箱式变电站载流故障预测系统及其应用技术方案

本发明专利技术公开的箱式变电站载流故障预测系统，包括有过程层、间隔层及站控层；过程层内设有箱式变电站在线监测终端，箱式变电站在线监测终端与有线测温模块测温点连接，箱式变电站在线监测终端还无线个域网与无线测温模块测温点连接；间隔层内设置有箱式变电站在线监测IED，箱式变电站在线监测IED与箱式变电站在线监测终端连接；站控层内设置有站端监测单元，站端监测单元与箱式变电站在线监测IED连接；本发明专利技术还公开了箱式变电站载流故障预测系统的应用方法。本发明专利技术箱式变电站载流故障预测系统及其应用，不仅能在线监测触点温度的变化，还能精确定位出现故障或存在隐患的触点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统安全监测装置及方法
，具体涉及一种箱式变电站载流故障预测系统，本专利技术还涉及利用上述箱式变电站载流故障预测系统对箱式变电站载流故障进行预测的方法。
技术介绍
箱式变电站是一种集高压开关设备、配电变压器和低压配电装置于一体，按照一定的接线方案连接而成，应用于配电网的配电设备。基于其占地面积小、移动方便及建设周期短的优点，自问世以来就在配电网中得到迅速应用，一般适用于住宅小区、城市公用场所、繁华闹市及施工电源等。随着国家智能电网建设规划的实施，箱式变电站故障监测显得尤为重要，对电力系统安全运行具有重要意义。载流故障是电力设备故障中比较常见的一种热故障，究其原因主要是因为电力设备连接件、接头或触头连接不良或氧化使接触电阻增大，继而引起触点过热、烧融甚至短路，从而成为电力设备的主要故障之一。很多场合无法或不便获得相关触点的负载电流，而温度采样值成为电力设备故障预警的有效依据。因此，通过监测触点的温度变化来对载流故障进行预警，对于防止事故扩大、保障电网的安全运行具有重要意义。近年来，关于载流故障的研究已有许多，但是现有的载流故障预测主要存在以下缺点：(1)载流故障分为长期故障与即时故障，但现有的载流故障预测方案都仅仅对其中一种故障进行预测，没有做到全面预测；(2)与监控后台之间的通信采用私有协议或者非通用协议，导致设备之间的互操作不强；(3)以往监测方法往往根据固定阈值确定出故障点，但电力设备采集信号在传送过程中易受到干扰，产生奇异点，从而导致故障点确定不准确。针对现有载流故障存在的问题，在过程层原有一次设备的基础上加入了相应的智能监控装置，以实时监测箱式变电站的运行情况；在数据处理方面，可借助组合权重相似日法以及温升模型完成载流故障预测，并基于概率密度估计的方法以及空间相关性分析法完成故障点的确定；与间隔层之间的通信也变成更为可靠且高速的光纤以太网，并扩展了WiFi无线通信方式，同时整个变电站相关协议也采用更为完善、更为标准的国际变电站标准协议IEC61850。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种箱式变电站载流故障预测系统，将智能电网技术及物联网技术运用于载流故障预测，通过引进相应的智能监控、可靠的通信方式、完善的通信协议及高速的数据处理方法，使该预测系统不仅能在线监测触点温度的变化，还能精确定位出现故障或存在隐患的触点。本专利技术的另一目的在于提供利用上述箱式变电站载流故障预测系统对箱式变电站载流故障进行预测的方法。本专利技术所采用的第一种技术方案是，箱式变电站载流故障预测系统，包括有过程层、间隔层及站控层；过程层内设置有箱式变电站在线监测终端，箱式变电站在线监测终端通过RS485总线与有线测温模块测温点连接，箱式变电站在线监测终端还通过Zigbee无线个域网与无线测温模块测温点连接；间隔层内设置有箱式变电站在线监测IED，箱式变电站在线监测IED通过RS485总线与箱式变电站在线监测终端连接；站控层内设置有站端监测单元，站端监测单元通过光纤以太网与箱式变电站在线监测IED连接。