一种配电线智能电杆系统、及其应用的配电物联智能系统的制作方法

1.本技术涉及配电物联网技术领域，特别是涉及一种配电线智能电杆系统、及其应用的配电物联智能系统。


背景技术：

2.随着新能源电力系统的快速发展，配电网将向着信息化、智能化的配电物联网(d
‑
iot)方向发展。架空配电线路的载体—电杆为配电网的基础元件，在其上加装智能电子设备是实现配电设备物联的最有效方式之一。通过此类智能电子设备可实现电杆、架空线路、绝缘子线夹、跌落式熔断器、刀闸等相关配电设备的物联，即实现电杆的智能化。
3.目前配电网中的监测保护与控制是通过线路侧的断路器及相关的控制设备(如配电馈线终端ftu、配电站终端dtu、配电变压器终端ttu等)实现的。对于断路器下一级的线路设备可通过线路故障指示器监测线路电流，实现局部的信息采集，但存在数据可靠性差等问题。特别是缺少电气设备运行状态监测、环境状态监测等功能，无法实现配电设备物联。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本技术要解决的技术问题在于提供一种配电线智能电杆系统、及其应用的配电物联智能系统，用于解决现有技术中至少一个问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种配电线智能电杆系统，所述系统包括：电杆本体；多种传感器单元，设于电杆本体上，以供采集配电线路的多种监测数据；智能终端，用于获取监测数据并据以监测设备运行状态、周围环境状态及判别电气故障；同时提供多种通信模块，以供与各传感器单元、主站、及其他智能终端通信连接。
6.于本实施例中，所述电杆本体上架设有三相架空导线、绝缘子金具、横担、及跌落式熔断器。
7.于本实施例中，所述传感器单元的种类包括：温度传感器，装于所述绝缘子金具的线夹上，以采集三相接头温度；位移传感器，装于跌落式熔断器上，以采集电杆倾斜状态以及监测跌落式熔断器每相的位置和位移变化；电流/电压互感器，设于三相架空导线上，以采集三相配电线路的电流/电压信号；气体监测器，设于所述电杆本体上，用于采集至少包含环境温湿度、大气污染物含量的周围环境参数。
8.于本实施例中，所述智能终端包括：微控制器，用于依据采集的监测数据进行分析处理，以供用于智能化控制；a/d转换器，对经电流/电压互感器采集三相配电线路的电流/电压信号转换为数字信号，以供微控制器监测线路运行状况和判别电气故障；通信模块，用于提供多种通信通道，以供与各传感器单元、主站、及其他智能终端通信连接；其中，所述温度传感器与位移传感器所采集的监测数据通过低功率无线通信的方式传输至微控制器，以供监测设备运行状态；所述气体监测器所采集的检测数据通过串行通信方式传输至微控制器，以供监测周围环境状态。
9.于本实施例中，所述微控制器判别故障的方法包括一下任意一种或多种：采用电
流变化量与失压持续时间相结合的相间故障判别方法判别故障类型、故障相及故障点；通过计算接地故障时产生的零序电流变化量和零序过电流判别接地故障；采用电流变化量结合位移信号的故障判别方法判断线路断线故障；采用负序电流结合最小负荷电流的故障判别方法判断线路断线故障。
10.于本实施例中，所述通信模块的通信方式包括：4g/5g、光纤、串行总线、及专用无线中任意一种或多种。
11.于本实施例中，所述智能终端包括：gps/北斗定位模块，以供精定位智能终端所在地理为位置。
12.于本实施例中，所述智能终端包括：电源模块，由配电线路提供主电源，为本智能终端及本系统中各传感器单元与其它设备提供电源。
13.于本实施例中，所述系统还包括：5g微基站，设于所述电杆本体上，为网络运营商提供5g网络通信载体。
14.为实现上述目的及其他相关目的，本技术提供一种配电物联智能系统，所述系统包括：一或多个如上所述的配电线智能电杆系统；配电物联网主站；其中，所述配电线智能电杆系统包括智能终端，以用于监测设备运行状态、周围环境状态及判别电气故障；同时提供多种通信模块，以供与各传感器单元、主站、及其他智能终端通信连接。
