架空線路故障定位監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電網自動化技術，特別是一種架空線路故障定位監(jiān)測系統(tǒng)及方法。
【背景技術】
[0002]配網自動化大大提高了供電可靠性和供電質量，縮短事故處理時間，減少停電范圍，但目前配電終端(FTU/DTU/TTU) —般部署在開關或變壓器位置，對長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、線路分支多、運行情況復雜，環(huán)境和氣候條件比較惡劣時，外破、設備故障和雷電等自然災害導致的線路短路、接地故障時常發(fā)生，而且故障時，故障區(qū)段(位置)難以確定，給檢修工作帶來較大的困難，尤其是偏遠地區(qū)，查找起來更是費時費力。
[0003]目前，雖然也采用了一些方法來解決監(jiān)控線路報警的問題，但是效果并不理想，存在很多問題，具體情況如下:
1、大多數電網都利用故障指示牌對架空線路故障進行報警，但是架空型線路故障指示器都是單獨判斷、單獨顯示報警，無法實現線路的實時監(jiān)控，線路出現問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，一般為非組網方式或通過GPRS公網組網。非組網方式由于其部署靈活、安裝簡單，目前使用最為廣泛，但由于其無法實現集中管理，需要人工配合及無法實現實時監(jiān)測目前正逐步退出使用；目前作為非組網方式的替代，通過GPRS公網組網的系統(tǒng)正逐步實施，但鑒于GPRS公網環(huán)境比較復雜、安全性較差，使得該種組網方式存在網絡層安全隱患及應用層安全隱患。
[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、注入信號法等判別方法，普遍存在判斷精度不高，容易產生誤判和漏判的問題。

【發(fā)明內容】

[0006]為解決上述現有技術中的缺陷，本發(fā)明提供了一種架空線路故障定位監(jiān)測系統(tǒng)及方法，解決了現有架空線路故障判斷設備和方法費時費力、準確度不高、通訊不安全等一系列問題。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明方案包括:架空線路故障定位監(jiān)測系統(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、信號檢測電路、ESAM安全芯片和微功率無線子節(jié)點，所述的電流互感器采集導線上的一次電流，并產生CT 二次信號；電容分壓器采集線路電壓信號；CT 二次信號和線路電壓信號分別輸送到信號檢測電路，經過濾波、放大和采保處理后輸入MCU ;MCU對信號進行A/D采樣后，計算出負荷電流、短路電流、首半波尖峰電流和接地動作電流值、穩(wěn)態(tài)零序電流、暫態(tài)零序電流；微功率無線子節(jié)點與MCU實現數據通信；所述的ESAM安全芯片連接MCU，對MCU發(fā)送的數據進行加/解密和身份認證；
所述的集中器子站包括通信終端、微功率無線中心節(jié)點、GPRS遠程通信模塊，微功率無線中心節(jié)點通過微功率無線信號與微功率無線子節(jié)點進行數據通訊，微功率無線中心節(jié)點與通信終端進行數據通信，通信終端通過104規(guī)約連接GPRS遠程通信模塊；
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GPRS網絡與GPRS遠程通信模塊進行數據通信，監(jiān)控端將接收到的數據解密后，將故障點在GIS系統(tǒng)中標識并通過短信、電話等形式通知巡檢人員。
[0008]進一步的，所述的監(jiān)控端設有故障樣本閥值庫，可以記錄并存儲系統(tǒng)運行過程中發(fā)生過的各種故障樣本，當再次發(fā)生類似故障時，可以有效縮短系統(tǒng)判斷的時間。
[0009]進一步的，電流互感器內設有取電線圈，可以為故障指示器提供電力供應。
[0010]進一步的，所述的微功率無線中心節(jié)點和微功率無線子節(jié)點均采用433M無線射頻通信模塊，利用433M微功率無線信號實現數據通信。
[0011]進一步的，還包括太陽能電池板，所述的太陽能電池板與通信終端連接。
[0012]架空線路故障定位監(jiān)測方法，其特征在于，所述的方法包括以下步驟:
S1:采集并計算出電流和電壓信號；
52:判斷短路故障；
53:通過七次諧波加首半波判斷接地故障；
54:標記故障地點并通知巡檢人員。
[0013]進一步的，判斷短路故障的具體步驟為:
5201:對運行線路采集到的運行電流瞬時值進行比值微分計算，獲得線路電流突變曲線；
5202:電流突變判斷，當電流的變化率突變，即If/10>R時，依據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是預設的電流變比率，預設的電流變比率R隨線路負荷電流的大小自動變化，負荷電流越小，R越大；
5203:啟動電壓突變復核，檢測線路電壓降低，當線路電壓降低滿足V〈Vh時判定線路短路故障，其中Vh是電壓下降值的預設閾值。
[0014]進一步的，步驟S203中，如果電壓突變復核正常，在初次出現時將被標注預故障，當情況出現多次后，將作為該線路的單線特征記錄在數據庫中進行記錄，作為非故障判定依據。
