一种10KV及以下配电网线损实时在线监测与异常定位系统的制作方法

一种10kv及以下配电网线损实时在线监测与异常定位系统
技术领域
1.本实用新型涉及10kv及以下配电网线损，特别是对10kv及以下配电网线损实时在线监测异常定位系统。


背景技术：

2.目前，我国各省（市、区）的农村电网供电结构一般是以县为主要单位，并形成了以110kv为主的县电网辐射网络，110kv电压等级大多由 110/35/10/0.4kv组合而成。其中，10kv配网作为较低等级的中压配网，支路复杂，设备参数类型多，依据相关统计资料显示，其线损电量约占总损失电量的 60%—65%，因此10kv电压等级电网的降损工作是县级供电单位线损管理的重点。
3.10kv统计线路损耗率是通过电力供应量和高低压用户的用电量计算，供电统计时间间隔为一个月，用电量与供电量间的统计时间间隔不一致。供电公司不能同时完成所有用户的抄表工作，并且高低压用户月用电量统计时间周期与供电量统计时间周期不一致。这导致供电和及出售的电力不一致。这种情况影响统计线路损耗率的准确性，这样统计线路损耗率就不能满足管理要求，有必要实现10k v 配电网实时线路损耗统计分析方法。
4.供电台区线损异常管控工作不能达到监控实时化、诊断快速化、分析准确化、治理定位化、防控超前化。供电台区线损异常亟待需要开发一个实时、智能、可靠、快捷、功能实用和操作简单的监控和诊断平台，提升线损异常智能化、精细化管控能力。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本实用新型将提出一种10kv及以下配电网线损实时在线监测与异常定位系统，具体技术方案如下：
6.一种10kv及以下配电网线损实时在线监测与异常定位系统，它的组成包括：低压单相负荷在线监测装置1，低压三相负荷在线监测装置2，10千伏线路电流在线监测装置3，4g通信网络4，北斗卫星导航系统5和监测终端6。低压单相负荷在线监测装置1，低压三相负荷在线监测装置2和10千伏线路电流在线监测装置3，将实时在线监测的数据通过4g通信网络4传输至监测终端6，经监测终端6判断如果实时在线监测的数据异常，监测终端6将此信息发送至北斗卫星导航系统5，北斗卫星导航系统5将数据异常发生地的经纬度和时间发回监测终端6。
7.所述低压单相负荷在线监测装置1采用dczl14-xl02型采集器并加装4g通信模块。
8.所述低压三相负荷在线监测装置2采用lmu-1c1w智能低压监测装置并加装小电量台区治理模块，还加装4g通信模块。
9.所述小电量台区治理模块，包括主开关和子开关两部分，主开关实现定时开端、远程手动开断、与子开关通信、与子开关联动开断功能；子开关具备与主开关通信、自带可充电锂电池、不使用电时超过10分钟自动断开。
10.所述10千伏线路电流在线监测装置3采用zkd33三相变压器负荷监测仪并加装4g
通信模块。
11.所述监测终端6组成：监测数据采集，北斗定位模块，lcd显示屏，4g通信模块。
12.所述4g通信模块使用映翰通公司的ir9i5l模块。
13.所述北斗定位模块使用和芯星通公司的um220-iii模块。
14.本实用新型的技术效果：
15.本实用新型加强了对用电参数的数据分析功能、提高了电表运行参数质量，进一步加强了自动监测系统的可靠性，为电力系统的安全稳定运行提供更大的保障；使用小电量台区治理模块，针对季节性、时段性较高的农业台区采用间歇式供电的运行模式，这种运行模式在满足负荷正常用电的基础上可以有效降低配电线路空载损耗；北斗定位和4g通信的10kv及以下配电网线损实时在线监测，解决了设备较大、维护成本高、监测点分散的问题，同时又通过加入定位模块，能够迅速定位线损异常位置，便于分析线损的主要原因。
附图说明
16.图1是一种10kv及以下配电网线损实时在线监测与异常定位系统组成图。
17.图2是小电量台区治理模块拓扑结构图。
18.图3是监测终端硬件结构图。
19.图4是um220-iii模块结构框图。
20.图中：1为低压单相负荷在线监测装置，2为低压三相负荷在线监测装置，3为10千伏线路电流在线监测装置，4为4g通信网络，5为北斗卫星导航系统，6为监测终端。
具体实施方式
