基于配電網(wǎng)低壓臺區(qū)故障預測系統(tǒng)檢測裝置的設(shè)計研究

韋宗布

（廣西廣信電力建設(shè)有限公司，廣西 崇左 532200）

0 引 言

近些年我國不斷擴大配電網(wǎng)規(guī)模，為保障配電網(wǎng)運行的安全性，實現(xiàn)用戶用電的穩(wěn)定性，需要實時監(jiān)測配電網(wǎng)低壓臺區(qū)。在基于配電網(wǎng)低壓臺區(qū)運維工作中，運維人員需要采取合適的措施分析基于配電網(wǎng)低壓臺區(qū)相關(guān)設(shè)備的運行情況，但是當前缺乏相應(yīng)的工作裝置。文章分析基于配電網(wǎng)低壓臺區(qū)故障預測系統(tǒng)，利用相關(guān)硬件監(jiān)測相關(guān)設(shè)備，并利用軟件處理相關(guān)數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)低壓臺區(qū)出現(xiàn)的問題，避免長時間停電，提高整體用電質(zhì)量，維持居民用電的穩(wěn)定性和安全性。

1 基于配電網(wǎng)低壓臺區(qū)故障預測系統(tǒng)檢測裝置

1.1 硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于配電網(wǎng)低壓臺區(qū)故障預測系統(tǒng)檢測裝置的具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。裝置包括微處理器模塊、人機交互模塊、網(wǎng)絡(luò)通信模塊、電源模塊、低壓開關(guān)溫度采集模塊、低壓開關(guān)電壓電流采集模塊以及頻率跟蹤測量模塊。其中，微處理器主要包括復位電路、存儲電路、通信接口以及時鐘電路。

圖1 基于配電網(wǎng)低壓臺區(qū)故障預測系統(tǒng)檢測裝置結(jié)構(gòu)

1.2 監(jiān)測裝置微處理器的選擇

微處理器模塊利用芯片處理器，一方面可以處理相關(guān)數(shù)據(jù)，另一方面可以用來通信，還可以儲存大容量的數(shù)據(jù)和程序。該芯片中包括模塊轉(zhuǎn)換器、直接存儲器以及各類通信接口等，有利于全面檢測配電網(wǎng)低壓臺區(qū)[1]。

1.3 低壓開關(guān)電壓電流采集模塊和低壓開關(guān)溫度采集模塊設(shè)計

溫度采集模塊中包括測溫原件和溫度變送電路。測溫元件運行過程中，溫度改變后將會改變熱敏材料的阻值。如果設(shè)備溫度為0 ℃，測溫元件阻值通常是100 Ω。如果設(shè)備溫度為100 ℃，阻值將會達到138.51 Ω。在低壓開關(guān)溫度測量部位設(shè)置測溫探頭，改變低壓開關(guān)運行溫度后，將會改變其組織，同時會改變微處理器模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter，ADC）引腳電壓值，最后測量低壓開關(guān)的運行溫度。

測量電壓采集模塊的過程中，需要分析開關(guān)出線導線主絕緣介質(zhì)的損耗情況，以此完成電壓信號和電流信號的測量。采集電壓信號時，先通過精密電壓互感器開展除噪處理，再利用AD7606采集信號。轉(zhuǎn)換采集的電壓信號和電流信號后，可以獲取低壓開關(guān)電壓值和電流值[2]。

2 基于配電網(wǎng)低壓臺區(qū)故障預測系統(tǒng)檢測裝置軟件設(shè)計

2.1 系統(tǒng)軟件整體設(shè)計

該系統(tǒng)的軟件軟件設(shè)計部分主要包括模擬數(shù)字（Analog to Digital，AD）采樣主控部分、ABC相故障檢測以及液晶顯示等部分。為保障系統(tǒng)的可靠性，需要實現(xiàn)模塊劃分。軟件設(shè)計的首先要完成操作系統(tǒng)移植工作，其次在系統(tǒng)上進行軟件設(shè)計，再次確定硬件部分是否合理，最后編寫軟件。

2.1.1 AD采樣主控模塊

軟件核心為AD采樣主控部分，單片機經(jīng)過精密整流濾波電路處理之后進行信號處理，通過AD采集模塊可以將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，從而實現(xiàn)單片機計算。如果發(fā)生短路問題，報警器將會發(fā)出報警。

2.1.2 ABC相故障檢測模塊

利用ABC相故障檢測模塊確定配電網(wǎng)系統(tǒng)是否發(fā)生短路故障，并通過計算確定輸出電壓和輸入電流的比值，確定配電網(wǎng)系統(tǒng)中輸入電路和輸出電壓之間的關(guān)系。單片機電壓采樣之后，需確定判斷結(jié)果。出現(xiàn)故障，報警一段時間后工作人員采取控制措施，實現(xiàn)系統(tǒng)復位，從而進入初始狀態(tài)，為下一次故障處理做好準備。

