基于无线传感器网络的架空电缆短路接地故障检测系统技术方案

基于无线传感器网络的架空电缆短路接地故障检测系统，该检测系统由电力系统控制中心、通信链路、无线电流传感器三部分组成；所述电力系统控制中心负责对无线传感器网络上的所有无线电流传感器的数据信息进行采集、配置、管理；所述通信链路是电力系统控制中心和无线电流传感器进行无线数据传输的桥梁；无线电流传感器安装在架空电缆上，对架空线路的电流进行测量，并将测量电流的时间及电流的大小通过4G/GPRS发送到电力系统控制中心。本发明专利技术能远程测量输电线路电流信息，当架空线路发生三相短路、两相短路、单相接地短路等故障时能及时报警，并能迅速定位故障点。

【技术实现步骤摘要】
基于无线传感器网络的架空电缆短路接地故障检测系统
本专利技术属电力自动化及智能电网领域，具体指一种基于无线传感器网络的架空电缆短路接地故障检测系统。
技术介绍
传统的电力故障监测方式是采用故障指示器进行电力线路的故障指示。独立式的指示器挂接在各杆塔的A、B、C三相线路上，当线路发生单相接地或短路故障时，指示器采用翻牌或发光的形式对故障线路加以指示，工作人员必须到现场逐个对指示器进行观察才能确定故障地点和故障相位,劳动强度较大，不仅延误故障的处理时机，同时也增加了运行人员的工作量。随着5G、物联网技术的快速发展，对如何提高电网的可靠性、自动化、信息化、智能化提出了更高的要求。目前国内主要的生产厂家、研究机构主要针对变电所、供电站的自动化、智能化研究较多，对室外架空电缆的监控、检测技术研究相对较少。用运物联网技术、故障检测技术，计算机技术监控架空线路的短路故障、接地故障、过流、断线情况，将极大的提高供电可靠性，提高作业自动化、信息化水平、为电力线路的安全、经济运行保驾护航。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于无线传感器网络的架空电缆短路接地故障检测系统，能远程测量输电线路电流信息，当架空线路发生三相短路、两相短路、单相接地短路等故障时能及时报警，并能迅速定位故障点。本专利技术所采用的技术方案是：基于无线传感器网络的架空电缆短路接地故障检测系统，该检测系统由电力系统控制中心、通信链路、无线电流传感器三部分组成；所述电力系统控制中心负责对无线传感器网络上的所有无线电流传感器的数据信息进行采集、配置、管理；所述通信链路是电力系统控制中心和无线电流传感器进行无线数据传输的桥梁；无线电流传感器安装在架空电缆上，对架空线路的电流进行测量，并将测量电流的时间及电流的大小通过4G/GPRS发送到电力系统控制中心。所述无线电流传感器具有4-20mA输出电流传感器、单通道4G/GPS数据卡和天线。所述电力系统控制中心主要由数据服务器、管理计算机、工程师计算机、用户操作计算机、远程接收机、交换机、巡线员手机组成；所述远程接收机通过通信链路接收无线电流传感器发送的数据信息并将接收到的信息通过以太网传输到数据服务器，数据服务器对接收到的无线电流传感器数据信息、线路基础信息、无线电流传感器的网络拓扑信息运用数据服务器进行推理、决策，输出线路运行状态的结果；管理计算机、工程师计算机、用户操作计算机与数据服务器之间通过交换机连接，用以太网通信，采用服务器/浏览器架构，巡线员手机通过4G/GPRS通信链路和数据服务器通信。所述数据服务器主要由线路基础信息管理模块、电流数据管理模块、无线电流传感器管理配置模块、分析参数配置模块、故障快速定位模块、故障结果输出模块、网络服务接口、数据库、GUI组成；所述线路基础信息管理模块负责架空电缆的地理信息位置、架空电缆的走向及线路编号管理、架空电缆电杆或塔编号管理、架空电缆上安装的无线电流传感器的编号及分组管理、架空电缆各个维护区间责任单位和人员信息管理；所述电流数据管理模块负责将实时接收到的无线电流传感器测量的电流数据，按时间顺序更新并存储到对应电缆线路的对应节点的单元内，作为进行单相接地短路、两相短路、三相短路故障判断的数值基础；所述无线电流传感器管理配置模块通过对无线电流传感器的相邻传感器进行配对确定无线电流传感器的虚拟顺序关系，通过对相应编号无线电流传感器的三相短路电流值、两相短路电流值、单相接