本實用新型設計電力故障設備系統(tǒng)領域，具體為一種新型10kv線路的智慧故障指示系統(tǒng)。

背景技術：

電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電、變電、供電、配電等設備組成的統(tǒng)一系統(tǒng)。其中。配電網(wǎng)作為連結用戶和供電部門之間的紐帶，將高壓輸電線路和低壓用戶之間連接起來，配電網(wǎng)重要的任務就是向用戶提供高質量、高可靠性的電能。

隨著人們生活水平和社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，不僅對電能的需求越來越大，而且很多企業(yè)對電能質量的要求也越來越高。為了保證電能的供應，電網(wǎng)結構也日趨復雜，電力系統(tǒng)的規(guī)模日益擴大，電網(wǎng)在各區(qū)域之間有著更加緊密的聯(lián)系。對于這些配電網(wǎng)的新特點，使得電網(wǎng)中如果發(fā)生故障，相比簡單的配電網(wǎng)將產(chǎn)生更大的影響。實際運行中，配電網(wǎng)遍布城市、鄉(xiāng)村及山區(qū)，長年經(jīng)受雷電、風雨冰霜天氣以及日益嚴酷的環(huán)境污染等影響，再加上一些不可預測的人為因素，其發(fā)生故障的概率很高。有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，大多電網(wǎng)中的故障都是發(fā)生在配電網(wǎng)。當電網(wǎng)中發(fā)生故障后，不可避免的會對一些用戶造成停電等影響，這將直接對人們的日常生活和各行業(yè)的正常生產(chǎn)產(chǎn)生影響，對一些依賴持續(xù)供電的企業(yè)來說可能會產(chǎn)生更加嚴重的后果。這都說明在電網(wǎng)中不可避免地發(fā)生故障后，應盡快的找到故障、消除故障并恢復供電。要完成上述工作，首先需要判斷出可能發(fā)生故障區(qū)域，辨別電網(wǎng)中故障的性質，也就是通常所說的故障診斷和故障定位。

10kV架空線路分支較多，運行方式復雜，正在或準備開發(fā)建設的地域線路多、供電半徑長、大部分為放射式供電線路，維護線路的工作量較大，故障的查找費時費力，對電力系統(tǒng)經(jīng)濟、可靠運行帶來很大難題。雖然經(jīng)過近年來的技術改造，如一些線路進行了手拉手式環(huán)網(wǎng)連接，中線改為絕緣導線等，抗外力破壞能力得到增強；配電線路系統(tǒng)的故障指示器簡單的說就是一種通過安裝在架空的配電線路之上、安裝在配電線路系統(tǒng)的電力柜以及電力開關上的一種故障電流檢測流通裝置。有了電力線路的故障指示裝置就能夠在配電線路出現(xiàn)故障以后迅速的自動報警，讓工作人員能夠更加快速的找到線路故障的區(qū)域排查出故障的具體位置，一般來說都還具有短路識別以及接地故障識別的功能。配電線路的故障指示器具有對永久性的線路故障修復以后進行復位的功能和能力，對于臨時瞬時出現(xiàn)的配電線路故障也能夠根據(jù)人為給定的時間進行復位；這樣就能夠讓電力線路故障有足夠的時間尋找和修復；配電線路的故障指示器使用以后就能夠不讓由于勵磁通流引起的誤動現(xiàn)象出現(xiàn)，這樣就不會讓電力線路故障的巡查人員去盲目的巡線，對于線路確實出現(xiàn)故障時能夠讓尋找故障點的時間大大的減少，便于線路巡查人員巡查工作以及修復工作的難度，最大可能的減少了故障出現(xiàn)是配電線路停電的時間，這樣配電線路故障指示器就能夠提高配電線路系統(tǒng)的穩(wěn)定以及可靠性。