本专利技术第一种技术方案的特点还在于：箱式变电站在线监测终端，包括有微处理器，微处理器分别通过导线与供电模块、温度传感器连接，温度传感器位于有线测温模块测温点处，温度传感器用于测量有线测温模块测温点处高压室、低压室及变压室的温度；微处理器通过SPI与无线射频芯片连接，无线射频芯片通过Zigbee无线个域网与无线测温系统连接，无线测温系统位于无线测温模块测温点处，无线测温系统测量无线测温模块测温点处高压开关柜、刀闸、电力电缆及母线的温度；微处理器还通过RS485总线与间隔层内的箱式变电站在线监测IED连接；箱式变电站在线监测IED，包括有通过SPI连接在一起的主CPU和从CPU；主CPU分别连接人机交互模块、指示灯、按键、通信模块及服务器；从CPU通过RS485总线与温度传感器连接，从CPU还通过Zigbee无线个域网与无线测温系统连接。供电模块采用电池与互感取电联合式供电单元，其结构为：包括有与微处理器内电源连接的DC/DC转换器，DC/DC转换器分别连接电池充放电模块、降压模块；降压模块分别与过压过流监测模块、整流滤波模块连接；整流滤波模块依次连接前端冲击保护模块、电流互感器；微处理器内采用STM32F030芯片；无线射频芯片采用NRF24L01无线射频芯片。主CPU内采用S3C2440A芯片；从CPU内采用STM32F407ZGT6芯片。通信模块内设置有3G通信模块、以太网通信模块及RS485/RS232通信模块；以太网通信模块在基于TCP/IP参考模型的基础上嵌入了IEC61850协议。无线测温系统由多个无线测温模块组构成；每个无线测温模块组由六个无线测温模块构成；每个无线测温模块内设置有STM32F030芯片和NRF24L01无线射频芯片。本专利技术所采用的第二种技术方案是，利用箱式变电站载流故障预测系统对箱式变电站载流故障进行预测的方法，该方法基于箱式变电站载流故障预测系统，具体按照以下步骤实施：步骤1、由设置于远程监控中心内设置的服务器在IEC61850协议下读取ICD配置文件；待读取完成之后，由箱式变电站在线监测IED内的主CPU将数据采集命令送到从CPU，然后主CPU等待SPI接收中断到来；步骤2、待步骤1完成后，箱式变电站在线监测IED内的从CPU接收到主CPU发送的数据采集命令，由从CPU对接收到的数据采集命令进行解析；步骤3、待步骤2完成后，由从CPU完成温度信号数据预处理及温度模型的建立，并通过SPI方式将信息长传至主CPU；步骤4、待步骤3完成后，按照变电站国际统一标准协议IEC61850对主CPU中的数据进行数据建模，并借助光纤以太网将主CPU内封装好的数据发送给站端监测单元，完成对箱式变电站载流故障的预测。本专利技术第二种技术方案的特点还在于：步骤2中CPU对接收到的数据采集命令进行解析的方法具体如下：若是开出量控制，为了保证开出量能正确输出，要再次判断开入量；若最终判断开出量没有正确输出，则启动重合闸或者直接发出报警信号，反之等待下一次命令的到来：若是采集命令，待数据采集命令解析正确后，向箱式变电站在线监测终端发送数据采集命令，并通过RS485方式接收箱式变电站在线监测终端的温度数据。由从CPU完成温度信号数据预处理及温度模型的建立，具体方法如下：步骤a、采用以贝塔分布为核心的概率密度估计算法消除采集测量、传输、转换各个环节的奇异点数据；步骤b、经步骤a后，采用横向对比与纵向对比分析相结合的空间相关性分析法确定出故障点；步骤c、经步骤b后，采用组合权重相似日法完成温度快速上升的长期故障预测，触点热传学温升模型与一阶热路模型相结合的方法完成温度缓慢波动的即时故障预测。步骤c具体按照以下方法实施：长期故障与即时故障通过Δ区分，Δ值取决于设备类型和负载特点，由实验方法取得；对于长期故障，将电力负荷分为基本负荷预测部分和随机因素预测两部分；对于基本负荷部分：首先，求出待预测日的相似日，通过某种函数证明与预测日最有可能相关的若干日，在相似日的选择因素中主要考虑了日类型、气象和日期差三个因素；接着，根据熵权法将相似日赋予不同权重；最后，代入权重为常量、各整点时刻温度为自变量的式子中，求出本文档来自技高网...

