包含二大部分。
第一部分是數據采集終端，主要包含故障測量單元、數據采集控制單元、無線傳輸連接單元和太陽能的數據終端供電系統；第二部分故障監(jiān)測支持系統，主要包含帶有與移動通信網絡聯接的通信網絡聯接模塊、監(jiān)測系統平臺、故障報警查詢系統和用戶維護系統的主控站。
所說的數據采集終端中的故障測量單元主要包含故障電流檢測傳感器和信號鎖存器。
本發(fā)明的輸電線路故障檢測的工作過程為首先將本發(fā)明監(jiān)測系統中的數據采集終端置于架設輸電線路的桿塔上。當輸電線路正常運行時，桿塔上沒有任何電流，其故障測量單元中的故障電流檢測傳感器輸出信號為零或接近零。一旦發(fā)生故障，如桿塔上絕緣子發(fā)生閃絡，雷擊擊中輸電線路或桿塔，故障電流會經桿塔流向大地，故障電流檢測傳感器會檢測到流過桿塔的故障電流，經過信號鎖存器(考慮到雷擊電流的電流值大，時間又短，而設置信號鎖存器)將最大故障電流值鎖存后，經數據采集終端采集送至無線傳輸連接單元，即刻通過移動通信網絡用短信發(fā)出輸電線路故障相關報文信息。報文通過移動通信網絡傳至故障監(jiān)測支持系統。由故障監(jiān)測支持系統的主控站完成信息的接收和發(fā)送。并由故障監(jiān)測支持系統的主控站完成輸電線路故障監(jiān)測的報警、顯示、系統診斷、維護、查詢、數據轉送、打印等用戶所需要的一系列數據。
本發(fā)明的監(jiān)測系統顯著的優(yōu)點是數據采集終端與主控站之間利用移動通信網絡用短信進行上下報文傳遞，信息上傳約在20秒鐘左右即可完成。因此，一旦輸電線路發(fā)生故障，本發(fā)明故障監(jiān)測支持系統的主控站在不到30秒的時間內，就可將輸電線路故障及時、準確地告訴運行及有關人員。從而大大減輕了巡線工人巡線工作的負擔，既可節(jié)省大量的人力、物力，加快輸電線路故障點的定位，又可快速組織人力，進行搶修，盡快恢復供電，使故障損失減少到最低限度。另外，輸電線路發(fā)生故障時所記錄故障電流的大小，可幫助運行和檢修人員分析設備受沖擊電流沖擊后是否損壞，何時進行檢修，這些可提高輸電線路運行的安全可靠性。因此，本發(fā)明輸電線路故障在線監(jiān)測系統不僅對電力系統的安全可靠供電具有十分重要的作用，而且還會給電力系統帶來巨大的社會和經濟效益。
本發(fā)明監(jiān)測系統主要技術特點是輸電線路故障檢測技術(大電流、快速信號鎖存)；數據采集終端的供電部分(無供電條件下)；數據采集終端采集的故障數據及時快速上傳至主控站(利用GSM(全球網絡移動系統)無線網絡)；數據采集終端硬設備的安全可靠性(適應戶外應用)；故障監(jiān)測支持系統的主控站所應用運行控制管理系統(系統配置、組態(tài)、運行管理、維護等)。
1)本發(fā)明的故障測量單元中采用大電流(電流為0～10KA)高速(響應速度達到2.6μs)采樣傳感器作為故障電流檢測傳感器，并帶有快速信號鎖存器。
通常情況下，工頻故障電流的采樣周期為3-6個周波(50HZ)，而雷擊電流的時間非常短，一般只有2.6μS左右，這就要求故障電流檢測傳感器具有快速反應，快速記錄的功能。所以本發(fā)明采用的帶有信號鎖存器和大電流高速采樣傳感器即能達到此要求。
2)本發(fā)明數據采集終端的供電系統是采用太陽能供電，而且采集和無線收發(fā)單元是微功耗，由于采集和無線收發(fā)等電路是安裝在戶外，在500KV輸電線路或桿塔下不可能找到電源，這就要求一個完全靠自己供電來完成采集和數據收發(fā)的供電系統，而且用電部分的功耗越小越好。本發(fā)明數據采集終端的工作電流在10mA左右，甚至可控制在1mA以下。本發(fā)明使用太陽能供電可長時期在戶外運行(無日照一周以上)。
3)與移動通信網絡的聯接，短信交換快速、可靠。
本發(fā)明的數據采集終端與主控站之間的聯系是通過移動通信網絡。網絡覆蓋面大，盲區(qū)較小。由于在輸電線路長、基站多的情況下，大量信息傳遞時會因緩沖區(qū)小造成信息丟失。故本發(fā)明采用主控站與移動通信網絡直接聯接的方式，能夠克服上述在先技術中的問題，做到快速、準確地收發(fā)數據。
