一种智能配电自动化终端装置及智能配电故障诊断方法

技术领域

本发明涉及配电自动化终端领域，具体涉及一种智能配电自动化终端装置及智能配电故障诊断方法。

背景技术

配电自动化是指以配电网一次网架和设备为基础，综合利用计算机、信息及通信等技术，并通过与相关应用系统的信息集成，实现对配电网的监测、控制和快速故障隔离，为配电管理系统提供实时数据支撑。通过快速故障处理，提高供电可靠性；通过优化运行方式，改善供电质量、提升电网运营效率和效益。

传统的配电自动化终端基于主站、通信、终端模式，实现配电系统运行状态遥测、遥信以及遥控，监控参数局限于基本的电能参数，故障识别判断一般在主站完成，忽略了配电室。并且故障诊断只能根据监控电压、电流等单一参量进行判断，准确率相对较低。

为此，本发明提供一种智能配电自动化终端装置及智能配电故障诊断方法，用于解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明提供一种智能配电自动化终端装置及智能配电故障诊断方法，用于提高智能配电自动化终端故障诊断准确率。

第一方面，本发明提供一种智能配电自动化终端装置，包括控制模块、电源模块、非电量信息采集模块、电量采集模块、图像采集模块和数据传输模块，其中：

控制模块、非电量信息采集模块、电量采集模块、图像采集模块和数据传输模块均与电源模块电连接；非电量信息采集模块、电量采集模块、图像采集模块和数据传输模块均与控制模块相连；

非电量信息采集模块，用于采集配电室内指定的监测点的温度，还用于采集配电室内指定监测点的振动信号；

电量采集模块，用于采集配电室内指定的监测点所在配电线路的电能参数信息；

图像采集模块，用于采集配电室内指定的监测点的图像；

数据传输模块，用于本装置的数据传输；

控制模块，用于基于非电量信息采集模块、电量采集模块和图像采集模块采集到的数据分析配电系统是否故障，并用于调用数据传输模块将故障分析结果及其对应的采集数据发送至远程监控平台；

各监测点，分别为配电室内预先设定的用于进行配电故障诊断的位置。

进一步地，所述控制模块采用预先设定的故障树模型，利用非电量信息采集模块、电量采集模块和图像采集模块采集到的数据分析配电系统是否故障。

进一步地，所述控制模块采用预先设定的故障树模型，利用非电量信息采集模块、电量采集模块和图像采集模块采集到的数据分析配电系统是否故障，具体实现方法为：

利用非电量信息采集模块、电量采集模块和图像采集模块采集到的数据，分析故障树模型的底层事件的发生状态；所述发生状态包括发生和不发生两种状态；

将上述分析得到的故障树模型的底层事件的发生状态代入故障树模型，分析顶事件是否发生；

若分析结果为顶事件发生，则配电系统故障；

若分析结果为顶事件不发生，配电系统正常运行则配电系统正常运行。

进一步地，所述控制模块采用Cotex-M4内核的STM32F407ZGT6芯片。

进一步地，所述电源模块包括220V电网电源、UPS备用电源、AC-DC整流电路和DC-DC转换器，其中：

所述电源模块通过AC-DC整流电路将220V电网电源输出的220V交流电源降为12V直流电源，并通过DC-DC转换器将所述12V直流电源转为5V直流电源和3.3V直流电源进行输出。

进一步地，所述非电量信息采集模块包括振动传感器和温度传感器。

进一步地，所述电量采集模块采用ATT7022B电能计量芯片，用于测量监控线路的电压和电流。

进一步地，所述图像采集模块采用OV2640摄像头模组。

第二方面，本发明提供一种智能配电故障诊断方法，该智能配电故障诊断方法基于以上各方面所述的智能配电自动化终端装置，包括步骤：

S1、接通智能配电自动化终端装置电源，控制模块完成系统自检以及时钟校验；

S2、电量采集模块、图像采集模块、非电量信息采集模块进行初始化；

S3、数据传输模块完成通讯自检，智能配电自动化终端装置完成入网操作；

S4、电量采集模块、图像采集模块和非电量信息采集模块均执行数据采集，并将所采集到的数据上传至控制模块；

S5、控制模块基于非电量信息采集模块、电量采集模块和图像采集模块上传来的数据分析配电系统是否故障，之后调用数据传输模块将故障分析结果及对应的采集数据发送至远程监控平台。