【技术保护点】
箱式变电站载流故障预测系统，其特征在于，包括有过程层、间隔层及站控层；所述过程层内设置有箱式变电站在线监测终端(1)，所述箱式变电站在线监测终端(1)通过RS485总线与有线测温模块测温点(7)连接，所述箱式变电站在线监测终端(1)还通过ZigBee无线个域网与无线测温模块测温点(8)连接；所述间隔层内设置有箱式变电站在线监测IED(2)，所述箱式变电站在线监测IED(2)通过RS485总线与箱式变电站在线监测终端(1)连接；所述站控层内设置有站端监测单元(3)，所述站端监测单元(3)通过光纤以太网与箱式变电站在线监测IED(2)连接。

【技术特征摘要】
1.箱式变电站载流故障预测系统，其特征在于，包括有过程层、间隔层及站控层；所述过程层内设置有箱式变电站在线监测终端(1)，所述箱式变电站在线监测终端(1)通过RS485总线与有线测温模块测温点(7)连接，所述箱式变电站在线监测终端(1)还通过ZigBee无线个域网与无线测温模块测温点(8)连接；所述间隔层内设置有箱式变电站在线监测IED(2)，所述箱式变电站在线监测IED(2)通过RS485总线与箱式变电站在线监测终端(1)连接；所述站控层内设置有站端监测单元(3)，所述站端监测单元(3)通过光纤以太网与箱式变电站在线监测IED(2)连接。2.根据权利要求1所述的箱式变电站载流故障预测系统，其特征在于，所述箱式变电站在线监测终端(1)，包括有微处理器(4)，所述微处理器(4)分别通过导线与供电模块(6)、温度传感器(9)连接，所述温度传感器(9)位于有线测温模块测温点(7)处，所述温度传感器(9)用于测量有线测温模块测温点(7)处高压室、低压室及变压室的温度；所述微处理器(4)通过SPI与无线射频芯片(5)连接，所述无线射频芯片(5)通过Zigbee无线个域网与无线测温系统(10)连接，所述无线测温系统(10)位于无线测温模块测温点(8)处，所述无线测温系统(10)测量无线测温模块测温点(8)处高压开关柜、刀闸、电力电缆及母线的温度；所述微处理器(4)还通过RS485总线与间隔层内的箱式变电站在线监测IED(2)连接；所述箱式变电站在线监测IED(2)，包括有通过SPI连接在一起的主CPU(11)和从CPU(12)；所述主CPU(11)分别连接人机交互模块(13)、指示灯(14)、按键(15)、通信模块(16)及服务器(17)；所述从CPU(12)通过RS485总线与温度传感器(9)连接，所述从CPU(12)还通过Zigbee无线个域网与无线测温系统(10)连接。3.根据权利要求2所述的箱式变电站载流故障预测系统，其特征在于，所述供电模块(6)采用电池与互感取电联合式供电单元，其结构为：包括有与微处理器(4)内电源连接的DC/DC转换器(18)，所述DC/DC转换器(18)分别连接电池充放电模块(19)、降压模块(20)；所述降压模块(20)分别与过压过流监测模块(21)、整流滤波模块(22)连接；所述整流滤波模块(22)依次连接前端冲击保护模块(23)、电流互感器(24)；所述微处理器(4)内采用STM32F030芯片；所述无线射频芯片(5)采用NRF24L01无线射频芯片。4.根据权利要求2所述的箱式变电站载流故障预测系统，其特征在于，所述主CPU(11)内采用S3C2440A芯片；所述从CPU(12)内采用STM32F407ZGT6芯片。5.根据权利要求2所述的箱式变电站载流故障预测系统，其特征在于，所述通信模块(16)内设置有3G通信模块、以太网通信模块及RS485/RS232通信模块；所述以太网通信模块在基于TCP/IP参考模型的基础上嵌入了IEC61850协议。6.根据权利要求2所述的一种箱式变电站载流故障预测系统，其特征在于，所述无线测温系统(10)由多个无线测温模块组构成；每个所述无线测温模块组由六个无线测温模块构成；每个所述无线测温模块内设置有STM32F030芯片和NRF24L01无线射频芯片。7.利用箱式变电站载流故障预测系统对箱式变电站载流故障进行预测的方法，其特征在于，该方法基于权利要求1中的箱式变电站载流故障预测系统，具体按照以下步骤实施：步骤1、由设置于远程监控中心内设置的服务器(17)在IEC61850协议下读取ICD配置文件；待读取完成之后，由箱式变电站在线监测IED(2)内的主CPU(11)将数据采集命令送到从CPU(12)，然后主CPU(11)等待SPI接收中断到来；步骤2、待步骤1完成后，箱式变电站在线监测IED(2)内的从CPU(12)接收到主CPU(11)发送的数据采集命令，由从CPU(12)对接收到的数据采集命令进行解析；步骤3、待步骤2完成后，由从CPU(12)完成温度信号数据预处理及温度模型的建立，并通过SPI方式将信息长传至主CPU(11)；步骤4、待步骤3完成后，按照变电站国际统一标准协议IEC61850对主CPU(11)中的数据进行数据建模，并借助光纤以太网将主CPU(11)内封装好的数据发送给站端监测单元(3)，完成对箱式变电站载流...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新波，陈丽，王海东，朱永灿，吴孟魁，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61