21.下面结合附图，对本实用新型具体实施方式做进一步的说明。
22.1.总体方案
23.一种10kv及以下配电网线损实时在线监测与异常定位系统，它的组成包括：低压单相负荷在线监测装置1，低压三相负荷在线监测装置2，10千伏线路电流在线监测装置3，4g通信网络4，北斗卫星导航系统5和监测终端6。低压单相负荷在线监测装置1，低压三相负荷在线监测装置2和10千伏线路电流在线监测装置3，将实时在线监测的数据通过4g通信网络4传输至监测终端6，经监测终端6判断如果实时在线监测的数据异常，监测终端6将此信息发送至北斗卫星导航系统5，北斗卫星导航系统5将数据异常发生地的的经纬度和时间发回监测终端6。如图1所示。
24.低压单相负荷在线监测装置1采用dczl14-xl02型采集器并加装4g通信模块。
25.低压三相负荷在线监测装置2采用lmu-1c1w智能低压监测装置并加装小电量台区治理模块，还加装4g通信模块。
26.小电量台区治理模块，包括主开关和子开关两部分，主开关实现定时开端、远程手动开断、与子开关通信、与子开关联动开断功能；子开关具备与主开关通信、自带可充电锂电池、不用电时超过10分钟自动断开。如图2所示。
27.10千伏线路电流在线监测装置3采用zkd33三相变压器负荷监测仪并加装4g通信模块。
28.监测终端6组成：监测数据采集，北斗定位模块，lcd显示屏，4g通信模块。如图3所
示。
29.4g通信模块使用映翰通公司的ir9i5l模块。
30.北斗定位模块使用和芯星通公司的um220-iii模块。如图4所示。
31.2.低压单相负荷在线监测装置
32.220伏单相在线监测装置，采用国网的dczl14-xl02型采集器，超级电容掉电可维持信息上传3分钟、零火线电流电压监测，实时分布式计算供电回路的有功、无功进行采集和上传。项目装置接线设计简洁，操作简单，确保了在各种复杂工况下的稳定使用。并加装4g通信模块，收发采集的数据。
33.3.低压三相负荷在线监测装置
34.低压三相负荷监测仪采用lmu-1c1w智能低压监测装置，可以实现三相四线制电压（4个）、电流（4个）、有功、无功进行采集和上传。通过对台区低压侧三相负荷平衡的自动调整和低压侧线路末端电压的监测及改善，对降低线损、提高电压质量起到关键作用。
35.低压三相负荷监测仪能够极大的提高台区自动化水平，工作人员能够对台区运行状态进行详细的查看和分析，不仅保障了人员的人身安全，还节约了大量的人财物等直接经济成本。同时，异常点的及时发现能够使得管理人员及时处理，保障台区线路的正常运行，不因线路末端电压低、负荷不平衡等因素而造成的重大经济损失。安全高效的保障供电，也为企业生产、人民生活带来了极大的经济效益，具有很大的经济效益与重大的社会效益。
36.小电量台区治理模块，主要包括主开关和子开关两部分，主开关可以实现定时开端、远程手动开断、与子开关通信、与子开关联动开断功能；子开关具备与主开关通信、自带可充电锂电池、不用电超过10分钟自动断开。
37.针对季节性、时段性较高的农业台区采用间歇式供电的运行模式，即在空载情况下台区变压器低压出线开关自动分闸切断供电，在用户需要工作时变压器出线开关能自动合闸，这种运行模式（详见图2所示）在满足负荷正常用电的基础上可以有效降低配电线路空载损耗。
38.加装4g通信模块，收发采集的数据。
39.4.10千伏线路电流在线监测装置
40.10千伏线路电流在线监测装置采用zkd33三相变压器负荷监测仪，10千伏线路分支电流在线监测可以实现带电安装退运；实现对监测点电流进行采集和上传；系统适用于线损计算、防窃电领域，可做到对分支线路用电情况实时、准确、直观和全面的监测。通过安装在10千伏线路高压侧的负荷监测仪采集高压侧三相电流数据,并将数据发送到二次侧的数据接收器，通过接收到的高压侧电流数据和默认的电压数据计算分支线路的视在功率。
41.加装4g通信模块，收发采集的数据。
42.5.北斗卫星导航系统
43.中国北斗卫星导航系统（英文名称：beidou navigation satellite system，简称bds）是中国自行研制的全球卫星导航系统。