本发明的有益效果在于，

(1)本发明提供的智能配电自动化终端装置及智能配电故障诊断方法，不仅能采集配电室内指定的监测点所在配电线路的电能参数信息，还可采集配电室内指定的监测点的温度，还用于采集配电室内指定监测点的振动信号，打破了现有技术中对配电室内配电设备电量参数的单一监控，有助于更为全面地监控配电系统的运行状态

(2)本发明提供的智能配电自动化终端装置及智能配电故障诊断方法，引入非电量监测参数，共同建立故障树模型，提高了配电故障识别准确率。

(3)本发明提供的智能配电自动化终端装置及智能配电故障诊断方法，集成有图像采集模块，并能完成图像采集模块采集的图像的上传，便于监控人员对配电故障更加直观地了解，继而有助于实现配电自动化的遥视功能。

此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一个实施例的智能配电自动化终端装置的示意性框图。

图2是本发明所述故障树模型的一个示意性结构框图。

图3是本发明一个实施例的方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

图1是本发明一个实施例的智能配电自动化终端装置的示意性框图。

如图1所示，该智能配电自动化终端装置，包括控制模块1、电源模块2、非电量信息采集模块3、电量采集模块4、图像采集模块5和数据传输模块6。

(1)电源模块2

电源模块2用于为控制模块1、非电量信息采集模块3、电量采集模块4、图像采集模块5和数据传输模块6提供电源。

(2)非电量信息采集模块3

非电量信息采集模块3与控制模块1相连，用于采集配电室内指定的监测点的温度，还用于采集配电室内指定监测点的振动信号。

具体地，非电量信息采集模块3包括若干个振动传感器和若干个温度传感器。振动传感器和温度传感器的数量，可依据实际情况设定。

使用时，温度传感器可一对一或多对一(温度传感器多)地安装在待监测温度的监测点的旁边。各待监测温度的监测点可依据实际需要进行设定。温度传感器用于对应监测其旁监测点的温度。振动传感器可一对一或多对一(振动传感器多)地安装在待监测振动信号的监测点所在位置下方的配电柜柜体上。振动传感器用于监测其对应的监测点的振动信号。

配电室内的配电设备均集成在配电柜内。

在本说明书中，所涉及的各个监测点，分别为配电室内预先设定的用于进行配电故障诊断的位置。

(3)电量采集模块4

电量采集模块4与控制模块1相连。

电量采集模块4用于采集配电室内指定的监测点所在配电线路的电能参数信息。

具体地，在本实施例中，电量采集模块4采用若干个ATT7022B电能计量芯片，用于一对一测量配电室内指定的监测点所在配电线路的电压和电流。比如配电室内有三个需要监测其电流和电压的监测点，则电量采集模块4采用三个ATT7022B电能计量芯片，该三个ATT7022B电能计量芯片用于一对一监测上述三个监测点所在配电线路的电压和电流。

(4)图像采集模块5

图像采集模块5与控制模块1相连。

图像采集模块5用于采集配电室内指定的监测点的图像。

具体地，所述图像采集模块5采用至少一个OV2640摄像头模组，使用时，OV2640摄像头模组安装在配电室内，可以360度旋转，能够360度拍摄配电室内设备图像，用以完成配电室内部图像采集功能。

(5)数据传输模块6

数据传输模块6，与控制模块1相连，用于本智能配电自动化终端装置的数据上传。

(6)控制模块1

该控制模块1，用于基于非电量信息采集模块3、电量采集模块4和图像采集模块5采集到的数据分析配电系统是否故障，并用于调用数据传输模块6将故障分析结果及对应的采集数据发送至远程监控平台。

具体使用时，非电量信息采集模块3采集各相关监测点的温度和振动信号并上传控制模块1，电量采集模块4采集各相关配电线路上的电压和电流并上传控制模块1，图像采集模块5采集各相关监测点的图像并上传控制模块1，之后由控制模块1：基于非电量信息采集模块3、电量采集模块4和图像采集模块5上传的数据分析配电系统，之后调用数据传输模块6，将故障分析结果及其对应的采集数据(即非电量信息采集模块、电量采集模块和图像采集模块采集到的各相关数据)上传至远程监控平台。

可选地，作为本发明一个实施例，所述控制模块1采用Cotex-M4内核的STM32F407ZGT6芯片，其采用SWD模式下载调试程序。需要说明的是，所述控制模块1可由本领域技术人员依据实际情况，选择现有技术中的其他ARM控制器进行实现。