15.如上所述，本技术提供的一种配电线智能电杆系统、及其应用的配电物联智能系统，所述系统包括：电杆本体；多种传感器单元，设于电杆本体上，以供采集配电线路的多种监测数据；智能终端，用于获取监测数据并据以监测设备运行状态、周围环境状态及判别电气故障；同时提供多种通信模块，以供与各传感器单元、主站、及其他智能终端通信连接。
16.具有以下有益效果：
17.1)本技术通过在架空线路基础载体—电杆上配置配电线智能终端，实现电杆相关电气元件的运行监测，为实现配电物联网提供良好的基础。
18.2)本技术可实现配电出线断路器以外的线路运行状况、设备工作状态、周边环境状况等的监测与判断，实现了原来变电站自动化和配电自动化设施未能实现的功能。
19.3)通过将配电线智能终端作为边端设备，可完成线路故障的快速精准判别与定位，可有效缩短故障查找和处理时间，提高配电网供电可靠性水平。
20.4)配电线智能终端配置gps/北斗模块，可实现线路故障点的精准定位，gps和北斗的自动切换可确保配电网故障定位处理的自主和安全保障。
附图说明
21.图1显示为本技术于一实施例中配电线智能电杆系统的结构示意图。
22.图2显示为本技术于一实施例中智能终端的结构示意图。
23.图3显示为本技术于一实施例中配电物联智能系统的结构示意图。
具体实施方式
24.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离
本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
25.需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，虽然图示中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，但其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
26.在通篇说明书中，当说某部分与另一部分“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部分“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素，排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。
27.其中提到的第一、第二及第三等术语是为了说明多样的部分、成分、区域、层及/或段而使用的，但并非限定于此。这些术语只用于把某部分、成分、区域、层或段区别于其它部分、成分、区域、层或段。因此，以下叙述的第一部分、成分、区域、层或段在不超出本技术范围的范围内，可以言及到第二部分、成分、区域、层或段。
28.再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“a、b或c”或者“a、b和/或c”意味着“以下任一个：a；b；c；a和b；a和c；b和c；a、b和c”。仅当元件、功能或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。
29.如图1所示，展示为本技术于一实施例中配电线智能电杆系统的结构示意图。如图所示，所述系统包括：
30.电杆本体1，其中，所述电杆本体1上架设有三相架空导线11、绝缘子金具12、横担13、及跌落式熔断器14。
31.多种传感器单元2，设于电杆本体1上，以供采集配电线路的采集多种监测数据；
32.具体来说，所述传感器单元2的种类包括：
33.温度传感器21，装于所述绝缘子金具12的线夹上，以采集三相接头温度；
34.位移传感器22，装于跌落式熔断器14上，以采集电杆倾斜状态以及监测跌落式熔断器14每相的位置和位移变化；
