配電線路接點(diǎn)溫度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)系統(tǒng)

余婷婷

摘要：在電力系統(tǒng)中存在大量的帶電連接點(diǎn)，如輸配電線路的T型接點(diǎn)、接續(xù)點(diǎn)，電力設(shè)備中的開(kāi)關(guān)觸頭、母線連接點(diǎn)等，這些接點(diǎn)常因?yàn)槭艿礁g、接頭松動(dòng)、異物連接等原因造成接觸電阻增大，進(jìn)而導(dǎo)致溫度增高，嚴(yán)重時(shí)甚至引起設(shè)備起火，線路斷線等事故的發(fā)生。因此，若能實(shí)現(xiàn)對(duì)接點(diǎn)溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并根據(jù)溫度的歷史變化規(guī)律推演出未來(lái)的變化趨勢(shì)，將對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行具有重要的意義?；诖?，對(duì)配電線路接點(diǎn)溫度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：配電線路;接點(diǎn)溫度;監(jiān)測(cè)

引言

我國(guó)國(guó)土面積遼闊，地形復(fù)雜，配電線路分布廣泛，而配電線路作為電力網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，對(duì)保障電力能源的高效運(yùn)輸有關(guān)鍵性作用，但是因多方面因素影響，配電線路依然有一些比較常見(jiàn)的故障問(wèn)題，不利于電力能源的運(yùn)輸。配電線路一旦出現(xiàn)故障，將會(huì)導(dǎo)致規(guī)模性停電，容易給社會(huì)帶來(lái)不良影響，因此要重視配電線路常見(jiàn)故障的運(yùn)檢管理，促進(jìn)我國(guó)電力行業(yè)技術(shù)能力的持續(xù)提升，有助于提高社會(huì)發(fā)展的持續(xù)性。

1系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)分為配電線路接點(diǎn)、溫度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)系統(tǒng)按感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層4層結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)。感知層中由終端節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)兩部分組成，終端節(jié)點(diǎn)安裝在配電線路A，B，C三相的接續(xù)點(diǎn)處，以紅外測(cè)溫的方式獲取接點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)，每個(gè)終端接點(diǎn)均配置無(wú)線通信模塊。匯聚節(jié)點(diǎn)安裝在某桿塔處，負(fù)責(zé)組網(wǎng)控制與數(shù)據(jù)的接收匯總;網(wǎng)絡(luò)層中，終端節(jié)點(diǎn)與匯聚節(jié)點(diǎn)組成星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，它們之間使用LoRa擴(kuò)頻調(diào)制技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)與通信，并通過(guò)4G-LTEDTU透?jìng)髦辆W(wǎng)絡(luò)云平臺(tái)中;平臺(tái)層中，匯聚節(jié)點(diǎn)接入至阿里云并將溫度數(shù)據(jù)上傳，同時(shí)將溫度歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ);應(yīng)用層中，從云平臺(tái)中獲取接點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)并輸入至預(yù)測(cè)模型中，預(yù)測(cè)接點(diǎn)溫度的未來(lái)變化趨勢(shì)，還可在APP中與云平臺(tái)同步顯示接點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)值。

2配電線路常見(jiàn)故障

2.1單相接地故障

配電線路的實(shí)際施工中需要注意線路周?chē)慕^緣設(shè)置，這是保障配電線路穩(wěn)定、高效運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，若線路周?chē)慕^緣層遭到破壞將會(huì)影響其絕緣性能，而且可能會(huì)使線路出現(xiàn)單相接地故障，這一故障會(huì)有較高的危險(xiǎn)性，如導(dǎo)致大面積停電、爆炸等，甚至?xí)?dǎo)致比較嚴(yán)重的安全問(wèn)題。從實(shí)際調(diào)查分析來(lái)看，大多數(shù)單相接地故障與絕緣層老化有關(guān)。絕緣層需要定期更換，若未能夠定期更換也會(huì)導(dǎo)致老化而形成單相接地故障隱患。此外，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注居民區(qū)域配電線路的絕緣層，定期更換，防范該問(wèn)題的發(fā)生。

