基于配电网低压台区故障预测系统检测装置的设计研究

韦宗布

（广西广信电力建设有限公司，广西 崇左 532200）

0 引 言

近些年我国不断扩大配电网规模，为保障配电网运行的安全性，实现用户用电的稳定性，需要实时监测配电网低压台区。在基于配电网低压台区运维工作中，运维人员需要采取合适的措施分析基于配电网低压台区相关设备的运行情况，但是当前缺乏相应的工作装置。文章分析基于配电网低压台区故障预测系统，利用相关硬件监测相关设备，并利用软件处理相关数据，及时发现配电网低压台区出现的问题，避免长时间停电，提高整体用电质量，维持居民用电的稳定性和安全性。

1 基于配电网低压台区故障预测系统检测装置

1.1 硬件结构设计

基于配电网低压台区故障预测系统检测装置的具体结构如图1所示。装置包括微处理器模块、人机交互模块、网络通信模块、电源模块、低压开关温度采集模块、低压开关电压电流采集模块以及频率跟踪测量模块。其中，微处理器主要包括复位电路、存储电路、通信接口以及时钟电路。

图1 基于配电网低压台区故障预测系统检测装置结构

1.2 监测装置微处理器的选择

微处理器模块利用芯片处理器，一方面可以处理相关数据，另一方面可以用来通信，还可以储存大容量的数据和程序。该芯片中包括模块转换器、直接存储器以及各类通信接口等，有利于全面检测配电网低压台区[1]。

1.3 低压开关电压电流采集模块和低压开关温度采集模块设计

温度采集模块中包括测温原件和温度变送电路。测温元件运行过程中，温度改变后将会改变热敏材料的阻值。如果设备温度为0 ℃，测温元件阻值通常是100 Ω。如果设备温度为100 ℃，阻值将会达到138.51 Ω。在低压开关温度测量部位设置测温探头，改变低压开关运行温度后，将会改变其组织，同时会改变微处理器模拟数字转换器（Analog to Digital Converter，ADC）引脚电压值，最后测量低压开关的运行温度。

测量电压采集模块的过程中，需要分析开关出线导线主绝缘介质的损耗情况，以此完成电压信号和电流信号的测量。采集电压信号时，先通过精密电压互感器开展除噪处理，再利用AD7606采集信号。转换采集的电压信号和电流信号后，可以获取低压开关电压值和电流值[2]。

2 基于配电网低压台区故障预测系统检测装置软件设计

2.1 系统软件整体设计

该系统的软件软件设计部分主要包括模拟数字（Analog to Digital，AD）采样主控部分、ABC相故障检测以及液晶显示等部分。为保障系统的可靠性，需要实现模块划分。软件设计的首先要完成操作系统移植工作，其次在系统上进行软件设计，再次确定硬件部分是否合理，最后编写软件。

2.1.1 AD采样主控模块

软件核心为AD采样主控部分，单片机经过精密整流滤波电路处理之后进行信号处理，通过AD采集模块可以将模拟信号转化为数字信号，从而实现单片机计算。如果发生短路问题，报警器将会发出报警。

2.1.2 ABC相故障检测模块

利用ABC相故障检测模块确定配电网系统是否发生短路故障，并通过计算确定输出电压和输入电流的比值，确定配电网系统中输入电路和输出电压之间的关系。单片机电压采样之后，需确定判断结果。出现故障，报警一段时间后工作人员采取控制措施，实现系统复位，从而进入初始状态，为下一次故障处理做好准备。

2.2 选择软件开发环境

在MDK5.14环境中开发基于配电网低压台区故障预测系统检测装置。MDK5.14环境综合了MDK4和MDK3的优点。当前在该类硬件开发中进行推广应用，包括编辑器、包安装器以及编译器等部分。利用Software Packs可以升级芯片和中间库，而且可以给予独立支持，一方面可以发挥语法监测作用，另一方面可以提示相关代码。对比过去的开发环境，这一环境更加优越。

2.3 检测装置的程序框架设计

本监控设备的软件程序的目的是采集、分析、处理、提取以及解析配电网低压台区低压开关电压、电流、温度等信息，并将有效信息通过加密的方式传送出去。首先，需要对该程序进行初始化处理，并对其进行资源配置[3]。其次，该程序会运行主程序，对电压、电流的采集和转换进行运算，还会分析、处理和加密采集到的信息。最后，将信息封装并传送到系统后台。程序整体框架如图2所示。

图2 程序整体框架

监测装置程序发挥着重要作用，一方面支持采集低压开关监测数据，另一方面可以支持预测异常或者故障状态。实现系统初始化处理之后，经过不同的采集程序采集电压数据、电流数据以及温度数据等，最终将数据在显示屏中实时显示。系统执行数据分析、处理、加密程序后，向系统后台传输数据。

3 基于配电网低压台区故障预测系统检测装置抗干扰设计

在配电网中，实时监控技术被广泛用于配电网络的故障诊断。电力系统的在线监控会受外部环境影响，如何消除这些外部环境对电力系统的影响，是电力系统实时监控的一个重要课题。配电网络中，故障预报系统的主要检测指标为故障发生时的放电脉冲，而脉冲信号的采集能否全面准确地反映出配电网络的运行状态，直接关系其能否准确地判定出系统出现的异常和缺陷[4]。在变电站中，电力系统中存在着数量众多的电力装置。这些装置在工作中会出现一些不稳定的现象，会对电力系统中各种电力装置的检测精度造成很大的影响。因此，实时监控电力装备是当前电力装备在线监控技术中亟待解决的问题。

文章采用了一种新的对干扰信号进行综合处理的方式，逐级滤波获得的信号，从而最大限度地提取最多的脉冲。抗干扰分层处理综合模型结构如图3所示。这种一体化的去干扰模型可分成3个步骤，每个步骤都要尽可能地对原有的信号产生最小的影响，前面一步骤的滤波不会对后续的滤波产生任何影响。具体的步骤如下：首先，要将具有较高连续性和周期性的干扰剔除，否则在不剔除这些干扰的情况下，用小波去噪技术剔除这些干扰，很有可能会将一些有价值的脉冲作为白噪音剔除出去；其次，对窄带信号、小波信号进行去噪处理；最后，对信号进行去脉冲处理。通过上述的步骤过滤噪声，可以获得比较精确的局放信号[5]。在分析周期性窄带干扰信号的基础上，提出利用Fourier序列消除噪声的方案[6]。

4 结 论

文章研究了基于配电网低压台区故障预测系统检测装置，实时收集和判定配电线路中低压台区中的低压开关电压、电流和温度等数据，并将收集到的数据经过数据压缩和封装，通过无线传输到配电线路中低压台区中，从而达到对配电线路中低压台区实时监控的目的。同时，后台系统分析监控设备所收集到的数据，并根据配电设备的工作状况，判定所选台区是不是发生了异常或故障。当发生问题时，会弹出一个提示框，提示有关工作人员进行检查并进行维修。该监控系统不但可以有效地提升配电系统中有关工作人员的工作效能，也对配电系统的智能管理起到了很大的促进作用。