35.电流/电压互感器23，设于三相架空导线11上，以获取三相配电线路的电流/电压信号；优选地，所述电流/电压互感器23可以外置或内置。
36.气体监测器24，设于所述电杆本体1上，用于采集至少包含环境温湿度、大气污染物含量的周围环境参数。
37.简单来说，通过在电杆本体1、分支线的跌落式熔断器14、三相架空导线11、绝缘子金具12、横担13、以及未示出的线夹金具等相关电气设备上安装一或多种传感器单元2，可对相应电气设备的状态进行监测。例如：
38.1)电杆位置状态监测。通过位移传感器22，可监测电杆本身的倾斜程度，分左右倾斜角和前后倾斜角，以防倒杆事故发生。
39.2)导线接头温度监测。在跳线两侧的连接点(线夹金具)，即所述绝缘子金具12一端配置温度传感器21，实现三相接头的温度监测，可防局部过热。
40.3)跌落式熔断器14位置监测。通过接于跌落式熔断器14三相的位移传感器22，可对分支线跌落式熔断器14每一相的位置进行监测，以实现断开相报警。
41.4)通过气体监测器24实现周边环境状况的监测，如环境温度/湿度监测与告警；环境大气污染(pm2.5，pm10)监测与告警；其它有害气体监测与告警。
42.如图2所示，展示为本技术中智能终端的结构示意图。智能终端3，用于获取监测数据并据以监测设备运行状态、监测周围环境状态、及判别电气故障；同时提供多种通信模块33，以供与各传感器单元2、主站、及其他智能终端3通信连接。如图所示，所述智能终端3包括：
43.微控制器31，用于依据采集的监测数据进行分析处理，以供用于智能化控制；其中，微控制器31可以完成数据采集处理并实现边缘计算功能。
44.a/d转换器32，对经电流/电压互感器23采集三相配电线路的电流/电压信号转换为数字信号，以供微控制器31监测线路运行状况和判别电气故障。
45.简单来说，微控制器可实现：1)三相负荷监测与分析，可通过瞬时值采样实现有功、无功及功率因数计算，可实现高颗粒度负荷特性分析；2)相间短路故障识别，通过故障保护判别算法实现故障类型、故障相及故障点的判别，达到高精度高准确率的故障点指示；3)接地故障识别，通过接地故障零序保护算法实现接地故障点的判别和指示；4)断线故障识别，通过电流突变量算法，并配合负序电流算法，实现线路断线的准确判断。
46.进一步地，所述微控制器判别故障的方法包括一下任意一种或多种：
47.a、采用电流变化量与失压持续时间相结合的相间故障判别方法判别故障类型、故障相及故障点，可达到高精度高准确率的故障点指示。
48.其判据如下：
49.1)且(正值)；
50.其中，
△
i
op
为电流变化量定值，为三相最大电流值；
51.2)且；
52.其中，
△
t为失压持续时间；三相电流；为三相电压；i
n
和u
n
为额定电流值和电压值；i
n
u
n
为额定值；
53.3)若同时满足以上两条件，则判别为线路相间短路。
54.简单来说，当三相最大电流值大于等于电流变化量定值时，同时判定出现失压状况，且失压持续时间
△
t在t
1s
—t
2s
内(如60ms
‑
3s)，则可判别为线路相间短路。
55.b、通过计算接地故障时产生的零序电流变化量和零序过电流判别接地故障。
56.简单来说，通过计算接地故障时产生的零序电流变化量采样值
△
i0(k)及零序变化量最大值
△
i
0max
，结合零序过电流值i
0max
判别接地故障点。
57.其判据如下：
58.1)
△
i
0max
≥
△
i
0qd
；
59.其中，
△
i
0max
表示零序变化量最大值；
△
i
0qd
表示断线零序变化量定值；
60.2)i
0max
≥i
0op
；
61.其中，i
0max
表示零序过电流值；i
0op
表示断线零序过电流定值；
62.3)同时满足以上两条件判为该线路接地。
63.c、采用电流变化量结合位移信号的故障判别方法判断线路断线故障。.
