一种用于电网快速抢修的数据采集及定位监控系统及方法与流程

1.本发明属于监控系统领域，具体涉及一种用于电网快速抢修的数据采集及定位监控系统及方法。


背景技术：

2.现有生活中，电力系统中各种电压的变电所及输配电线路组成的整体，称为电力网，它包含变电、输电、配电三个单元，电力网的任务是输送与分配电能，改变电压，当前我国虽然在不断完善配电网的安全管理工作，但是仍存在着故障点定位难的问题。
3.由于目前国内大部分地区的配电网均采用了中性点接地方式，一旦发生故障后需要采用人工寻找的方式，这就大大增加了工作量；并且也使得抢修工作无法及时开展，影响了配电网本身的稳定性。
4.若电网故障未及时处理，最常见同时也是最危险的故障是各种形式的短路，其中以单相接地短路为最多，而三相短路则较少；对于旋转电机和变压器还可能发生绕组的匝间短路；此外输电线路有时可能发生断线故障及在超高压电网中出现非全相运行；或电网在同一时刻发生几种故障同时出现的复杂故障，发生故障可能引起的后果是电网中部分地区的电压大幅度降低，使广大用户的正常工作遭到破坏。
5.同时，供电系统中最主要的负荷是异步电动机，它的电磁转矩同它的端电压的平方成正比，电压下降时，电磁转矩将显著降低，当电气设备的工作电压一旦降低到额定电压的40％，则电动机停转，以致造成产品报废及设备损坏等严重后果，且短路点通过很大的短路电流，会引起导体间很大的机械应力，如果导体和它们的支架不够坚固，则可能遭到破坏；同时短路点的电弧有可能烧坏电气设备，电网中故障设备和某些无故障设备，在通过很大短路电流时产生很大的电动力和高温，当短路持续时间较长时，可能使这些设备遭到破坏或损伤，从而缩短使用寿命，破坏电力系统内各发电厂之间机组并列运行的稳定性，使机组间产生振荡，严重时甚至可能使整个电力系统瓦解，这是故障最严重的后果，电网短路时对附近的通信线路或铁路自动闭塞信号产生严重的干扰，极大的影响了广大居民的生活质量。
6.但在现有技术中故障定位和监控系统在准确性和定位速度上均存在不足之处，配电网维护工作的效率有较大的提升空间。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于电网快速抢修的数据采集及定位监控系统及其使用方法，可以快速定位故障点，以提高对电网进行维护检修的工作效率。
8.为解决所述技术问题，本发明所采用的技术方案在于，作为本发明的一方面，提供一种用于电网快速抢修的数据采集及定位监控系统，其包括有一核心处理模块，以及与所述核心处理模块电连接的数据采集模块、无线通信模块、监控模块和电源模块；
9.所述数据采集模块用于对电力线上的电力数据进行采集，并转换成数字电力信
号；所述电力数据包括电流数据与电压数据；
10.所述监控模块用于通过传感器设备对电力线进行监控，以得到监控数据；
11.所述核心处理模块用于接收来自所述数据采集模块的数字电力信号，进行故障分析，获得对应的故障类型以及故障区域信息；以及对监控模块获得的监控数据进行初步分析，获得初步分析结果；
12.所述无线通信模块用于将来自所述核心处理模块的故障类型以及故障区域信息，以及将来自监控模块的监控数据或/及初步分析结果发送给对应的接收对象，以提醒相应人员进行故障快修安排处理；
13.所述电源模块用于上述各模块提供供应电源。
14.优选地，所述数据采集模块进一步包括：
15.弱电信息获取单元，用于通过电压互感器电流互感器获得电力线上的电压参量、电流参量所对应的弱电信号；
16.信号检波放大单元，用于通过精密检波器，对所述弱电信号进行检波和放大处理；
17.分割乘法处理单元，用于将经所述信号检波放大单元检波和放大处理后的弱电信号中的电压电信号和电流电信号相乘，以预定的时间间隔进行分隔处理，形成对应的频率信号；
18.ad转换器，用于将所述分割乘法处理单元所获得的数据进行ad转换，形成对应的数字信号。
19.优选地，所述核心处理模块进一步包括：
20.故障类型识别单元，用于对来自数据采集模块的数字信号进行故障类型识别，所述故障类型包括：短路故障、接地故障以及断路故障；
21.故障位置识别单元，用于采用可实现故障区段快速定位改进的矩阵算法，对故障信息编排矩阵进行逻辑运算，识别出具体的故障位置。
22.优选地，所述无线通信模块将故障类型及故障位置短信通知给预设定的相关工作人员并在监控主站界面上显示，所述监控主站与专家抢修管理系统相通信，由监控中心的系统软件按照标准抢修流程引导抢修人员实现故障的快速抢修，从而实现故障后的快速抢修和供电恢复。