[0015]進一步的，步驟S3的具體過程為:根據采集的線路接地電纜暫態(tài)半波，當判斷出現接地故障時，通過七次諧波杠桿化傳感器中的感應電流，進行當量計算，獲取突變曲線，在曲線突破閥值時觸發(fā)報警，然后通過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、采用檢測電流變比率法并結合線路跳閘停電來檢測短路故障，變比率突變值按照故障指示器內置的曲線算法并根據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。同時，結合電壓突變復核機制，有效防止誤報警，更加準確的判斷短路故障。
[0018]2、采用七次諧波加首半波法來檢測接地故障，因為接地瞬間的突變量，不受線路存在的各高頻干擾信號以及線路勵磁涌流影響，易于可靠檢測，因此采用這個方法克服了目前以暫態(tài)量大小為判據的接地故障檢測方法的局限性，也克服了單純使用首半波法的不準確性，抗干擾能力強，故障檢測準確可靠。
[0019]3、采用ESAM安全芯片，通過嵌入在故障指示器中的ESAM數據安全芯片，實現安全存儲、數據加/解密、雙向身份認證、線路加密傳輸等功能，解決了傳輸的安全性，有效的克服了 GPRS公網環(huán)境通信安全性無法保障的難題。
[0020]4、通過主站的接入服務器(GIS、MIS服務器)、數據服務器等相互協作，發(fā)現架空線路故障自動報警，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告。系統(tǒng)能根據工作人員需要和現場運行經驗進行靈活設置保障監(jiān)控、報警的準確性，確保故障時動作迅速、非故障時誤報率低，并具有短信告警功能。
[0021]5、故障指示器內置電流互感器，接地故障判定無需加裝信號發(fā)生器。而傳統(tǒng)的有源方式需要在變電站部署信號源，不但需要掛網運行，同時也加大接地電流和跨步電壓，更容易引起弧光、火災，危及人身安全。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結構示意圖；
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。
【具體實施方式】
[0023]以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施進行說明，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(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、信號檢測電路、ESAM安全芯片和微功率無線子節(jié)點。
[0026]架空型線路故障指示器利用了 CT(電流互感器)的原理來測量線路電流。當架空型線路故障指示器掛在導線上時，一次電流會流經架空型線路故障指示器的電流傳感器，電流傳感器產生CT 二次信號，這個信號經過信號檢測電路濾波、放大和采保，然后由低功耗單片機做A/D采樣，最后計算出負荷電流、短路電流、首半波尖峰電流和接地動作電流值、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、導磁棒、立柱、動板。
[0027]電流互感器除了用于電流測量，還可用于在線取電。在電流線圈基礎上再加取電線圈，就可以獲得一定的取電電流。取電電流經過特殊的取電電路和MCU控制電路就可以為架空型線路故障指示器提供整機工作電源和無線通訊電源。自取電功能可以減少電池損耗，提高產品使用壽命。一般來說，負荷電流越大，取電電流越大，產品使用壽命越長。
[0028]架空型線路故障指示器采用電容分壓器來測量線路電壓，電容分壓器利用空間電容進行分壓，將空氣作為絕緣介質，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。
[0029]架空型線路故障指示器本地通信采用無線調頻通信機制。符合《信部無〔2005〕423號:微功率(短距離)無線電設備技術要求》〉標準要求，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1000米。
[0030]線路發(fā)生故障時，指示器在O?3秒鐘內主動通過無線跳頻通信方式與集中器子站進行數據通信；若指示器未接收到集中器子站的確認幀，則會立即重發(fā)，最多重發(fā)3次。各指示器的地址編號不同。指示器采用極低功耗設計，大部分能量從高壓導線感應取電。當負荷電流大于20A時采用“有問必答”或者定時主動方式；當負荷電流小于20A時，以“兩問一答”方式，其它時間指示器內部無線通訊模塊處在休眠狀態(tài)從而減少電池損耗。
[0031]微功率無線子節(jié)點與MCU實現數據通信；所述的ESAM安全芯片連接MCU，對MCU發(fā)送的數據進行加/解密和身份認證。
[0032]所述的集中器子站包括通信終端、微功率無線中心節(jié)點、GPRS遠程通信模塊、太陽能電池板，微功率無線中心節(jié)點通過微功率無線信號與微功率無線子節(jié)點進行數據通訊，微功率無線中心節(jié)點與通信終端進行數據通信，通信終端通過104規(guī)約連接GPRS遠程通信豐旲塊。
[0033]集