4)本發(fā)明故障監(jiān)測支持系統的主控站提供了良好的用戶操作、使用界面，可幫助用戶完成系統配置，報警信息處理，數據查詢，設備安裝調試，系統維護等。
5)本發(fā)明的主控站已開發(fā)了一套完整的設備通信規(guī)約(GSM方式下)，經過實施應用，已經證明通訊規(guī)約能夠安全準確地運行。


圖1是本發(fā)明監(jiān)測系統安裝在實際應用中的示意圖。
圖2是本發(fā)明監(jiān)測系統兩大部分構成的結構示意圖。
圖3是本發(fā)明監(jiān)測系統中數據采集終端的結構示意圖。
圖4是本發(fā)明數據采集終端運行過程的聯接示意圖。
圖5是本發(fā)明監(jiān)測系統中主控站的應用界面示意圖。
圖6是應用本發(fā)明監(jiān)測系統用戶端的應用界面示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖進一步說明本發(fā)明監(jiān)測系統的結構。
圖1是本發(fā)明監(jiān)測系統應用到實地現場的示意圖。如圖1中所示，本發(fā)明監(jiān)測系統中的數據采集終端2置于架設輸電線路的桿塔1上，故障監(jiān)測支持系統的主控站5通過移動通信網絡3監(jiān)測置于桿塔1上的數據采集終端2的狀況。主控站5再通過移動通信網絡3以發(fā)送短信的方式告知用戶端4。當輸電線路正常運行時，桿塔1上沒有任何電流，數據采樣終端2按設計要求只對終端設備進行檢測，并按設定的時間值上報設備自檢情況報文信息。一旦發(fā)生故障，故障電流檢測傳感器會檢測到流過桿塔1上的故障電流，通過移動通信網絡用短信的方式發(fā)出輸電線路故障的報文信息，送至主控站5。由主控站5完成信息的接收、處理和發(fā)送至用戶端4。由此構成輸電線路故障快速報警的監(jiān)測系統。
圖2所示的就更清楚地看出本發(fā)明監(jiān)測系統結構的特征。本發(fā)明監(jiān)測系統包含兩大部分數據采集終端2和故障監(jiān)測支持系統。置于桿塔1上的數據采集終端2中包含。故障檢測單元201，數據采集控制單元202和無線傳輸連接單元203，其中無線傳輸連接單元203與移動通信網絡3聯接。故障監(jiān)測支持系統的主控站5上的通信網絡聯接模塊501與移動通信網絡聯接。因此，當輸電線路正常運行時，桿塔1上沒有任何電流，故障檢測單元201內的故障電流檢測傳感器輸出信號為零或接近零。一旦發(fā)生故障，如；桿塔1上絕緣子發(fā)生閃絡，雷擊擊中線路或桿塔，故障電流會經桿塔1流向大地，故障檢測電流傳感器會檢測到流過桿塔1上的故障電流，信號鎖存器將最大故障電流值鎖存后(可在短時間內，連續(xù)存儲五條故障信息)經數據采集控制單元采集送至無線傳輸連接單元，即刻通過移動通信網絡以短信的方式發(fā)出線路故障相關報文信息。并將報文按用戶的企業(yè)代碼等特征存人數據庫，由故障監(jiān)測支持系統的主控站5主動經移動通信網絡去讀取報文信息，并按要求完成報警、數據記錄等相關操作。
圖3所示的是本發(fā)明監(jiān)測系統的數據采集終端2的具體結構。數據采集終端2主要包括故障測量單元201，與故障測量單元201輸出端相連的數據采集控制單元202，與數據采集控制單元202輸出端相連的無線傳輸連接單元203。還有包含太陽能電池2041、太陽能充電控制器2042和蓄電池組2043的太陽能的數據終端供電系統204。
所說的數據采集控制單元202含有數據采集模塊2021(AD-10)和控制器(CPU)2022。
所說的無線傳輸連接單元203包含無線收發(fā)模塊2031和無線接口2032。本實施例中用RS485/232接口。
如圖3的結構，當輸電線路故障發(fā)生時，流經桿塔的故障電流使故障測量單元201中的故障電流檢測傳感器產生輸出信號，經保護和鎖存后送至數據采集控制單元202，數據采集控制單元202在完成A/D數據轉換后將有關數據經控制器(CPU)2022控制完成數據辯別處理后再經無線接口2032(RS-232/RS-485接口)和無線收發(fā)模塊2031如采用GSM-MODEM模塊，通過移動通訊網絡以短信方式發(fā)出輸電線路故障相關報文信息。