2.2客觀因素分析

客觀因素主要表示自然環(huán)境下產(chǎn)生的影響因素，屬于不可抗因素，同時(shí)也是不可預(yù)見(jiàn)的，比如，常見(jiàn)的地震、雷電、強(qiáng)風(fēng)等。配電線路所在地區(qū)發(fā)生了地震，地震后地面坍塌會(huì)引發(fā)配電線路發(fā)生二次災(zāi)害，也對(duì)輸電線路產(chǎn)生大規(guī)模的破壞。大風(fēng)會(huì)導(dǎo)致線路及設(shè)備發(fā)生損害或坍塌，甚至還會(huì)引發(fā)人員的傷亡。各種輸電設(shè)備自帶相應(yīng)的電荷，從而會(huì)引發(fā)雷電事故，導(dǎo)致線路發(fā)生燒毀、斷裂等。

3配電線路接點(diǎn)溫度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與預(yù)測(cè)

3.1通信方式的選擇

配電網(wǎng)的分支多、覆蓋范圍廣，桿塔與桿塔之間的距離為50m左右，在某一監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的終端節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)之間最遠(yuǎn)距離可達(dá)數(shù)百米，因此工作在2.4GHz頻段傳統(tǒng)的無(wú)線射頻芯片無(wú)論從通信距離或工作能耗上并不能滿足終端與匯聚節(jié)點(diǎn)之間的通信要求。低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)（LPWAN）覆蓋面廣、傳輸速率低、能耗小、成本低廉、連接數(shù)量大等特點(diǎn)，非常適合運(yùn)用在接點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)中，其中LoRa擴(kuò)頻調(diào)制通信采用特殊的擴(kuò)頻技術(shù)及降低通信速率，通信最遠(yuǎn)距離可達(dá)到15km。終端與匯聚節(jié)點(diǎn)均使用型號(hào)為A39-T400A21S1a的LoRa無(wú)線通信模組，該模塊將SX1268LoRa射頻芯片與主控芯片之間的通信方式從SPI轉(zhuǎn)換為串口通信，避免了移植復(fù)雜的LoRa協(xié)議棧。匯聚節(jié)點(diǎn)接收到的溫度數(shù)據(jù)通過(guò)4G-LTEDTU發(fā)送至云端，云端可存儲(chǔ)接點(diǎn)溫度的歷史數(shù)據(jù)，同時(shí)也可顯示接點(diǎn)當(dāng)前的溫度。選用型號(hào)為ATK-M751的4G-LTEDTU，通過(guò)RS485接口與匯聚節(jié)點(diǎn)通信，采用AT指令集進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，內(nèi)部集成了諸如MQTT，HTTP，TCP等互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，只需將數(shù)據(jù)通過(guò)RS485接口傳輸至DTU內(nèi)部，便可完成數(shù)據(jù)的協(xié)議轉(zhuǎn)化，無(wú)需額外移植相關(guān)的協(xié)議棧至匯聚節(jié)點(diǎn)內(nèi)，減少了匯聚節(jié)點(diǎn)的主控芯片工作量。

3.2加強(qiáng)線路改造，提高線路運(yùn)行管理效果

我國(guó)電力系統(tǒng)的發(fā)展和進(jìn)步，大多數(shù)電力企業(yè)需要更換陳舊的線路降低線路發(fā)生故障的概率，提供電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。線路更新中，需要從多個(gè)角度評(píng)估線材，利用全新的技術(shù)生產(chǎn)出的導(dǎo)線具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性和安全性。在實(shí)施線路改造和優(yōu)化的時(shí)候，要針對(duì)其發(fā)展現(xiàn)狀實(shí)施分析，不合理的線路要及時(shí)做出優(yōu)化處理。技術(shù)人員要對(duì)線路運(yùn)行不穩(wěn)定影響因素實(shí)施評(píng)估，制定風(fēng)險(xiǎn)因素規(guī)避發(fā)難，保證線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。電力企業(yè)管理部門(mén)需要定期開(kāi)展線路的維護(hù)和檢查，制定不同的管理方案，適當(dāng)增大配電線路的檢查頻率，避免10kV配電線路在惡劣環(huán)境下運(yùn)行。配電線路安裝的過(guò)程中，電力企業(yè)還要制定合理的監(jiān)督機(jī)制，針對(duì)影響線路安全運(yùn)行的不良因素進(jìn)行分析，制定針對(duì)性的解決方案。