2.2 選擇軟件開發(fā)環(huán)境

在MDK5.14環(huán)境中開發(fā)基于配電網(wǎng)低壓臺區(qū)故障預測系統(tǒng)檢測裝置。MDK5.14環(huán)境綜合了MDK4和MDK3的優(yōu)點。當前在該類硬件開發(fā)中進行推廣應(yīng)用，包括編輯器、包安裝器以及編譯器等部分。利用Software Packs可以升級芯片和中間庫，而且可以給予獨立支持，一方面可以發(fā)揮語法監(jiān)測作用，另一方面可以提示相關(guān)代碼。對比過去的開發(fā)環(huán)境，這一環(huán)境更加優(yōu)越。

2.3 檢測裝置的程序框架設(shè)計

本監(jiān)控設(shè)備的軟件程序的目的是采集、分析、處理、提取以及解析配電網(wǎng)低壓臺區(qū)低壓開關(guān)電壓、電流、溫度等信息，并將有效信息通過加密的方式傳送出去。首先，需要對該程序進行初始化處理，并對其進行資源配置[3]。其次，該程序會運行主程序，對電壓、電流的采集和轉(zhuǎn)換進行運算，還會分析、處理和加密采集到的信息。最后，將信息封裝并傳送到系統(tǒng)后臺。程序整體框架如圖2所示。

圖2 程序整體框架

監(jiān)測裝置程序發(fā)揮著重要作用，一方面支持采集低壓開關(guān)監(jiān)測數(shù)據(jù)，另一方面可以支持預測異?；蛘吖收蠣顟B(tài)。實現(xiàn)系統(tǒng)初始化處理之后，經(jīng)過不同的采集程序采集電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)以及溫度數(shù)據(jù)等，最終將數(shù)據(jù)在顯示屏中實時顯示。系統(tǒng)執(zhí)行數(shù)據(jù)分析、處理、加密程序后，向系統(tǒng)后臺傳輸數(shù)據(jù)。

3 基于配電網(wǎng)低壓臺區(qū)故障預測系統(tǒng)檢測裝置抗干擾設(shè)計

在配電網(wǎng)中，實時監(jiān)控技術(shù)被廣泛用于配電網(wǎng)絡(luò)的故障診斷。電力系統(tǒng)的在線監(jiān)控會受外部環(huán)境影響，如何消除這些外部環(huán)境對電力系統(tǒng)的影響，是電力系統(tǒng)實時監(jiān)控的一個重要課題。配電網(wǎng)絡(luò)中，故障預報系統(tǒng)的主要檢測指標為故障發(fā)生時的放電脈沖，而脈沖信號的采集能否全面準確地反映出配電網(wǎng)絡(luò)的運行狀態(tài)，直接關(guān)系其能否準確地判定出系統(tǒng)出現(xiàn)的異常和缺陷[4]。在變電站中，電力系統(tǒng)中存在著數(shù)量眾多的電力裝置。這些裝置在工作中會出現(xiàn)一些不穩(wěn)定的現(xiàn)象，會對電力系統(tǒng)中各種電力裝置的檢測精度造成很大的影響。因此，實時監(jiān)控電力裝備是當前電力裝備在線監(jiān)控技術(shù)中亟待解決的問題。

文章采用了一種新的對干擾信號進行綜合處理的方式，逐級濾波獲得的信號，從而最大限度地提取最多的脈沖?？垢蓴_分層處理綜合模型結(jié)構(gòu)如圖3所示。這種一體化的去干擾模型可分成3個步驟，每個步驟都要盡可能地對原有的信號產(chǎn)生最小的影響，前面一步驟的濾波不會對后續(xù)的濾波產(chǎn)生任何影響。具體的步驟如下：首先，要將具有較高連續(xù)性和周期性的干擾剔除，否則在不剔除這些干擾的情況下，用小波去噪技術(shù)剔除這些干擾，很有可能會將一些有價值的脈沖作為白噪音剔除出去；其次，對窄帶信號、小波信號進行去噪處理；最后，對信號進行去脈沖處理。通過上述的步驟過濾噪聲，可以獲得比較精確的局放信號[5]。在分析周期性窄帶干擾信號的基礎(chǔ)上，提出利用Fourier序列消除噪聲的方案[6]。

4 結(jié) 論

文章研究了基于配電網(wǎng)低壓臺區(qū)故障預測系統(tǒng)檢測裝置，實時收集和判定配電線路中低壓臺區(qū)中的低壓開關(guān)電壓、電流和溫度等數(shù)據(jù)，并將收集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)壓縮和封裝，通過無線傳輸?shù)脚潆娋€路中低壓臺區(qū)中，從而達到對配電線路中低壓臺區(qū)實時監(jiān)控的目的。同時，后臺系統(tǒng)分析監(jiān)控設(shè)備所收集到的數(shù)據(jù)，并根據(jù)配電設(shè)備的工作狀況，判定所選臺區(qū)是不是發(fā)生了異常或故障。當發(fā)生問題時，會彈出一個提示框，提示有關(guān)工作人員進行檢查并進行維修。該監(jiān)控系統(tǒng)不但可以有效地提升配電系統(tǒng)中有關(guān)工作人員的工作效能，也對配電系統(tǒng)的智能管理起到了很大的促進作用。