23.优选地，所述电源模块采用交流转换单元结合蓄电池的供电方式，其中，交流转换单元接收外部的交流电经整流滤波后变成直流电压，再经稳压模块转换成稳定的 24v电压；当线路正常时，所述电源模块一方面经变换器给各模块供电，一方面给蓄电池充电；当线路失电时，则由蓄电池经变换器给终端供电。
24.优选地，进一步包括与核心处理模块进行通信的数据终端机，其用于接收来自监控模块的电网状态信息以及核心处理模块获得的初步分析结果，并根据所述初步分析结果生成控制指令，并经所述无线通信模块发送出去。
25.作为本发明的另一方面，还提供一种用于电网快速抢修的数据采集及定位监控方法，其采用前述的系统实现，所述方法包括如下的步骤：
26.步骤s10，所述数据采集模块对电力线上的电力数据进行采集，并转换成数字电力信号；其中，所述电力数据包括电流数据与电压数据；
27.步骤s11，所述监控模块通过传感器设备对电力线进行监控，以得到监控数据；
28.步骤s12，所述核心处理模块接收来自所述数据采集模块的数字电力信号，进行故障分析，获得对应的故障类型以及故障区域信息；以及对监控模块获得的监控数据进行初步分析，获得初步分析结果；
29.步骤s13，所述无线通信模块将来自所述核心处理模块的故障类型以及故障区域信息，以及将来自监控模块的监控数据或/及初步分析结果发送给对应的接收对象，发送给对应的接收对象，以提醒相应人员进行故障快修安排处理。
30.优选地，所述步骤s10进一步包括：
31.通过电压互感器电流互感器获得电力线上的电压参量、电流参量所对应的弱电信号；
32.通过精密检波器，对所述弱电信号进行检波和放大处理；
33.将经所述信号检波放大单元检波和放大处理后的弱电信号中的电压电信号和电流电信号相乘，以预定的时间间隔进行分隔处理，形成对应的频率信号；
34.将所述分割乘法处理单元所获得的数据进行ad转换，形成对应的数字信号。
35.优选地，所述步骤s12进一步包括：
36.对来自数据采集模块的数字信号进行故障类型识别，所述故障类型包括：短路故障、接地故障以及断路故障；
37.采用可实现故障区段快速定位改进的矩阵算法，对故障信息编排矩阵进行逻辑运算，识别出具体的故障位置。
38.优选地，所述步骤s13具体包括：
39.所述无线通信模块将故障类型及故障位置短信通知给预设定的相关工作人员并在监控主站界面上显示，所述监控主站与专家抢修管理系统相通信，由监控中心的系统软件按照标准抢修流程引导抢修人员实现故障的快速抢修，从而实现故障后的快速抢修和供电恢复。
40.实施本发明，具有如下的有益效果：
41.本发明提供一种用于电网快速抢修的数据采集及定位监控系统及方法；通过设置数据采集模块对电网的信息进行采集，通过设置无线通信模块对数据采集模块采集的信息进行稳定输送，通过监控模块对电网的实时信息进行监控，可以更好的对电网进行维护，通过设置电源模块对各模块供电，通过设置核心处理模块对采集信息进行分析处理，科学地确定电力线路上发生故障类型以及故障区域，可以通知相关人员更好地对电网进行维护检修，从而提升配电网维护工作的效率。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
43.图1为本发明提供的一种用于电网快速抢修的数据采集及定位监控系统的一个实施例的结构示意图；
44.图2为图1中的数据采集模块的结构示意图；
45.图3为图1中核心处理模块的结构示意图；
46.图4为本发明提供的一种用于电网快速抢修的数据采集及定位监控方法的一个实施例的主流程示意图。
具体实施方式
47.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
48.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
49.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
50.如图1所示，为本发明提供的一种用于电网快速抢修的数据采集及定位监控系统的一个实施例的结构示意图；一并结合图2和图3所示，在本实施例中，所述用于电网快速抢修的数据采集及定位监控系统1，其包括有一核心处理模块11，以及与所述核心处理模块11电连接的数据采集模块10、无线通信模块13、监控模块11、电源模块14以及数据终端机15；