但10kV架空線路事故仍時有發(fā)生，尤其是受故障器的技術瓶頸的限制，對于10kv的故障指示系統(tǒng)依然無法實現(xiàn)很好的完善。

技術實現(xiàn)要素：

因此，為了克服上述現(xiàn)有技術中的不足，本實用新型提供了一種加入信息化技術的基于單片機的配電線路故障指示器的故障指示系統(tǒng)，能夠通過自動化處理更加準確的對線路的故障情況進行判斷，不再單一的只是判斷瞬時性和永久性故障而能夠判斷因為何種具體原因導致的故障；能夠在一些人為日常管理困難或是線路架設區(qū)環(huán)境惡劣的情況自動對線路進行故障監(jiān)控，便于一些日常管理困難的戶外山區(qū)配電線路故障的定位監(jiān)測工作以及故障修理工作的新型10kv線路的智慧故障指示系統(tǒng)。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：

新型10kv線路的智慧故障指示系統(tǒng)，包括與變電站1連接的斷路器2，以及與斷路器2連接的數(shù)傳電臺監(jiān)控裝置，與數(shù)傳電臺監(jiān)控裝置連接的上位管理系統(tǒng)，及通過ZigBee傳感網(wǎng)絡7連接的設置在電線路上的故障指示單元；所述的故障指示單元包括簡單設備節(jié)點的測量單元9、全功能設備節(jié)點8及全功能設備節(jié)點中的網(wǎng)絡中繼器10；

所述的測量單元9包括智能故障指示器和射頻收發(fā)器；

所述的數(shù)傳電臺監(jiān)控裝置與斷路器2和測量單元9連接的第一數(shù)傳電臺3以及與上位管理系統(tǒng)連接的第二數(shù)傳電臺4；所述的第一數(shù)傳電臺3和第二數(shù)傳電臺4之間通過射頻連接；

所述的上位管理系統(tǒng)包括與第二數(shù)傳電臺4連接的主機5，與主機5通過網(wǎng)關6連接的Tnternet網(wǎng)絡；

所述的智能故障指示器包括與濾波及調幅電路b連接的電壓電流信號a及多路轉換模擬開關c；所述的多路轉換模擬開關c連接AD采樣模塊d，AD采樣模塊d連接RAM緩存模塊e，RAM緩存模塊e連接CPU處理器f，CPU處理器f連接無線收發(fā)模塊h；所述的CPU處理器f同時連接顯示電路m、海量存儲模塊j；

所述的濾波及調幅電路b與CPU處理器f中間設置有測頻電路k和觸發(fā)電路I。

積極有益效果：(1)設計了一套配電網(wǎng)短路故障智能指示、定位系統(tǒng)，故障指示器作為故障數(shù)據(jù)采集設備，利用無線射頻技術和ZigBee傳感網(wǎng)絡技術相結合的方法組成故障信息傳感網(wǎng)絡，最終通過數(shù)傳電臺將故障指示器動作信號傳送至故障定位分析中心，該方案在保證通訊質量的前提下節(jié)省了系統(tǒng)的運營通信費用。(2)在短路故障檢測方面，將微機保護原理引入故障指示器的設計技術中，采用檢測電流變比率If/IO(故障電流與負荷電流的比值)突變值的方法并結合線路跳閘停電來檢測短路故障，這個變比率突變值按照故障指示器內置的曲線算法并根據(jù)負荷電流的大小自動動態(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，因此不受線路結構、運行管理方式、地理環(huán)境、甚至運行時刻的影響，從根本上克服了目前市場上基于過流法或“電流突變法”設計原理的故障指示器存在的誤報警或漏報警的缺陷，因此短路故障檢測準確可靠。(3)在配電網(wǎng)拓撲關系中抽象出故障指示器的連接關系，通過故障指示器的連接關系可以簡單清晰地描述出配電網(wǎng)的結構，并通過圖形構建自動得到故障指示器的相鄰關系，在配電網(wǎng)運行方式改變的情況下可以自動生成新的故障指示器相鄰關系。(4)采用了可辨識矩陣與布爾代數(shù)運算相結合的屬性約簡算法對原始決策表進行約簡，得到了信息冗余度很小且有高容錯性的約簡決策表，通過對配電網(wǎng)的分析提取出約簡規(guī)則，可用故障指示器的相鄰關系直接生成原始決策表和約簡決策表。(5)分析了單故障和多重故障下故障模式的特點，提出了一種適應多重故障的故障診斷方法。

附圖說明

圖1為本實用新型的系統(tǒng)框圖；

圖2為本實用新型的智能故障指示器工作原理圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型做進一步的說明：

