基于微功耗的配电线路智能监测系统的研究与应用

2020-02-20马静君陈建红童小敏

通信电源技术 2020年1期

关键词：子系统配电智能化

马静君，陈建红，童小敏，董菁

（浙江捷安工程有限公司，浙江兰溪 321100）

0 引言

传统的配电线路监测系统在实际应用中存在很多不足，由于野外环境十分复杂，监测设备所需的电源无法得到保障，这就需要结合智能化技术设计全新的配电线路监测系统。

1 配电线路智能监测系统研究的意义

随着我国现代化建设的快速发展，人们对于电力的需求也不断增加。在这种情况下，需要电力网络能够更快速的发展建设，进一步的扩大配电线路的覆盖范围。目前，配电线路的覆盖范围广、电力运输距离远。此外，在配电线路沿线有着十分复杂的地形条件，因此配电线路的安全性与稳定性受地形与气候等因素影响十分严重。这就需要针对配电线路进行及时的监测，保证线路能够正常运行[1]。

2 目前配电线路远程监测系统存在的问题

2.1 基础条件差

我国大部分的配电线路都是在城市之外的野外，而在这些地方很难找到适合监测设备使用的低压电源。这就导致远程监测系统在野外很难正常安装运行。而太阳能、风能等能源在实际应用中也都存在着极大的不稳定性。当出现阴天或者无风的情况，这些能源的供给就会出现问题。此外，这些能源的相关设备体积大，运输以及安装等工作都存在很多问题。所以这些能源无法满足配电线路监测系统的需求，在实际运用中无法保证全天对配电线路进行实时监测[2]。

2.2 监测范围有限

传统的远程监测设备都是使用枪机或者球机，但是这些监测设备都存在着很多不足。枪机设备一般在通道位置进行监测，但是设备的摄像头无法进行旋转或者转换视角。而球机设备在实际使用中虽然可以通过云台进行旋转摄像头，但是设备的功耗十分巨大，在很多位置都缺少符合球机使用的电源。因此，这种设备只能在一些固定的位置进行安装，其发挥的效果与枪机类似，无法达到全面的监测效果。

2.3 系统预警能力不足

目前，大部分的配电线路远程监测系统都是使用后台集成模式。这种方式在出现配电线路事故时需要通过通信渠道进行预警，而一旦通信系统出现问题，预警系统则无法正常工作。球机设备当前主要选择通过自身移动来完成监测，但是球机转动过程中易出现误报的现象，导致预警能力不足[3]。

2.4 可靠性不高

由于太阳能以及风能设备长时间在野外工作，所以经常会出现积灰以及破损等问题。此外，太阳能以及风能发电设备安装了很多附件设备以及众多设备连接线，这些部件在野外复杂的自然环境中很容易出现问题。这些情况最终会导致配电线路的远程监测系统可靠性降低，需要经常进行维护，也给电力维护部门带来大量的系统维护工作[4]。

3 低功耗配电线路智能化监测系统的设计

3.1 工作原理设计

在智能化监测系统中，主要对配电线路进行视频检测设计。配电线路智能化监测系统具有自动检测、巡线故障定位等功能[5]。在实际应用中，配电线路智能化监测系统将会根据波形进行故障定位，并快速上报，终端视频读取数据[6]。

在实际研究应用中，考虑电力电子元件等在内的非线性器件对电压传输效果所产生的难以分析的影响，实现图像分向同时监测，包括线路走向的安全监控、树木的生长危害等，采用自取电系统结构。要保证能时刻使在线监测设备正常运作，实现不间断供电，通过图片智能诊断功能实现故障排查上报的准确率，减少误报率。同时，应用温度安全预警系统通过温度传感器获取线路和金具的温度信息，实现数据采集、数据存储、温度信息标准、温度信息展示、系统报警、对比分析、统计报表及短信提醒等功能。平台提供对原始、采集数据信息的查询，并通过计算形成年、月、日的各种报表。监控平台基于浙江捷安工程有限公司自主研发的软件开发平台，通过业务模块的开发，实现系统的各个功能。该开发平台具有数据库兼容功能和强大的数据分析功能，可以保证温度安全预警系统的稳定运行。强大的分析功能、完善的故障报警确保了输电线温度安全预警系统的完全可靠和稳定运行。测温传感器如图1所示。

3.2 监测系统设计

3.2.1 取能电源的设计

当线路电压处于正常情况时，系统的互感器可保证在线监测功能正常运行，而当线路由于故障发生断电时，系统互感器不能为在线监测设备提供必要的功率，为保证其正常工作，在系统中将会设置合适的取能电源为负载供电，防止由于线路故障造成监测数据丢失。

图1 测温传感器

3.2.2 监测系统主站设计

监测系统的主站设计主要分为3个部分。在设计中监测设备的外网系统设置在无线服务区。这一设计是为了使系统可以通过无线网络接收智能化监测系统上传的数据。此外，还可以通过这些数据信息进行线路故障的判断处理，最终将监测系统中的数据信息、线路故障定位以及波形数据等传递到智能化监测系统主站中。而智能化监测系统的内网设置在控制安全区域，通过正向隔离区域向系统的外网传递信息，再从配电网络的智能化资料以及系统前置建模数据中输出信息。最后，智能化监测系统的维护以及服务模块设置在管理信息区域。为了保证系统的安全，在设计中将各个区域的信息传递分别隔离开，并通过正反隔离区域作为缓冲。具体设计如图2所示。

图2 智能化监测系统主站设计示意图

3.2.3 系统软件设计

系统的软件设计中分成4个子系统，分别是支撑子系统、应用子系统、接入子系统以及业务子系统。在软件设计中，支撑部分主要包括监测系统正常运转时各个环节的基础服务功能，如数据信息存储整理、系统信息队列管理、系统记录等。应用子系统主要是负责对系统数据进行应用，并为管理者提供人机交互界面，方便管理者进行系统操作和查询。接入子系统是智能化监测系统中唯一的数据设备接入端口，主要负责为其他设备提供接入端口并进行管理。业务子系统是负责对数据信息进行分析，并完成故障分析定位等。

3.2.4 系统终端设计

监测系统的终端由现场监测设备以及监测控制平台构成。监测设备由独立取电单元及低功耗视频终端构成。监测设备负责日常采集配电线路中现场故障及设备温度信息，并记录下信息及时传回系统。而监测控制平台负责对终端设备传递的数据信息进行整理、分析，并最终进行故障定位、选择线路、显示故障情况、向管理者发送信息，进行现场故障的检修及维护。