基于配电网低压台区故障预测系统检测装置的设计研究.pdf

Telecom Power Technology 16 Oct.10,2023,Vol.40 No.19 2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期设计应用技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.19.006基于配电网低压台区故障预测系统检测装置的设计研究韦宗布（广西广信电力建设有限公司，广西 崇左 532200）摘要：目前，配电网低压台区运维工作不够完善，因此需要设计基于配电网低压台区故障预测系统检测装置。利用该装置全面收集低压台区电压值和电流值等，分析处理相关数据，并通过显示屏数据处理结果显示出来。数据经过分析处理后进行加密处理，并利用网络向系统后台传输加密数据。系统后台处理加密数据，自动判断基于配电网低压台区是否存在故障。目前，利用基于配电网低压台区故障预测系统检测装置有利于提高整体工作效率，可以促进配电网向智能化方向发展。关键词：配电网；低压台区；故障预测系统；检测装置Design and Research of Detection Device for Fault Prediction System in Low Voltage Substation Area of Distribution NetworkWEI Zongbu(Guangxi Guangxin Electric Power Construction Co.,Ltd.,Chongzuo 532200,China)Abstract:At present,the operation and maintenance work of the low-voltage station area of the distribution network is not perfect enough,so it is necessary to design a detection device based on the fault prediction system of the low-voltage station area of the distribution network,which is utilized to comprehensively collect the voltage value and current value of the low-voltage station area,etc.,analyze and process the relevant data,and display the results of the data processing by displaying the results of the data processing.The data is encrypted after analysis and processing,and the encrypted data is transmitted to the system background using the network.The background of the system processes the encrypted data,and automatically determines whether there is a fault based on the low-voltage area of the distribution network.At present,the use of the detection device based on the distribution network low-voltage station area fault prediction system is conducive to improving the overall work efficiency,and at the same time,it can promote the development of the distribution network in the direction of intelligentization.Keywords:distribution network;low voltage substation area;fault prediction system;detection device0 引 言近些年我国不断扩大配电网规模，为保障配电网运行的安全性，实现用户用电的稳定性，需要实时监测配电网低压台区。在基于配电网低压台区运维工作中，运维人员需要采取合适的措施分析基于配电网低压台区相关设备的运行情况，但是当前缺乏相应的工作装置。文章分析基于配电网低压台区故障预测系统，利用相关硬件监测相关设备，并利用软件处理相关数据，及时发现配电网低压台区出现的问题，避免长时间停电，提高整体用电质量，维持居民用电的稳定性和安全性。1 基于配电网低压台区故障预测系统检测装置1.1 硬件结构设计基于配电网低压台区故障预测系统检测装置的具体结构如图 1 所示。装置包括微处理器模块、人机交互模块、网络通信模块、电源模块、低压开关温度采集模块、低压开关电压电流采集模块以及频率跟踪测量模块。其中，微处理器主要包括复位电路、存储电路、通信接口以及时钟电路。1.2 监测装置微处理器的选择微处理器模块利用芯片处理器，一方面可以处理相关数据，另一方面可以用来通信，还可以储存大容量的数据和程序。该芯片中包括模块转换器、直接存储器以及各类通信接口等，有利于全面检测配电网低压台区1。1.3 低压开关电压电流采集模块和低压开关温度采集模块设计温度采集模块中包括测温原件和温度变送电路。测温元件运行过程中，温度改变后将会改变热敏材料的阻值。如果设备温度为 0，测温元件阻值通常是 100。如果设备温度为 100，阻值将会达到 138.51。在低压开关温度测量部位设置测温探头，改变低压开关运行温度后，将会改变其组织，同时会改变微处理器模拟数字转换器（Analog to Digital Converter，ADC）引脚电压值，最后测量低压开关的运行温度。测量电压采集模块的过程中，需要分析开关出收稿日期：2023-08-29作者简介：韦宗布（1987），男，广西横县人，本科，工程师，主要研究方向为配网自动化。2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期 17 Telecom Power TechnologyOct.10,2023,Vol.40 No.19 韦宗布：基于配电网低压台区故障预测系统 检测装置的设计研究线导线主绝缘介质的损耗情况，以此完成电压信号和电流信号的测量。