如圖1所示，新型10kv線路的智慧故障指示系統(tǒng)，包括與變電站1連接的斷路器2，以及與斷路器2連接的數(shù)傳電臺監(jiān)控裝置，與數(shù)傳電臺監(jiān)控裝置連接的上位管理系統(tǒng)，及通過ZigBee傳感網(wǎng)絡7連接的設置在電線路上的故障指示單元；所述的故障指示單元包括簡單設備節(jié)點的測量單元9、全功能設備節(jié)點8及全功能設備節(jié)點中的網(wǎng)絡中繼器10；

所述的測量單元9包括智能故障指示器和射頻收發(fā)器；

所述的數(shù)傳電臺監(jiān)控裝置與斷路器2和測量單元9連接的第一數(shù)傳電臺3以及與上位管理系統(tǒng)連接的第二數(shù)傳電臺4；所述的第一數(shù)傳電臺3和第二數(shù)傳電臺4之間通過射頻連接；

所述的上位管理系統(tǒng)包括與第二數(shù)傳電臺4連接的主機5，與主機5通過網(wǎng)關6連接的Tnternet網(wǎng)絡；

如圖2所示，所述的智能故障指示器包括與濾波及調幅電路b連接的電壓電流信號a及多路轉換模擬開關c；所述的多路轉換模擬開關c連接AD采樣模塊d，AD采樣模塊d連接RAM緩存模塊e，RAM緩存模塊e連接CPU處理器f，CPU處理器f連接無線收發(fā)模塊h；所述的CPU處理器f同時連接顯示電路m、海量存儲模塊j；

所述的濾波及調幅電路b與CPU處理器f中間設置有測頻電路k和觸發(fā)電路I。

故障指示器會有顯示功能，發(fā)生故障后故障指示器檢測到故障電流，故障指示器本身指示工作提供顯示，并利用通訊單元將故障指示器檢測到的數(shù)據(jù)、動作情況以及地址編碼信息發(fā)送至小區(qū)內的DTU數(shù)據(jù)終端，再通過DTU數(shù)據(jù)終端將小區(qū)內的故障指示器信息發(fā)送至故障定位中心。

故障指示器都是利用測量電磁場的傳感器并通過非接觸的方式獲取故障時的電流和電壓信息，將通過信號調理電路后的信號進入A/D轉換器進行模數(shù)轉換，在處理單元中將剛才處理后得到的信息同故障指示器的地址信息進行整合，通過無線收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。根據(jù)符合一般系統(tǒng)設計功能要求設計的故障指示器主要由測量傳感器模塊、信號調理模塊、CPU處理模塊、海量存儲模塊模塊等組成。

設計故障指示器工作的思路是：在系統(tǒng)中正常無故障時，故障指示器只對線路的電壓、電流值進行采樣，再通過DMA方式將數(shù)據(jù)存儲在CPU的RAM中，其CPU處于休眠狀態(tài)；當系統(tǒng)中發(fā)生故障時，故障指示器的CPU被激活，并利用無線通信模塊與小區(qū)內DTU數(shù)據(jù)終端單元進行訪問，DTU接收到動作信息后對小區(qū)內其他故障指示器進行訪問，搜集故障指示器的動作信號等信息，在將這些信息通過數(shù)傳電臺(433MH_Z)發(fā)送給故障定位中心，故障指示器在完成上述任務后重新進入休眠狀態(tài)。這種長時間的休眠狀態(tài)也可延長故障指示器的電池使用時間，從而減小故障診斷系統(tǒng)的維護時間和維護費用。

本實用新型主要創(chuàng)新點和解決的主要問題如下：

(1)設計了一套配電網(wǎng)短路故障智能指示、定位系統(tǒng)，故障指示器作為故障數(shù)據(jù)采集設備，利用無線射頻技術和ZigBee傳感網(wǎng)絡技術相結合的方法組成故障信息傳感網(wǎng)絡，最終通過數(shù)傳電臺將故障指示器動作信號傳送至故障定位分析中心，該方案在保證通訊質量的前提下節(jié)省了系統(tǒng)的運營通信費用。