可选地，作为本发明一个实施例，STM32F407ZGT6芯片采用μCOSIII操作系统。在本实施例中，在μCOSIII操作系统中创建了看门狗任务、接入网络任务、心跳监测任务、数据信息发送任务、故障树模型初始化任务、电量信息采集任务和非电量信息采集任务。其中，看门狗任务用于完成STM32F407ZGT6芯片自检功能；接入网络任务与心跳监测任务，用于完成网络连接与畅通任务；数据信息发送任务，用于完成数据发送；故障树模型初始化任务，用于完成电量采集模块4、图像采集模块5、非电量信息采集模块3的初始化；电量信息采集任务，用于完成所监控配电设备的电能参数信息状态参数采集功能；非电量信息采集任务，用于完成所监控配电设备的温度和振动信号状态参数采集功能。

可选地，作为本发明一个示意性实施例，所述控制模块1采用预先设定的故障树模型，利用非电量信息采集模块3、电量采集模块4和图像采集模块5采集到的数据分析配电系统是否故障。

可选地，作为本发明一个示意性实施例，所述控制模块1采用预先设定的故障树模型，利用非电量信息采集模块3、电量采集模块4和图像采集模块5采集到的数据分析配电系统是否故障，具体实现方法为：

利用非电量信息采集模块、电量采集模块和图像采集模块采集到的数据，分析故障树模型的底层事件的发生状态；所述发生状态包括发生和不发生两种状态；

将上述分析得到的故障树模型的底层事件的发生状态代入故障树模型，分析顶事件是否发生；

若分析结果为顶事件发生，则配电系统故障；

若分析结果为顶事件不发生，配电系统正常运行则配电系统正常运行。

在本实施例中，所述故障树模型的建立包括步骤：

(1)故障树事件的定义

将配电系统(对应配电室的配电系统)的运行状态分为正常与故障两种状态。

故障树的顶事件代表配电设备故障，顶事件发生代表配电设备故障发生，顶事件不发生代表配电设备故障不发生，即代表配电设备运行正常；

设置故障树的底层事件(可依据实际情况设定)的总数量为n个，具体地，用Ti表示故障树的第i个底层事件(下简称“底事件”)的状态变量，i＝1，2，3，...，n；用Φ(T)代表故障树的顶事件的状态变量，进行如下定义：

(2)故障树的简化

计算故障树的最小割集，比如计算出故障树有S个最小割集，该S个最小割集形成最小割集集合{K

其中式②中，t

图2是预先创建的一个实施例的配电室内配电系统的故障树模型的框图示意图。图2中的“配电系统故障”为故障树的顶事件。图2中所示的机械故障、电气故障和载流故障，为配电系统故障中的三种配电故障。图2中所示的机构卡涩、部件变形损坏、合分闸铁芯松动、轴销松断、接线接触不良、端子松动、合闸接触器故障、触点接触不良、触点烧毁脱落、引线故障和软连接断裂，为本实施例中故障树中的全部底事件，总计11个，对应上述S＝11。图2中底事件“机构卡涩”、“部件变形损坏”、“合分闸铁芯松动”、“轴销松断”、“接线接触不良”、“端子松动”、“合闸接触器故障”、“触点接触不良”、“触点烧毁脱落”、“引线故障”和“软连接断裂”的状态变量依次用T

A＝T

往上一级，得：

Φ(T)＝A∪B∪C。

将A＝T

Φ(T)＝(T

从上式得到三个最小割集(对应S＝3)：

K

(3)故障树评价

将分析得到的各底层事件的发生状态代入故障树模型，分析顶事件是否发生，其中：若分析得到Φ(T)＝1，则顶事件发生，此时有配电系统故障；若分析得到Φ(T)＝0，则顶事件不发生，此时有配电系统正常运行。

在本实施例中，故障树的各最小割集的重要度关系为K

作为本发明的一个示意性实施例，本说明书中所涉及的利用非电量信息采集模块、电量采集模块和图像采集模块采集到的数据，分析故障树模型的底层事件的发生状态，具体实现方法可以为但不限于：

通过非电量信息采集模块采集的温度以及图像采集模块采集到的图像信息，分析底事件“接线接触不良”和“触点接触不良”的发生状态(即发生或不发生)；

通过图像采集模块采集到的图像信息，分析底事件“部件变形损坏”、“轴销松断”及“软连接断裂”的发生状态(即发生或不发生)；

通过电量采集模块采集到的电压、电流数据，分析底事件“合分闸铁芯松动”、“引线故障”、“合闸接触器故障”和“触点烧毁脱落”的发生状态；

通过非电量信息采集模块采集到的振动信号，分析底事件“机构卡涩”和“端子松动”的发生状态。

具体地，如图2所示，在本实施例中，故障树模型中底事件为“机构卡涩”、“部件变形损坏”、“合分闸铁芯松动”、“轴销松断”、“接线接触不良”、“端子松动”、“合闸接触器故障”、“触点接触不良”、“触点烧毁脱落”、“引线故障”和“软连接断裂”共计11件，与此相对应地：