51.所述数据采集模块10用于对电力线上的电力数据进行采集，并转换成数字电力信号；所述电力数据包括电流数据与电压数据，其可以通过有线或无线的方式发送给核心处理模块12；
52.所述监控模块11用于通过传感器设备对电力线进行监控，以得到监控数据；
53.所述核心处理模块12用于接收来自所述数据采集模块10的数字电力信号，进行故障分析，获得对应的故障类型以及故障区域信息；以及对监控模块11获得的监控数据进行初步分析，获得初步分析结果；
54.所述无线通信模块13用于将来自所述核心处理模块12的故障类型以及故障区域信息，以及将来自监控模块11的监控数据或/及初步分析结果发送给对应的接收对象，以提醒相应人员进行故障快修安排处理；
55.所述电源模块14用于上述各模块提供供应电源。
56.具体地，在一个例子中，所述数据采集模块10进一步包括：
57.弱电信息获取单元100，用于通过电压互感器电流互感器获得电力线上的电压参量、电流参量所对应的弱电信号；
58.信号检波放大单元101，用于通过精密检波器，对所述弱电信号进行检波和放大处理；在本发明的一个例子中，所述精密检波器为用运算放大器构成的精密检波器，由于运放的开环增益gol很高，因此，当输入信号为正时，只要usr≥ud/gol，就会使二极管导通，而且二极管一旦导通，放大器就处于深度的闭环状态，非线性失真非常小，从小信号开始，输入
和输出之间就是具有良好的线性关系。它的死区电压非常小，等于二极管的正向压降ud的1/gol倍。设二极管导通时检波器的反馈系数为f，则这种精密检波器的内阻和温度系数为普通检波器的1/(gol
·
f)倍，当r2>r1时，检波器还兼有电压放大作用，可将信号放大r2/r1倍，能够将弱点信号进行放大后传输出去；
59.分割乘法处理单元102，用于将经所述信号检波放大单元检波和放大处理后的弱电信号中的电压电信号和电流电信号相乘，以预定的时间间隔进行分隔处理，形成对应的频率信号；在本发明的一个例子中，所述分割乘法处理单元可以采用分割乘法器，在本发明中，分割乘法器的原理为待测电压和电流信号经互感器转换成交流电压信号相乘后，然后以一定的时间间隔δt进行分割，δt很小以至于在此期间输入电压可以看作是直流，乘法器就在这所分割的每一t中作一次相乘得出运算结果，根据功率表达式p(t)＝u(t)i(t),将u(t)和i(t)输入到乘法器中相乘，得到一个与功率p成正比的模拟电压e0，再将此电压经v
‑
f转换器变为频率，由频率计在δt内计数n，由于δt很小，可以看做是一瞬间，因此，乘法器输出的结果就是瞬间乘积的平均值，实现电压和电流的乘法运算，弱点信号进行放大后输出瞬时功率p(t)经低通滤波器将功率电压值转化成与信号脉冲成正比的频率信号；
60.ad转换器103，用于将所述分割乘法处理单元所获得的数据进行ad转换，形成对应的数字信号。
61.具体地，在一个例子中，所述核心处理模块12进一步包括：
62.故障类型识别单元120，用于对来自数据采集模块的数字信号进行故障类型识别，所述故障类型包括：短路故障、接地故障以及断路故障；
63.在具体的例子中，故障类型识别单元采用过流速断法判别短路故障，可以通过判断线上电流是否大于整定值来判断系统是否发生短路故障，当发生短路故障时，线上的电流大于整定值；采用全电流法判别接地故障；采用全电流测量法测量有压无流来判断线路是否发生断线故障，当线路发生断线故障时，故障点前线路表现为电压值基本维持正常，几乎没有电流输出；而故障点后线路电压电流都没有输出，通过故障点前后的区别即可判断断线故障是否发生，当故障发生时，数据采集模块把故障信息以gprs无线传输方式发送到核心处理模块；
64.故障位置识别单元121，用于采用可实现故障区段快速定位改进的矩阵算法，对故障信息编排矩阵进行逻辑运算，识别出具体的故障位置。
65.具体地，在一个例子中，核心处理模块中的故障位置识别单元121可以采用可实现故障区段快速定位改进的矩阵算法，根据从数据采集模块单元获得的数据模拟生成配电网模型，在配电网模型中设定节点，按照设定顺序为节点编号，并以节点为限制界限，对配电网模型线路进行区段划分，定义配电网模型线路模型为：qk＝{i,ii,iii
…
n
…
}，获取配电线路故障时的每个节点故障电流，并生成配电网故障信息矩阵g，获取配电网线路模型qk，其中，qk＝{i,ii,iii
…
n
…
}，获取配电网网络描述矩阵方阵d，获取配电网故障信息矩阵g，计算配电网各区段故障过流度mk，mk是配电网所划分的第k个区段qk的故障过流度，获取计算出的各区段故障过流度mk，查找到故障过流度mk＝1的配电网区段qk，定位配电网区段qk为故障区段，得出故障区段，从而实现故障区段的准确定位。