所說的無線傳輸連接單元203包含的無線接口2032和無線收發(fā)模塊2031在數據采集終端中主要用于與移動通信網絡3的聯接，短信的收發(fā)處理等。還可以增加點對點通訊的功能，可解決全球網絡移動系統(GSM)網絡未覆蓋地區(qū)數據采集終端的數據路由問題。GSM-MODEM模塊采用工業(yè)級芯片，由終端中CPU對數據通訊進行管理。
控制器(CPU)2022選用抗干擾能力強、低功耗工業(yè)級芯片。主要實現內部監(jiān)控、數據采集、故障數據存儲和調度等功能。并帶有故障自恢復功能，大大提高數據采集終端的抗干擾能力和可靠性。數據采集終端有內部時鐘和對時功能，數據信息傳遞過程中都帶有時間標志，這些，可彌補短信通訊過程的數據延遲。
所說的數據終端供電系統204為太陽能電池系統，它含有太陽能電池2041、太陽能充電控制器2042和蓄電池組2043三部分。由于野外無供電環(huán)境，數據采集終端又不能停電。因此，采用太陽能和蓄電池組提供補充能源。在日照良好的情況下，太陽能電池2041采光后得到的能量經太陽能充電控制器2042向蓄電池組2043充電，以保證電源系統正常工作。另外，系統還負責對蓄電池組的電壓進行采樣監(jiān)測，并隨時可向主控站傳送電源電壓相關信息，防止因失電而影響數據采集終端的正常工作。
圖4所示的是數據采集終端2具體的運行過程及故障測量單元201的具體結構。所說的故障測量單元201主要包含故障電流檢測傳感器2011，與故障電流檢測傳感器2011輸出端連接的過壓保護電路2012、與過壓保護電路2012輸出端相連的信號鎖存器2013和與信號鎖存器輸出端相連的信號鑒別及輸出電路2014。數據采集控制單元202與信號鎖存器2013、信號鑒別及輸出電路2014以及無線收發(fā)模塊2031相連。由太陽能充電控制器2042和蓄電池組2043供電。
所說的信號鎖存器2013內含有故障類別判斷模塊。能夠識別雷擊故障電流和工頻故障電流。
如上述，當輸電線路正常運行時，桿塔1上沒有任何電流，故障電流檢測傳感器2011輸出信號為零或接近零。一旦發(fā)生故障，故障電流會經桿塔1流向大地，故障電流檢測傳感器2011會檢測到流過桿塔1的故障電流。故障電流檢測傳感器2011輸出信號經過壓保護電路2012和信號鎖存器2013的保護和鎖存后，由信號鑒別及輸出電路2014輸出至數據采集控制單元202。數據采集控制單元202完成數據的轉換后通過無線接口2032和無線收發(fā)模塊2031送出。即刻通過移動通信網絡用短信發(fā)出線路故障相關報文信息。報文經移動通信網絡傳送，由故障監(jiān)測支持系統的主控站5完成故障監(jiān)測數據的讀取、報警、顯示、系統診斷、維護、查詢、數據傳送、打印等用戶所需要的數據。
圖5是本發(fā)明監(jiān)測系統具體實施時，故障檢測支持系統的主控站5內的監(jiān)測界面示意圖。
所說的主控站5主要包含與移動通信網絡聯接的通信網絡聯接模塊501，監(jiān)測系統平臺，故障報警查詢系統和用戶維護系統。
所說的與移動通信網絡聯接的通信網絡聯接模塊501內含有短信收發(fā)處理模塊。所以本發(fā)明的故障監(jiān)測支持系統的主控站能夠迅速地接收到由數據采集終端通過移動通信網絡以短信方式發(fā)出的報文信息。
所說的監(jiān)測系統平臺是在計算機操作系統的平臺上，建立的實時操作系統，數據庫系統和用戶應用系統。
所說的故障報警查詢系統含有故障信息處理模塊和故障電流門限值設定模塊。本發(fā)明的故障報警查詢系統可以查詢每條輸電線路上的月、或季、或年的故障次數、類別、最大電流值故障點的桿塔號等。為輸電線路分布設計等提供了分析的數據，并能夠快速、準確地查找故障信息。如圖5是本發(fā)明監(jiān)測系統應用于一個地區(qū)(中國華東地區(qū))的網架圖。其中包括被監(jiān)測的具體線路，一旦線路發(fā)生故障，故障線路會在網架上閃爍，同時會有報警音響輸出和信息提示。用戶能根據提示，迅速了解線路故障的桿塔號，線路故障時故障電流檢測傳感器上采樣到的雷擊電流或工頻電流值。