44.北斗卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并且具备短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力，定位精度为分米、厘米级别，测速精度0.2米/
秒，授时精度10纳秒。
45.北斗系统创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。
46.服务中国及周边地区用户，具备动态分米级、静态厘米级的精密定位服务能力。
47.6. 监测终端
48.监测终端的硬件设计工作主要是基于stm32f103vet6芯片的核心控制板的制作，包括：电路原理图的设计，pcb制板，电路板的焊接及相关功能的测试等。其硬件结构图如图3所示设计包括stm32f103vet6最小系统以及外围功能扩展电路的核心控制器电路板，传感器模块通过i/o口和uart串口与控制器连接，北斗模块和4g模块通过uart串口与控制器连接。
49.stm32f103vet6是基于arm cortex-m3处理器内核的32位闪存微控制器，cpu最高速度达72mhz，具有高性能、低功耗、高集成度和开发简易等特点。芯片集成定时器、adc、spi、i
2 c、usb、usart等多种外设功能，具有512k字节容量的闪存程序存储器；2个12位模数转换器，多达16个输入通道，转换范围0-3.3v；2个dma控制器，共12个dma通道，支持的外设包括adc、spi、usb、usart等。此外还包含串行单线调试和jtag接口；2个i
2 c接口，2个spi接口，5个usart接口。采用基于固件库的开发方式，大大降低了学习的门槛和开发周期。
50.对监测点的定位选用和芯星通公司的um220-iiiｎ北斗/gps双模定位模块，具有多频率高性能的特点，能够同时支持bd2b1、gpsl1两个频点。模块3.3v供电，含有2个uart接口，波特率为4800-115200bps，lvttl电平输出。其中串口1为主串口，支持数据传输、固件升级功能，串口2仅支持数据传输，不支持固件升级，留作备用。模块的定位精度为2.5米。其结构框图如图4所示。
51.配电网技术线损异常判断框架，主要包括三个阶段：拓扑匹配、参数估计以及支路老化评估。针对配电网线损异常类型为技术线损异常的馈线，在拓扑匹配阶段，首先考虑所有开关（联络开关和分段开关）的全部开闭状态生成备选拓扑结构集，然后基于各开关支路上的电压幅值曲线的计算值与实际值之间的偏差大小，在备选拓扑结构集中选出最佳匹配拓扑结构。其次，在参数估计阶段，通过特殊牛顿迭代算法，结合基于老化特性的固定步长（fixed step aging parameter，fsap）迭代算法，估计最佳匹配拓扑结构的支路参数实际值（电导和电纳）。最后，在支路老化评估阶段，通过比较支路参数的估计值与理论铭牌值之间的偏差，评估配电网各支路的老化程度，识别电力设备老化引起的技术线损异常点。
52.7.4g通信
53.4g通信技术是第四代的移动信息系统，是在3g技术上的一次更好的改良，其相较于3g通信技术来说一个更大的优势，是将wlan技术和3g通信技术进行了很好的结合，使图像的传输速度更快，让传输图像的质量和图像看起来更加清晰。在智能通信设备中应用4g通信技术让用户的上网速度更加迅速，速度可以高达100mbps。
54.td-lte主要是从三个层面对网络信息进行布点规划，其中核心层是为了提高传输数据的速度，减少用户端到基站的传输时间；业务层是为了完成数据的处理和交换，在4g通信业务中，需要传输的数据信息非常多，业务层可以有效提升原来的传输速率，缓解接受数据的延时性；传输层主要是用来引用无源光网络，在olt和nou之间实现分光。其中onu在上行端口应采用双pon传输模式，在局端设备附近形成一个保护网，避免数据流失。
55.软硬件之间的相互配合的程度便是平时我们所说的兼容性，如果软硬件之间的冲突减少便会表现成兼容性的提高，如果冲突多那么兼容性就会降低。4g通信技术的出现便很好的提高了兼容性这一性能，减少了软硬件在工作过程中的冲突，让软硬件之间的配合更加默契，这同时也很大程度上避免了故障的发生。4g通信技术很大程度上提高了兼容性的一个表现就是我们很少再会遇见之前经常出现的卡顿和闪退等多种故障，让人们使用通信设备的过程中更加顺畅和流利。