基于配電網低壓臺區故障預測系統檢測裝置的設計研究

韋宗布

（廣西廣信電力建設有限公司，廣西 崇左 532200）

0 引 言

近些年我國不斷擴大配電網規模，為保障配電網運行的安全性，實現用戶用電的穩定性，需要實時監測配電網低壓臺區。在基于配電網低壓臺區運維工作中，運維人員需要采取合適的措施分析基于配電網低壓臺區相關設備的運行情況，但是當前缺乏相應的工作裝置。文章分析基于配電網低壓臺區故障預測系統，利用相關硬件監測相關設備，并利用軟件處理相關數據，及時發現配電網低壓臺區出現的問題，避免長時間停電，提高整體用電質量，維持居民用電的穩定性和安全性。

1 基于配電網低壓臺區故障預測系統檢測裝置

1.1 硬件結構設計

基于配電網低壓臺區故障預測系統檢測裝置的具體結構如圖1所示。裝置包括微處理器模塊、人機交互模塊、網絡通信模塊、電源模塊、低壓開關溫度采集模塊、低壓開關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 基于配電網低壓臺區故障預測系統檢測裝置結構

1.2 監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數據，另一方面可以用來通信，還可以儲存大容量的數據和程序。該芯片中包括模塊轉換器、直接存儲器以及各類通信接口等，有利于全面檢測配電網低壓臺區[1]。

1.3 低壓開關電壓電流采集模塊和低壓開關溫度采集模塊設計

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。如果設備溫度為0 ℃，測溫元件阻值通常是100 Ω。如果設備溫度為100 ℃，阻值將會達到138.51 Ω。在低壓開關溫度測量部位設置測溫探頭，改變低壓開關運行溫度后，將會改變其組織，同時會改變微處理器模擬數字轉換器（Analog to Digital Converter，ADC）引腳電壓值，最后測量低壓開關的運行溫度。

測量電壓采集模塊的過程中，需要分析開關出線導線主絕緣介質的損耗情況，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。轉換采集的電壓信號和電流信號后，可以獲取低壓開關電壓值和電流值[2]。

2 基于配電網低壓臺區故障預測系統檢測裝置軟件設計

2.1 系統軟件整體設計

該系統的軟件軟件設計部分主要包括模擬數字（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。為保障系統的可靠性，需要實現模塊劃分。軟件設計的首先要完成操作系統移植工作，其次在系統上進行軟件設計，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化為數字信號，從而實現單片機計算。如果發生短路問題，報警器將會發出報警。

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系統是否發生短路故障，并通過計算確定輸出電壓和輸入電流的比值，確定配電網系統中輸入電路和輸出電壓之間的關系。單片機電壓采樣之后，需確定判斷結果。出現故障，報警一段時間后工作人員采取控制措施，實現系統復位，從而進入初始狀態，為下一次故障處理做好準備。

2.2 選擇軟件開發環境

在MDK5.14環境中開發基于配電網低壓臺區故障預測系統檢測裝置。MDK5.14環境綜合了MDK4和MDK3的優點。當前在該類硬件開發中進行推廣應用，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，一方面可以發揮語法監測作用，另一方面可以提示相關代碼。對比過去的開發環境，這一環境更加優越。

2.3 檢測裝置的程序框架設計

本監控設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低壓臺區低壓開關電壓、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后臺。程序整體框架如圖2所示。

圖2 程序整體框架

監測裝置程序發揮著重要作用，一方面支持采集低壓開關監測數據，另一方面可以支持預測異常或者故障狀態。實現系統初始化處理之后，經過不同的采集程序采集電壓數據、電流數據以及溫度數據等，最終將數據在顯示屏中實時顯示。系統執行數據分析、處理、加密程序后，向系統后臺傳輸數據。

3 基于配電網低壓臺區故障預測系統檢測裝置抗干擾設計

在配電網中，實時監控技術被廣泛用于配電網絡的故障診斷。電力系統的在線監控會受外部環境影響，如何消除這些外部環境對電力系統的影響，是電力系統實時監控的一個重要課題。配電網絡中，故障預報系統的主要檢測指標為故障發生時的放電脈沖，而脈沖信號的采集能否全面準確地反映出配電網絡的運行狀態，直接關系其能否準確地判定出系統出現的異常和缺陷[4]。在變電站中，電力系統中存在著數量眾多的電力裝置。這些裝置在工作中會出現一些不穩定的現象，會對電力系統中各種電力裝置的檢測精度造成很大的影響。因此，實時監控電力裝備是當前電力裝備在線監控技術中亟待解決的問題。

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。抗干擾分層處理綜合模型結構如圖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生最小的影響，前面一步驟的濾波不會對后續的濾波產生任何影響。具體的步驟如下：首先，要將具有較高連續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上，提出利用Fourier序列消除噪聲的方案[6]。

4 結 論

文章研究了基于配電網低壓臺區故障預測系統檢測裝置，實時收集和判定配電線路中低壓臺區中的低壓開關電壓、電流和溫度等數據，并將收集到的數據經過數據壓縮和封裝，通過無線傳輸到配電線路中低壓臺區中，從而達到對配電線路中低壓臺區實時監控的目的。同時，后臺系統分析監控設備所收集到的數據，并根據配電設備的工作狀況，判定所選臺區是不是發生了異常或故障。當發生問題時，會彈出一個提示框，提示有關工作人員進行檢查并進行維修。該監控系統不但可以有效地提升配電系統中有關工作人員的工作效能，也對配電系統的智能管理起到了很大的促進作用。