非电量信息采集模块包括至少两个温度传感器，用于监测底事件“接线接触不良”和“触点接触不良”对应的监测点的温度；

非电量信息采集模块包括至少两个振动传感器，用于采集底事件“机构卡涩”和“端子松动”对应的监测点处的振动信号；

图像采集模块用于采集底事件“接线接触不良”、“触点接触不良”、“部件变形损坏”、“轴销松断”及“软连接断裂”各自对应的监测点的图像；

电量采集模块用于采集底事件“合分闸铁芯松动”、“引线故障”、“合闸接触器故障”和“触点烧毁脱落”各自对应的监测点的电压及电流。

具体实现时，可预先设定四类监测点，即第一类监测点、第二类监测点、第三类监测点和第四类监测点，其中：

第一类监测点，通过监测点的温度及图像，分析对应底事件的发生状态；

第二类监测点，仅通过监测点的图像，分析对应底事件的发生状态；

第三类监测点，通过监测点的电压和电流，分析对应底事件的发生状态；

第四类监测点，通过监测点的振动信号，分析对应底事件的发生状态。

本发明中所涉及的监测点的温度，均通过非电量信息采集模块的温度传感器进行监测。本发明中所涉及的监测点的振动信号，均通过非电量信息采集模块的振动传感器进行监测。本发明中所涉及的监测点的图像，均通过图像采集模块进行采集。本发明中所涉及的监测点的电压和电流，均通过电量采集模块进行采集。以图2中载流故障的“触点接触不良”、“引线故障”、“软连接断裂”为例，其中：触点接触不良会导致触点温度升高，但是温度升高不一定时发生触点接触不良现象，本实施例中引入了图像信息，通过非电量信息采集模块采集到的触点的温度、以及通过图像采集模块采集到的对应触点的图像，分析对应触点是否发生触点接触不良，继而分析出底事件“触点接触不良”的发生状态；引线故障常常发生在引线的接头处，引线故障易出现发热甚至烧毁接头的情况，引起引线电流、电压过大，具体实施时，可通过分析电量采集模块采集到的配电线路的电流、电压是否过大分析底事件“引线故障”的发生状态；通过图像采集模块采集到的对应触点的图像信息，分析底事件“软连接断裂”的发生状态。另外以图2中电气故障的“端子松动”为例：分析非电量信息采集模块采集到的振动信号的振幅是否超过预先设定的振幅阈值，若超过，则底事件“端子松动”发生，否则底事件“端子松动”不发生。其他底事件的发生状态的分析，可对应参照以上底事件的发生状态的分析。

可选地，作为本发明一个实施例，所述电源模块2包括220V电网电源、UPS备用电源、AC-DC整流电路和DC-DC转换器，其中：

所述电源模块2通过所述AC-DC整流电路将220V电网电源输出的220V交流电源降为12V直流电源，并通过DC-DC转换器将所述12V直流电源转为5V直流电源和3.3V直流电源进行输出。

可选地，作为本发明一个实施例，所述UPS备用电源输出220V交流电源。所述电源模块2通过所述AC-DC整流电路将UPS备用电源输出的220V交流电源降为12V直流电源、并通过DC-DC转换器将所述12V直流电源转为5V直流电源和3.3V直流电源进行输出。

本发明还提供一种智能配电故障诊断方法，如图3所示，该智能配电故障诊断方法基于上述各方面所述的智能配电自动化终端装置。

具体地，参见图3，该智能配电故障诊断方法包括：

步骤S1、接通智能配电自动化终端装置电源，控制模块完成系统自检以及时钟校验；

步骤S2、电量采集模块、图像采集模块、非电量信息采集模块进行初始化；

步骤S3、数据传输模块完成通讯自检，智能配电自动化终端装置完成入网操作；

步骤S4、电量采集模块、图像采集模块和非电量信息采集模块均执行数据采集，并将所采集到的数据上传至控制模块；

步骤S5、控制模块基于非电量信息采集模块、电量采集模块和图像采集模块上传来的数据分析配电系统是否故障，之后调用数据传输模块将故障分析结果及对应的采集数据发送至远程监控平台。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。