采集电压信号时，先通过精密电压互感器开展除噪处理，再利用 AD7606 采集信号。转换采集的电压信号和电流信号后，可以获取低压开关电压值和电流值2。2 基于配电网低压台区故障预测系统检测装置软件设计2.1 系统软件整体设计该系统的软件软件设计部分主要包括模拟数字（Analog to Digital，AD）采样主控部分、ABC 相故障检测以及液晶显示等部分。为保障系统的可靠性，需要实现模块划分。软件设计的首先要完成操作系统移植工作，其次在系统上进行软件设计，再次确定硬件部分是否合理，最后编写软件。2.1.1 AD 采样主控模块软件核心为 AD 采样主控部分，单片机经过精密整流滤波电路处理之后进行信号处理，通过 AD 采集模块可以将模拟信号转化为数字信号，从而实现单片机计算。如果发生短路问题，报警器将会发出报警。2.1.2 ABC 相故障检测模块利用 ABC 相故障检测模块确定配电网系统是否发生短路故障，并通过计算确定输出电压和输入电流的比值，确定配电网系统中输入电路和输出电压之间的关系。单片机电压采样之后，需确定判断结果。出现故障，报警一段时间后工作人员采取控制措施，实现系统复位，从而进入初始状态，为下一次故障处理做好准备。2.2 选择软件开发环境在 MDK5.14 环境中开发基于配电网低压台区故障预测系统检测装置。MDK5.14 环境综合了 MDK4和 MDK3 的优点。当前在该类硬件开发中进行推广应用，包括编辑器、包安装器以及编译器等部分。利用 Software Packs 可以升级芯片和中间库，而且可以给予独立支持，一方面可以发挥语法监测作用，另一方面可以提示相关代码。对比过去的开发环境，这一环境更加优越。2.3 检测装置的程序框架设计本监控设备的软件程序的目的是采集、分析、处理、提取以及解析配电网低压台区低压开关电压、电流、温度等信息，并将有效信息通过加密的方式传送出去。首先，需要对该程序进行初始化处理，并对其进行资源配置3。其次，该程序会运行主程序，对电压、电流的采集和转换进行运算，还会分析、处理和加密采集到的信息。最后，将信息封装并传送到系统后台。程序整体框架如图 2 所示。监测装置程序发挥着重要作用，一方面支持采集低压开关监测数据，另一方面可以支持预测异常或者故障状态。实现系统初始化处理之后，经过不同的采集程序采集电压数据、电流数据以及温度数据等，最终将数据在显示屏中实时显示。系统执行数据分析、处理、加密程序后，向系统后台传输数据。3 基于配电网低压台区故障预测系统检测装置抗干扰设计在配电网中，实时监控技术被广泛用于配电网络的故障诊断。电力系统的在线监控会受外部环境影响，如何消除这些外部环境对电力系统的影响，是电力系统实时监控的一个重要课题。配电网络中，故障预报系统的主要检测指标为故障发生时的放电脉冲，而脉冲信号的采集能否全面准确地反映出配电网络的运行状态，直接关系其能否准确地判定出系统出现的异常和缺陷4。在变电站中，电力系统中存在着数量众多的电力装置。这些装置在工作中会出现一些不复位电路存储电路通信接口时钟电路温感元件温度变送电路LM324 比较电路AD584JNZ 电压源频率跟踪测量模块低压开关温度采集模块低压开关电压电流采集模块PT/CT电压电流变送电路ADR421 AD7606STM32F429ICT6微处理器模块人机交互模块ALIENTEX4.3TFTLCDMODULEV1.6网络通信模块 USR-LTE-7S电源模块图 1 基于配电网低压台区故障预测系统检测装置结构 2023 年 10 月 10 日第 40 卷第 19 期Oct.10,2023,Vol.40 No.19Telecom Power Technology 18 I/O 初始化 定时器初始化加密打包电压、电流及温度信息的发送程序液晶显示屏显示及 切换程序频率测量定时信号 捕获电压开关出线导线 温度测量计算程序电网频率跟踪测量 程序电压采集程序电流采集程序配网低压台区分析处理加密程序主循环体各功能模块初试化 各中断初始化各参数初始化配詈图 2 程序整体框架稳定的现象，会对电力系统中各种电力装置的检测精度造成很大的影响。因此，实时监控电力装备是当前电力装备在线监控技术中亟待解决的问题。文章采用了一种新的对干扰信号进行综合处理的方式，逐级滤波获得的信号，从而最大限度地提取最多的脉冲。抗干扰分层处理综合模型结构如图 3 所示。这种一体化的去干扰模型可分成 3 个步骤，每个步骤都要尽可能地对原有的信号产生最小的影响，前面一步骤的滤波不会对后续的滤波产生任何影响。具体的步骤如下：首先，要将具有较高连续性和周期性的干扰剔除，否则在不剔除这些干扰的情况下，用小波去噪技术剔除这些干扰，很有可能会将一些有价值的脉冲作为白噪音剔除出去；其次，对窄带信号、小波信号进行去噪处理；最后，对信号进行去脉冲处理。通过上述的步骤过滤噪声，可以获得比较精确的局放信号5。在分析周期性窄带干扰信号的基础上，提出利用 Fourier 序列消除噪声的方案6。去除周期窄带干扰抑制白噪声去除脉冲干扰信号输出信号输入图 3 抗干扰分层处理综合模型4 结 论文章研究了基于配电网低压台区故障预测系统检测装置，实时收集和判定配电线路中低压台区中的低压开关电压、电流和温度等数据，并将收集到的数据经过数据压缩和封装，通过无线传输到配电线路中低压台区中，从而达到对配电线路中低压台区实时监控的目的。同时，后台系统分析监控设备所收集到的数据，并根据配电设备的工作状况，判定所选台区是不是发生了异常或故障。当发生问题时，会弹出一个提示框，提示有关工作人员进行检查并进行维修。该监控系统不但可以有效地提升配电系统中有关工作人员的工作效能，也对配电系统的智能管理起到了很大的促进作用。参考文献：1 赵宇皓，陈天英，曾四鸣，等.基于录波实测数据的低压配电网故障检测与保护研究 J.制造业自动化，2023，45（6）：130-133.2 蔡明熹.基于蚁群算法的配电网故障检测定位与恢复研究 J.电工技术，2023（9）：35-38.3 面向新型电力系统的配电网故障检测与处置技术 J.四川电力技术，2023，46（1）：96.4 吴璐子，缪希仁，庄胜斌，等.含分布式电源配电网故障检测与定位研究综述 J.福州大学学报（自然科学版），2022，50（6）：751-759.5 赵 琳.基于行波法的低压台区低压故障停电报警系统设计 J.能源与环保，2022，44（12）：198-202.6 郭鹏洲，蔡田田，邓清唐，等.低压台区故障快速定位与处理分析 J.电子技术与软件工程，2022（4）：125-128.