(2)在短路故障檢測方面，將微機保護原理引入故障指示器的設計技術中，采用檢測電流變比率If/IO(故障電流與負荷電流的比值)突變值的方法并結合線路跳閘停電來檢測短路故障，這個變比率突變值按照故障指示器內置的曲線算法并根據(jù)負荷電流的大小自動動態(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，因此不受線路結構、運行管理方式、地理環(huán)境、甚至運行時刻的影響，從根本上克服了目前市場上基于過流法或“電流突變法”設計原理的故障指示器存在的誤報警或漏報警的缺陷，因此短路故障檢測準確可靠。

(3)在配電網(wǎng)拓撲關系中抽象出故障指示器的連接關系，通過故障指示器的連接關系可以簡單清晰地描述出配電網(wǎng)的結構，并通過圖形構建自動得到故障指示器的相鄰關系，在配電網(wǎng)運行方式改變的情況下可以自動生成新的故障指示器相鄰關系。

(4)采用了可辨識矩陣與布爾代數(shù)運算相結合的屬性約簡算法對原始決策表進行約簡，得到了信息冗余度很小且有高容錯性的約簡決策表，通過對配電網(wǎng)的分析提取出約簡規(guī)則，可用故障指示器的相鄰關系直接生成原始決策表和約簡決策表。

(5)分析了單故障和多重故障下故障模式的特點，提出了一種適應多重故障的故障診斷方法。

社會效益分析：隨著電網(wǎng)調度自動化的水平不斷發(fā)展，電網(wǎng)調度中心廣泛采用了能量管理系統(tǒng)和(EMS)數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)，電網(wǎng)中也應用了多種監(jiān)控設備對電網(wǎng)的運行進行監(jiān)控。當電網(wǎng)中發(fā)生故障時，控制中心中會收到大量的報警信息和電網(wǎng)的運行狀態(tài)參數(shù)。尤其在電網(wǎng)發(fā)生復雜故障情況的時候，將產(chǎn)生十分復雜的故障信息。同時，由于故障指示器錯誤動作情況或是通信質量的原因，導致故障信息也存在了一定不確定性，即調度中心里收到的信號有可能是錯誤的，甚至在一些嚴重情況下收到的信號可能是不完備的。要求工作人員通過閱讀未經(jīng)過處理且數(shù)量巨大的故障信息，在短時間內正確地對故障類型及故障區(qū)域做出判斷顯然是十分困難的事情。而故障定位系統(tǒng)能夠通過計算機對故障信息進行處理，得出具有一定準確性和可解釋性的故障結論，對工作人員進行故障診斷分析起到了很好的輔助作用。

經(jīng)濟效益分析：該系系統(tǒng)通過采集故障報警、停送電狀態(tài)信息，將這些信息發(fā)送到主站中心，經(jīng)過中心的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、分析、拓撲計算，便可以確定故障區(qū)域，并幫助工作人員迅速準確找到故障點11。為了實現(xiàn)信息的貢獻，該裝置可以短信形式將故障點信息通知相關人員，高效快速。大大提高了電力部門搶修線路的能力。

我國輸電線路分布極其廣泛，線路跨度也非常大。在惡劣的環(huán)境中運行，出現(xiàn)故障難以定位。查找線路故障的一般辦法是先斷開分支線斷路器后，先試著送電，然后逐級查找恢復沒有故障的其它線路?；蛘呃媒^緣測試儀分段進行相間或對地遙測，這樣來縮小查找故障范圍。這些都需要花費大量的人力及時間，電力是人們不可或缺的能源，停電的時間越長，給各界帶來的經(jīng)濟損失就越大。架空線路故障指示器具有非常明顯的經(jīng)濟效益。對于電力部門來說，可以增加售電量，對人們的生產(chǎn)來說，可以減少生產(chǎn)停滯帶來的損失。對人們的生活來說，可以很快恢復正常。

上述實施例僅用于說明本實用新型具體實施的技術方案而非對其進行限制，所屬技術領域的普通技術人員應該理解，在不違背本實用新型宗旨的前提下，未改變其性能或用途對本實用新型的實施方式進行的任何等同替代或明顯變型，均應涵蓋在本實用新型請求保護的范圍內。