地短路偏差值进行设置，作为进行单相接地短路、两相短路、三相短路故障判断的虚拟基准值，通过对无线电流传感器的测量值进行误差补偿提高测量精度；所述分析参数配置模块负责对无线传感器的架空电缆短路接地故障检测系统专家分析判断决策过程中用的一些参数值进行设置，建立约束条件、推理规则、知识库；所述故障快速定位模块主要负责依据电缆线路编号和无线电流传感器编号建立树形结构的网络拓扑，根据架空电缆上各个传感器节点处的电流值大小，快速搜索到发生单相接地短路、两相短路、三相短路故障的末端无线电流传感器ID的位置信息，从而精确定位单相接地短路、两相短路、三相短路故障点。所述网络服务接口主要负责与远程接收机、交换机外设通过以太网进行数据交换。所述数据服务器包括历史故障统计分析模块，其负责对架空线路发生单相接地短路、两相短路、三相短路的时间、故障区间、维护单位、次数、故障时间信息进行记录统计，方便用户查询历史数据。所述通信链路分为区间纵向通信链路和区间纵横混合通信链路两种形式；区间纵向通信链路是相邻无线电流传感器之间的数据信息传输，即同一根架空导线，沿架空线路电流传输方向，按先后次序的纵向信息传输，构成纵联差动保护，用于精确定位故障点；区间纵横混合通信链路是同一线路的A、B、C三相间无线电流传感器与电力系统控制中心的远程接收机之间的数据信息传输，构成纵横联混合差动保护，判断故障类型；区间纵向通信链路、区间纵横混合通信链路均采用GPRS/4G的传输方式。所述无线电流传感器在架空电缆上的编号方法：由架空电缆回路编号-相位编号即A、B、C相-无线电流传感器自身编号三部分组成；对无线电流传感器按架空电缆回路编号进行部署，对同一组A、B、C三相架空电缆上的无线电流传感器依据它们到电源侧的距离及纵向，为同一相，和横向，为A、B、C不同相，之间相邻关系进行编号；将这种先后次序的树形关系，以图形界面的形式显示在数据服务器、管理计算机、工程师计算机、用户操作计算机上；根据无线电流传感器所处的架空电缆实际位置，对该无线电流传感器在数据服务器中设置三相短路电流、两相短路电流、单相接地电流判断基准数据；无线电流传感器对输电架空电缆的电流进行测量，将测量结果与判断基准数据进行比较，从而确定短路类型、定位故障点。该检测系统中的三相短路故障判断方法：当K3点发生三相短路故障时，靠近电源侧架空线路上的A-1至A-4无线电流传感器中测量到的是三相短路电流，而A-5无线电流传感器测量到的电流值很小，从而确定故障点在A-4无线电流传感器和A-5无线电流传感器之间；由于B-1至B-4无线电流传感器和C-1至C-4无线电流传感器测量到的也是三相短路电流，从而确定故障类型是三相短路；两相短路故障判断方法为：当K2点发生两相短路故障时，确定故障点的方法和确定三相短路故障点的方法相同，只是无线电流传感器测量到的是两相短路电流；在判断故障类型时，只要判定A、B、C三相中，有任意两相流过两相短路电流，即可确定故障类型为两相短路。单相接地短路故障判断方法为：当K1点发生单相接地短路故障时，靠近电源侧架空线路上的A-1至A-4无线电流传感器中测量到的是单相接地短路电流，而A-5无线电流传感器测量到的电流值接近为0；根据基尔霍夫电流定律，电路中任一个节点上，在任一时刻，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。从而确定故障点在A-4无线电流传感器和A-5无线电流传感器之间；由于只有A、B、C三相电路中的一相发生上述故障，因此故障类型为单相短路。在判断单相接地短路故障时，又分中性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于无线传感器网络的架空电缆短路接地故障检测系统，其特征在于，该检测系统由电力系统控制中心、通信链路、无线电流传感器三部分组成；所述电力系统控制中心负责对无线传感器网络上的所有无线电流传感器的数据信息进行采集、配置、管理；所述通信链路是电力系统控制中心和无线电流传感器进行无线数据传输的桥梁；无线电流传感器安装在架空电缆上，对架空线路的电流进行测量，并将测量电流的时间及电流的大小通过4G/GPRS发送到电力系统控制中心。/n