所說的用戶維護系統含有監(jiān)測系統運行維護模塊。本發(fā)明的用戶維護系統可以對每臺數據采集終端進行設置和管理。對數據采集終端校準時間(與主控站對時)，并與移動通信網絡校準時間。系統可監(jiān)視數據采集終端的工作電壓，巡回檢測其工作狀態(tài)以及配合現場人員對數據采集終端進行調試。圖6是用戶端4的維護界面。通過該界面可以對數據終端進行配置，可以單獨、部分或全部對輸電線路上的數據采集終端進行配置，也可以單獨、部分對輸電線路上的數據采集終端進行數據上行傳送。通過它，可以了解輸電線路上全部設備的工作情況，利用該應用界面可以實現對全部設備的操作和管理。
權利要求
1.一種輸電線路故障在線監(jiān)測系統，主要包含數據采集終端和故障監(jiān)測支持系統二大部分，其特征在于所說的數據采集終端主要包含帶有故障電流檢測傳感器和信號鎖存器的故障測量單元，數據采集控制單元，無線傳輸連接單元和太陽能的數據終端供電系統；所說的故障監(jiān)測支持系統主要包含帶有與移動通信網絡聯接的通信網絡聯接模塊，監(jiān)測系統平臺，故障報警查詢系統和用戶維護系統的主控站。
2.根據權利要求1所述的輸電線路故障在線監(jiān)測系統，其特征在于所說的數據采集終端中的故障測量單元主要包含故障電流檢測傳感器，與故障電流檢測傳感器輸出端連接的過壓保護電路，與過壓保護電路輸出端相連的信號鎖存器和與信號鎖存器輸出端相連的信號鑒別及輸出電路。
3.根據權利要求1或2所述的輸電線路故障在線監(jiān)測系統，其特征在于所說的信號鎖存器內含有故障類別判斷模塊。
4.根據權利要求1所述的輸電線路故障在線監(jiān)測系統，其特征在于所說的數據采集終端中的數據采集控制單元內含有數據采集模塊和控制器。
5.根據權利要求1所述的輸電線路故障在線監(jiān)測系統，其特征在于所說的數據采集終端中的無線傳輸連接單元(203)包含無線收發(fā)模塊(2031)和無線接口(2032)。
6.根據權利要求1所述的輸電線路故障在線監(jiān)測系統，其特征在于所說的數據采集終端中的太陽能的數據終端供電系統含有太陽能電池，太陽能充電控制器和蓄電源組。
7.根據權利要求1所述的輸電線路故障在線監(jiān)測系統，其特征在于所說的故障監(jiān)測支持系統中的主控站帶有的通信網絡聯接模塊內含有短信收發(fā)處理模塊。
8.根據權利要求1所述的輸電線路故障在線監(jiān)測系統，其特征在于所說的故障監(jiān)測支持系統中主控站內的監(jiān)測系統平臺是在計算機操作系統的環(huán)境下，建立的實時操作系統、數據庫系統和用戶應用系統。
9.根據權利要求1所述的輸電線路故障在線監(jiān)測系統，其特征在于所說的故障監(jiān)測支持系統中主控站內故障報警查詢系統含有故障信息處理模塊和故障電流門限值設定模塊。
10.根據權利要求1所述的輸電線路故障在線監(jiān)測系統，其特征在于所說的故障監(jiān)測支持系統中主控站內的用戶維護系統中含有監(jiān)測系統運行維護模塊。
全文摘要
一種輸電線路故障在線監(jiān)測系統，主要適用于電力系統中輸電線路的故障檢測。包含數據采集終端和故障監(jiān)測支持系統二大部分。數據采集終端置于架設輸電線路的桿塔上。數據采集終端所采集的數據通過移動通信網絡以短信方式發(fā)送至故障監(jiān)測支持系統的主控站。主控站接收由移動通信網絡傳送的信息，完成對輸電線路故障監(jiān)測的報警、顯示、系統診斷、維護、查詢、數據傳送以及打印等一系列的工作。具有對輸電線路故障的檢測速度快，定位準確可靠，操作方便，節(jié)省大量的人力和物力的顯著優(yōu)點。
文檔編號H02J13/00GK1547306SQ200310109329
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月12日 優(yōu)先權日2003年12月12日
發(fā)明者黃憲東, 顧柳興, 顧友根, 張建方, 忻永良 申請人:上海東云信息技術發(fā)展有限公司