66.具体地，所述无线通信模块13将故障类型及故障位置短信通知给预设定的相关工作人员并在监控主站界面上显示，所述监控主站与专家抢修管理系统相通信，由监控中心
的系统软件按照标准抢修流程引导抢修人员实现故障的快速抢修，从而实现故障后的快速抢修和供电恢复。
67.具体地，所述电源模块14采用交流转换单元结合蓄电池的供电方式，其中，交流转换单元接收外部的交流电经整流滤波后变成直流电压，再经稳压模块转换成稳定的 24v电压；当线路正常时，所述电源模块一方面经变换器给各模块供电，一方面给蓄电池充电；当线路失电时，则由蓄电池经变换器给终端供电。
68.具体地，所述与核心处理模块12进行通信的数据终端机15，其用于接收来自监控模块的电网状态信息以及核心处理模块获得的初步分析结果，并根据所述初步分析结果生成控制指令，并经所述无线通信模块发送出去。
69.如图4所示，示出了作为本发明的另一方面，示出了本发明提供的一种用于电网快速抢修的数据采集及定位监控方法的一个实施例的主流程示意图。在本实施例中，所述用于电网快速抢修的数据采集及定位监控方法，其采用前述图1至图3描述的系统实现，所述方法包括如下的步骤：
70.步骤s10，所述数据采集模块对电力线上的电力数据进行采集，并转换成数字电力信号；其中，所述电力数据包括电流数据与电压数据；具体地，数据采集模块通过电力线上的数据通过电压互感器电流互感器将电力线上的电压参量、电流参量转化为弱电信号；然后弱电信号经过精密检波和时分割乘法器的处理，用于将处理后的数据送往高精度ad转换器转化为数字信号量；并通过有线或无线的方式把这些数据传送给核心处理模块；
71.步骤s11，所述监控模块通过传感器设备对电力线进行监控，以得到监控数据；
72.步骤s12，所述核心处理模块接收来自所述数据采集模块的数字电力信号，进行故障分析，获得对应的故障类型以及故障区域信息；以及对监控模块获得的监控数据进行初步分析，获得初步分析结果；具体地，采用过流速断法判别短路故障，采用全电流法判别接地故障，当故障发生时，核心处理模块接收来自数据采集模块的故障信息，然后采用可实现故障区段快速定位改进的矩阵算法，对故障信息编排矩阵进行逻辑运算，得出故障区段，从而实现故障区段的准确定位；
73.步骤s13，所述无线通信模块将来自所述核心处理模块的故障类型以及故障区域信息，以及将来自监控模块的监控数据或/及初步分析结果发送给对应的接收对象，发送给对应的接收对象，以提醒相应人员进行故障快修安排处理。
74.更具体地，所述步骤s10进一步包括：
75.通过电压互感器电流互感器获得电力线上的电压参量、电流参量所对应的弱电信号；
76.通过精密检波器，对所述弱电信号进行检波和放大处理；
77.将经所述信号检波放大单元检波和放大处理后的弱电信号中的电压电信号和电流电信号相乘，以预定的时间间隔进行分隔处理，形成对应的频率信号；
78.将所述分割乘法处理单元所获得的数据进行ad转换，形成对应的数字信号。
79.更具体地，所述步骤s12进一步包括：
80.对来自数据采集模块的数字信号进行故障类型识别，所述故障类型包括：短路故障、接地故障以及断路故障；
81.采用可实现故障区段快速定位改进的矩阵算法，对故障信息编排矩阵进行逻辑运
算，识别出具体的故障位置。
82.更具体地，所述步骤s13具体包括：
83.所述无线通信模块将故障类型及故障位置短信通知给预设定的相关工作人员并在监控主站界面上显示，所述监控主站与专家抢修管理系统相通信，由监控中心的系统软件按照标准抢修流程引导抢修人员实现故障的快速抢修，从而实现故障后的快速抢修和供电恢复。
84.更多的细节，可以参考前述对图1至图3的描述，在此不进行赘述。
85.实施本发明，具有如下的有益效果：
86.本发明提供一种用于电网快速抢修的数据采集及定位监控系统及方法；通过设置数据采集模块对电网的信息进行采集，通过设置无线通信模块对数据采集模块采集的信息进行稳定输送，通过监控模块对电网的实时信息进行监控，可以更好的对电网进行维护，通过设置电源模块对各模块供电，通过设置核心处理模块对采集信息进行分析处理，科学地确定电力线路上发生故障类型以及故障区域，可以通知相关人员更好地对电网进行维护检修，从而提升配电网维护工作的效率。
87.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。