64.简单来说，通过计算电流变化量采样值
△
i(k)及三相电流变化量最大值，结合线路上位移传感器信号获得的位移变化信号，判断线路断线及相应的断线相别。
65.其判据如下：
66.1)且(负值)；
67.其中，表示三相电流变化量最大值；
△
i
dx
表示断线电流变化量定值；
68.2)该相有位移信号变化：
69.3)同时满足以上两条件判为该相断线。
70.d、采用负序电流结合最小负荷电流的故障判别方法判断线路断线故障。
71.简单来说，通过计算负序电流采样值3i
a2
(k)＝i
a
(k) i
b
(k
‑
8)
‑
i
c
(k
‑
4)及负序电流有效值
72.3i
a2
，结合线路最小负荷电流，判断线路断线及相应的断线相别。
73.其判据如下：
74.1)i2≥i
2qd
；
75.其中，i2表示负序电流(i表示电流2负序)；i
2qd
表示负序定值；
76.2)
77.其中，表示一相电流；i
fhmin
表示最小负荷电流；
78.3)同时满足以上两条件判为该相断线。
79.需要说明的是，本技术由于通过在电杆本体上设置了多种传感器单元，从而获得了快速、准确的多种检测数据，例如电流变化、变压变化、位移变化等，进而不仅可提供不同于现有算法的故障检测方法，而且相比于现有检测算法，本技术还能够达到更高精度和高准确率的故障点指示。
80.通信模块33，用于提供多种通信通道，以供与各传感器单元2、主站、及其他智能终端3通信连接；
81.其中，所述温度传感器21与位移传感器22所采集的监测数据通过低功率或微功率无线通信的方式传输至微控制器31，以供监测设备运行状态；
82.所述气体监测器24所采集的检测数据通过串行总线的通信方式传输至微控制器31，以供监测周围环境状态。例如，可采用rs
‑
485串行总线通信方式。
83.于本技术一实施例中，所述通信模块33的通信方式包括：4g/5g、光纤、串行总线、及专用无线中任意一种或多种。举例来说，专用无线是指使用开放允许的某个频率。
84.另外，所述系统还包括：5g微基站4，设于所述电杆本体1上，为网络运营商提供5g网络通信载体。
85.于多个实施例中，作为本配电线智能电杆系统的分布式智能终端3，可通过5g或光纤实现与主站通信功能；相关就地终端可通过无线网相互通信，实现配电线路故障的精准识别。在区域配电网中全面实现配电线路的运行监控、故障识别及配电网智能化。
86.于本技术一实施例中，所述智能终端3还包括：gps/北斗定位模块34，以供精定位
智能终端3所在地理为位置。
87.于本技术一实施例中，所述智能终端3还包括：电源模块35，由配电线路提供主电源，为本智能终端3、本系统中各传感器单元2与其它设备提供供电电源。
88.举例来说，电源模块35由ac220v提供主电源，并配置储能蓄电池作为断电时的短时备用，太阳能板作为补充。电源输出dc48v供给5g微基站4电源，dc12v供微控制器31电源。
89.整体来说，本技术所述的配电线智能电杆系统，通过线夹温度传感器21、位移传感器22实现设备运行状态监测；通过电流/电压互感器23实现线路电气参数监测及故障判别；通过气体监测器24实现大气环境监测；电杆可搭载5g微基站4并为其提供电源；智能终端3作为配电物联网终端实现系统的智能化控制。
90.如图3所示，展示为本技术于一实施例中配电物联智能系统的结构示意图。如图所示，所述配电物联智能系统包括：
91.一或多个如图1所示的配电线智能电杆系统100；配电物联网主站200；其中，所述配电线智能电杆系统100包括智能终端3，以用于监测设备运行状态、监测周围环境状态、及判别电气故障；同时提供多种通信模块，以供与各传感器单元、配电物联网主站200、及其他智能终端3通信连接。
92.于本实施例中，配电线智能电杆系统100中的智能终端3可作为配电物联网的终端单元，为配电物联网提供分布的配电设备运行状态信息。通过分布式的智能终端3(1
……
n)，采集区域内相关的全部配电设备状态，可实现区域配电设备的智能化管理功能。
93.综上所述，本技术所述的配电线智能电杆系统、及其应用的配电物联智能系统，能够实现对电杆相关电气元件的线路运行状况、设备工作状态、周边环境状况的监测与判断，实现线路故障点的精准定位，可提高配电网供电可靠性水平，为实现配电物联网提供良好的基础。
94.本技术有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
95.上述实施例仅例示性说明本技术的原理及其功效，而非用于限制本技术。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本技术的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中包含通常知识者在未脱离本技术所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本技术的权利要求所涵盖。