3.3完善配電運(yùn)檢管理制度

隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)的電力需求越來(lái)越大，而保障配電線路的安全是社會(huì)現(xiàn)代化發(fā)展的重要前提，對(duì)此必須要重視提升對(duì)配電線路的運(yùn)維檢修。通過(guò)對(duì)電力部門(mén)的電力運(yùn)維檢修制度分析來(lái)看，其中存在的有一定的不足，并不能真正適用于當(dāng)下實(shí)際。新時(shí)代背景下，電力運(yùn)維管理部門(mén)要提高重視，加強(qiáng)對(duì)檢修制度的創(chuàng)新優(yōu)化，注重解決管理制度中存在的不足，并及時(shí)給予改進(jìn)。在人員管理方面，要加強(qiáng)對(duì)獎(jiǎng)懲制度的應(yīng)用，對(duì)于因操作問(wèn)題而引發(fā)故障的工作人員應(yīng)當(dāng)給予處罰，而對(duì)于工作積極性高、專業(yè)技術(shù)水平強(qiáng)的工作人員要給予獎(jiǎng)勵(lì)，做到賞罰分明的透明化管理。此外，檢修管理制度不僅要有全面性、綜合性，更要能夠抓住細(xì)節(jié)，不放過(guò)每一個(gè)可能導(dǎo)致故障的細(xì)節(jié)問(wèn)題。

3.4外圍電路

終端節(jié)點(diǎn)的主控芯片選擇STM32F103C8T6，匯聚節(jié)點(diǎn)的主控芯片選擇STM32F103ZET6，兩種主控芯片的程序存儲(chǔ)空間與變量存儲(chǔ)空間、控制引腳和通信引腳數(shù)量均滿足終端節(jié)點(diǎn)和匯聚節(jié)點(diǎn)的要求，與最小系統(tǒng)外圍電路共同組成控制中樞。終端節(jié)點(diǎn)采用鋰電池+太陽(yáng)能板聯(lián)合供電的方式。鋰電池選擇鋁包電池，輸出電壓為通信模塊供電的同時(shí)，經(jīng)過(guò)LDO芯片降壓并輔以濾波電路為主控芯片與其余電路供電。太陽(yáng)能板可在光照充足時(shí)，通過(guò)充放電管理芯片對(duì)鋰電池充電，鋁包電池內(nèi)部集成了充放電保護(hù)電路，防止過(guò)充過(guò)放現(xiàn)象的發(fā)生。匯聚節(jié)點(diǎn)功耗較大，不適合使用太陽(yáng)能+鋰電池的供電方式，因此部署在安裝有FTU的桿塔上。單相220V交流電經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電源被整流降壓至直流12V為4G-LTEDTU供電，同時(shí)經(jīng)過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)中的LDO芯片和電容濾波電路被降壓至5V和3.3V兩個(gè)等級(jí)的電壓，分別為通信模塊和主控芯片供電。

結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，生產(chǎn)水平不斷提高，且人們生活質(zhì)量的提高，生產(chǎn)和生活對(duì)供電都提出了更高的要求，因此需要電力系統(tǒng)進(jìn)一步加強(qiáng)線路運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。由于配電線路連接范圍較廣，運(yùn)行過(guò)程中極易受到外界因素的影響，電力企業(yè)需要重視對(duì)配電線路的檢查和維護(hù)，制定針對(duì)性的管理對(duì)策，促進(jìn)配電線路運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

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