分布式电力线路故障监测系统研究

梁昊

摘 要：介绍了分布式电力线路故障监测系统的相关技术和故障监测系统应具备的模块，并分析了分布式电力线路故障监测系统的整体结构，以期为分布式电力线路故障监测系统的建设提供支持。

关键词：电力故障监测系统；电力线路；小波分析技术；数字通信技术

中图分类号：TM769 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.122

分布式电力线路故障监测系统是集合微电子、计算机和通信等多种技术的综合性系统，其能通过布置在电力线路中的故障定位仪，实时、全面监控整个配电线路，及时发现线路中存在的故障，从而保障电路运行的安全性。

1 电力线路故障监测系统的技术基础

1.1 故障监测方面

在传统的电力线路故障监测中，多采用故障定位仪，其技术基础为付氏变换，但此技术无法对信号进行同步的时频局部分析，导致故障分析的处理效率、可靠性和时效性较低。

近年来，为了提高故障信号处理水平，在故障监测中，多采用小波分析技术，其优点在于能敏感察觉电力线路中的微弱信号和突变信号，分析结果较为精确，极大地提高了故障分析的可靠性。

1.2 抗干扰方面

数据传输系统是故障信息能被及时接收的重要保证，而故障监测仪器分布于整个电力线路系统的各个部位，需要采用无线通信技术。因此，如何避免外部环境的干扰，是相关技术人员使用数据传输系统时需要考虑的问题。数字通信是一种抗干扰能力强的数据传输技术，对提高故障信息传递的可靠性起着十分重要的作用，可应用于分布式电力线路故障监测系统中。

在应用数字通信技术时，为了提高传输系统对电力线路附近磁场干扰、电场干扰的抵抗能力，可结合使用线间耦合与浮空屏蔽技术，避免线路中的强电对通讯弱电设备造成不利影响；同时，可在电路芯片中加入吸收干扰脉冲的回路或利用屏蔽环等覆盖线路等方式，提高其对外部电磁场的抗干扰能力。

此外，为了避免因干扰造成的故障判断失误，还可采用连续判断技术，即对存在故障的电力线路电流电压信号进行持续搜集，以固定间隔为判断点，连续得出相应时间点上的判断结果，并通过综合分析判断结果得到最可靠的结论。

1.3 无线射频通信方面

无线传输是分布式电力线路故障监测系统数据传输的主要方式，为了保证故障信息远距离传输的可靠性，除了要采取适当的抗干扰技术外，还需要借助良好的无线通信通信技术，即无线射频传输和GPS通信技术。

在无线射频通信技术中，为了提高故障信息传输的可靠性，可采取CRC校验、三取二判据和差错率重发等技术。后二者是指在三次故障信息传递过程中，只要出现1次错误或差错率超出规定范围，便会重新发送此故障点的信息，这在很大程度上提高了故障信息的可靠性。

2 分布式电力线路故障监测系统的模块

2.1 查询信息软件

管理人员对电力线路故障的监测是通过查询软件实现的，因此，在开发软件时，首先要保证具有查询功能，管理人员通过查询历史信息、实时信息掌握电力线路网络的运行状态，以及时发现潜在隐患或故障，从而提高对电力线路故障的查找能力。

2.2 系统的权限和密码

在电力管理部门是由不同层次的管理人员和普通用户共同组成的，其对电力线路故障监测承担的责任有所差异。因此，为了保证整个管理部门工作的稳定、有序，需要设置相应的权限和密码，避免普通用户进入系统中擅自修改相关参数，进而影响整个系统的准确性。

2.3 监控动态显示

在运行过程中，系统得到的信息是整个电力线路网络中各个点的信息，这些信息的总量、类型是非常庞大和繁杂的。如果仅以字符的方式静态显示信息，并由管理人员被动地调整和阅读，这不仅会增加管理人员的工作负担、降低整个监控工作的效率，还很可能会疏忽重点信息，导致电力线路故障无法被及时发现。因此，在设计系统时，需要具备监控动态显示功能，通过监控图与缩略图的结合，在电力线路发生故障时标注相应的位置点，然后切换图像，得到故障点附近的详细图形，从而更加深入地判断和了解线路故障。

3 电力线路故障监测系统的整体结构

3.1 信息采集子系统

信息采集子系统是整个监测系统的基础，其功能是搜集电力线路中发生的接地、短路等故障状态信息，并对这些信息分类后传输到监控中心。

信息采集子系统功能的实现需要借助分布于电力线路中的监测设备，比如以ARM技术为基础的新型故障指示器，其能感应电力线路的电流状态，通过内置的数字微处理器、利用精简后的小波算法对感应到的电流进行数字化处理，并将分析结果作为监测数据，通过数据传输系统将数据传输到监控中心，从而实现故障种类、相位和故障点频率等信息的采集。

3.2 数据传输子系统

数据传输子系统是电力线路故障信息准确、高效、实时传递的重要保证，其借助的是GPRS通信技术。在本监测系统中，采取远程终端RTU单位，其特点在于供电方式为蓄电池联合太阳能电池，续航能力得到了很大提升，解决了野外电力系统数据传输单位电源供应困难问题，使数据传输的完整性得到了很大程度的提高。同时，RTU单位的安全工作时长可达16 000 h，其故障维修时间大多可控制在0.5 h以内，整体稳定性非常高，可保证数据传输系统的可靠性。与其他功能相同的数据传输系统相比，RTU单元除了可接收由故障指示器发出的故障信息外，还可以将接收到的信息分割后重新组合传输，从而保证故障信息的及时处理和实时传输。

3.3 监控中心子系统

监控中心子系统是整个监控系统的核心，具备查询和管理电力线路故障点等功能。

监控中心子系统在接收到RTU传来的信息后，会通过相对应的解码软件解译信息。如果电力线路中存在故障，则系统会将故障点的位置、故障所处的线路和故障点的类型、电压、频率等与正常参数相比较，在确认故障信息与理论参数相符后，将这些信息储存到数据库，并利用GPRS将其传输到管理人员的信息接受端中；同时，还会以告警、字符和报表等方式，通过显示模块显示在监控视图中，并标注故障点的位置，以辅助电力系统的监控人员及时发现故障。如果电力线路无故障，或所得到的数据为无用信息，则监控中心子系统会通过接受信息数据表保存信息，不会对信息进行相应的处理。这样，有效提高了系统的工作效率，避免了无效信息过多对监控造成的干扰。

监控中心子系统的操作端为普通的计算机，不需要专业的操作软件，故障信息的处理和分析都是在系统内部自动处理的，监控人员只需要访问监测中心的系统信息，或利用其他终端设备远程操作控制计算机，就能及时了解故障的状态和位置等信息。

4 结束语

分布式电力线路故障监测系统的应用对电力企业提高供电安全的稳定性有着重要的意义。在分布式电力线路故障监测系统中，对监测技术、通信技术和数据处理技术等有着较高的要求。在有效应用这些技术的基础上，才能有效实现监测系统工作的自动化、高效化、智能化，保证电力线路故障监测效果的大幅提升，从而提高电力线路的安全性和稳定性。

参考文献

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〔编辑：张思楠〕