【技术特征摘要】
1.基于无线传感器网络的架空电缆短路接地故障检测系统，其特征在于，该检测系统由电力系统控制中心、通信链路、无线电流传感器三部分组成；所述电力系统控制中心负责对无线传感器网络上的所有无线电流传感器的数据信息进行采集、配置、管理；所述通信链路是电力系统控制中心和无线电流传感器进行无线数据传输的桥梁；无线电流传感器安装在架空电缆上，对架空线路的电流进行测量，并将测量电流的时间及电流的大小通过4G/GPRS发送到电力系统控制中心。


2.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的架空电缆短路接地故障检测系统，其特征在于，所述无线电流传感器具有4-20mA输出电流传感器、单通道4G/GPS数据卡和天线。


3.根据权利要求1所述的基于无线传感器网络的架空电缆短路接地故障检测系统，其特征在于，所述电力系统控制中心主要由数据服务器、管理计算机、工程师计算机、用户操作计算机、远程接收机、交换机、巡线员手机组成；所述远程接收机通过通信链路接收无线电流传感器发送的数据信息并将接收到的信息通过以太网传输到数据服务器，数据服务器对接收到的无线电流传感器数据信息、线路基础信息、无线电流传感器的网络拓扑信息运用数据服务器进行推理、决策，输出线路运行状态的结果；管理计算机、工程师计算机、用户操作计算机与数据服务器之间通过交换机连接，用以太网通信，采用服务器/浏览器架构，巡线员手机通过4G/GPRS通信链路和数据服务器通信。


4.根据权利要求3所述的基于无线传感器网络的架空电缆短路接地故障检测系统，其特征在于，所述数据服务器主要由线路基础信息管理模块、电流数据管理模块、无线电流传感器管理配置模块、分析参数配置模块、故障快速定位模块、故障结果输出模块、网络服务接口、数据库、GUI组成；所述线路基础信息管理模块负责架空电缆的地理信息位置、架空电缆的走向及线路编号管理、架空电缆电杆或塔编号管理、架空电缆上安装的无线电流传感器的编号及分组管理、架空电缆各个维护区间责任单位和人员信息管理；所述电流数据管理模块负责将实时接收到的无线电流传感器测量的电流数据，按时间顺序更新并存储到对应电缆线路的对应节点的单元内，作为进行单相接地短路、两相短路、三相短路故障判断的数值基础；所述无线电流传感器管理配置模块通过对无线电流传感器的相邻传感器进行配对确定无线电流传感器的虚拟顺序关系，通过对相应编号无线电流传感器的三相短路电流值、两相短路电流值、单相接地短路偏差值进行设置，作为进行单相接地短路、两相短路、三相短路故障判断的虚拟基准值，通过对无线电流传感器的测量值进行误差补偿提高测量精度；所述分析参数配置模块负责对无线传感器的架空电缆短路接地故障检测系统专家分析判断决策过程中用的一些参数值进行设置，建立约束条件、推理规则、知识库；所述故障快速定位模块主要负责依据电缆线路编号和无线电流传感器编号建立树形结构的网络拓扑，根据架空电缆上各个传感器节点处的电流值大小，快速搜索到发生单相接地短路、两相短路、三相短路故障的末端无线电流传感器ID的位置信息，从而精确定位单相接地短路、两相短路、三相短路故障点；所述网络服务接口主要负责与远程接收机、交换机外设通过以太网进行数据交换。


5.根据权利要求4所述的基于无线传感器网络的架空电缆短路接地故障检测系统，其特征在于，所述数据服务器包括历史故障统...

【专利技术属性】
技术研发人员：董文博，杨军平，瞿明，
申请(专利权)人：兰州资源环境职业技术学院，
类型：发明
国别省市：甘肃;62