CN106199291A - 一种分支识别和电能计量式线损分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分支识别和电能计量式低压线损分析仪的实现方法。该分析仪解决了在电网结构比较复杂的台区线损异常点难以快速定位的问题。本发明的设计以工频负荷载波信号技术为原理，在准同步采样核心算法的基础上实现了分支识别和电能计量同步操作的功能。该分析仪由一个主机和3个电流钳构成，其中主机部分包括负荷载波信号采样处理模块、电参量采集运算模块、负荷载波信号发生保护模块、嵌入式处理器模块、显示及触屏控制模块、通信模块、电能数据及信息存储模块等模块。其中负荷载波信号采样处理模块进行负荷载波信号解调及运算处理，实现逐级划分分支拓扑从属关系。电参量采集运算模块完成电力线参数的采样及运算。

Description

一种分支识别和电能计量式线损分析仪

技术领域

本专利提出了一种既具备台区拓扑识别功能，又具备分支电能计量功能的低压线损分析仪。本发明属于电网检测技术领域，具体地说，是涉及线损计量与线损点定位检测设备。

背景技术

近年来各电网公司为了提升低压台区的线损指标，投入了大量的精力、物力、人力，使得线损指标得到了迅速的提升，为企业经营带来了巨大的社会效益。

在低压台区线损异常问题排查中，通过常规的户变核查、总表清理等简单处理手段能够在一定程度上提升线损指标。

但随着指标提升到一定的程度，发现后期线损异常的台区大多因为线路拓扑复杂、线损异常过于隐蔽而不能快速查出线损点。现行技术下的普遍做法是在分支箱处安装电表（固定式或移动式）进行分支计量，依赖生产部门提供的台区拓扑，再根据日冻结系统数据进行人工核算线损数据。这种做法往往会因为台区拓扑的不明确而需要多方配合，从而导致工作反复、效率低下，通常情况下解决一个台区需要一个星期甚至更长的时间。并且在分级数较多的情况下，也难以深入地进行线损对比。因此传统的工作方式很难实现对线损点的快速定位。为进一步提升低压台区线损指标，在电网结构比较复杂的台区实现线损异常点快速定位成为当下迫切解决的重要课题。

发明内容

基于上述问题，本发明的主要目的是实现在线路复杂、线损点隐蔽的情况下能够快速聚焦定位线损异常点，解决线损异常最后一公里问题，进而进一步提升线损指标。

根据本发明的目的，本说明书详细说明了一种基于拓扑结构下的逐级逐段式线损定位分析设备，即一种分支识别和电能计量式低压线损分析仪。

本发明所提供的一种低压线损分析仪由一个主机和3个电流钳构成。检测时从台区考核表开始，按照分支拓扑关系逐级逐段将台区划分为若干个小台区进行线损异常排查。具体排查流程将在实施例中结合附图2、附图3予以说明。

本发明的设计原理以工频负荷载波信号技术为基础，在准同步采样核心算法的基础上实现了分支识别和电能计量同步操作的功能。为确保分支识别通讯及计量的准确性，硬件上配置一颗具备六通道模拟前端处理器、具有6个16位独立的A/D转换器采样速度达到64K/S的AD73360芯片，数据处理上应用两颗ADSP-BF532芯片，双核DSP处理器进一步确保分支识别和电能计量准确同步进行。

本发明所提供的一种低压线损分析仪包括电源管理模块、负荷载波信号采样处理模块、电参量采集运算模块、负荷载波信号发生保护模块、嵌入式处理器模块、显示及触屏控制模块、时钟模块、通信模块、电能数据及信息存储模块、USB数据通讯控制模块。各模块功能将在实施例中结合附图4给出具体说明。

本发明的有益效果是由本发明的设计方案带来的，与现有技术相比，具体体现在如下几个方面：

可以减少现场维护工作对人工经验的过度依赖；

能够不受分支级数限制，实现对台区范围内100%的准确识别，有效避免分支测量盲点；

在不影响主机计量功能的情况下，实现拓扑识别和计量同步进行，确保对异常点的快速聚焦；

可以实现线损核查、用电检查、拓扑绘制、反窃电等多项任务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，以下所描述的附图仅仅是本发明的优选实施例，对于本领域普通技术员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他相关的附图。

图1是本发明提供的工作原理框图；

图2是本发明提供的异常点排查流程图;

图3是本发明提供的常规台区框架图

图4是本发明提供的功能模块框架图

图5是本发明提供的接线方式之一

图6是本发明提供的接线方式之二

图7是本发明提供的负荷载波信号采样模块电压采样电路图

图8是本发明提供的负荷载波信号采样模块电流互感器采样电路图

图9是本发明提供的电参量采集模块三相电压采样电路图

图10是本发明提供的电参量采集模块三相电流采样电路图

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明提供的低压线损分析仪工作原理框图，当低压线损分析仪工作时，电压、电流通过电路采样后，经过高速A/D转换器运算处理后，电能数据部分送至电能DSP模块进行处理，脉冲信号部分送至脉冲信号DSP处理模块进行处理，最后DSP处理模块根据需要将处理后的数据送至显示部分、通讯部分等输出设备。

图2是本发明提供的异常点排查流程，具体步骤如下：

a)任务的输入，包括

a1前期排查情况

a2台区档案清单

b)线损持续异常排查

b1持续异常排查步骤如图2中线损持续异常排查模块部分自左向右工作

b2其中一级分支线损排查，无需划分拓扑关系，涉及的排查范围包括台区考核表、互感器、一级分支的各个支路。测量时首先将一级分支的每个支路都装接线损分析仪，然后利用PDA（一个与本仪器配套的分析工具，通过本发明中的通信模块与之实现数据交换，进而提供更人性化的交互界面）对线损分析仪进行校时，使之与台区考核总表时间同步。等待约15分钟后，通过PDA分别读取台区总表电量和线损分析仪电量，自动计算出线损率。现场人员根据统计出的线损率结果进行下一步的排查工作。在该阶段可以查出的异常有：互感器变比错误、考核接线错误、总表本身计量异常、配电房范围内未经电表私自接用电；

b3其中二级分支线损排查，需要划分台区拓扑关系后再进行线损比对工作。所涉及的排查范围包括：二级分支以下的用电设备如分支箱、电表箱等。在线损分析仪在线的情况下先测量划分二级分支、表箱等各个点的分支隶属关系，然后在表箱处安装微型移动电表，将其数据清零、时钟校对后开始计量表箱处用电量。根据拓扑关系进行线损比对，核查异常点。如图3中所示：

线损率=（分析仪1电量-（移动电表1电量+移动电表2电量））/分析仪1电量

在该阶段可以查出的异常有：用电引起的异常、移动电表前私自用电。若为私自用电，需要进一步划分二级分支各个支线的一一对应关系，如划分出图3中C、D和E、F的一一对应关系，再进行电量对比，确认具体的异常；

b4其中表箱范围内排查可以进行移动电表到用户电表间的线损比对，通过读取移动电表小时冻结电量及该移动电表范围内所有用户电表小时冻结电量进行线损比对。在该阶段可以查出的异常有：私拉乱接无表用电（窃电）、电表接线错误、电表接线误差、存在飞机电表

c)间歇性异常排查：经过对台区自上而下的排查后，仍未发现异常问题，则有可能是由于间歇性异常导致，即未经电表的间歇性用电。该部分的工作需要较长时间的监测电能数据，监测最短周期不少于24个整点用电量。先利用PDA现场采录分析仪及移动电表电量数据与采集系统的电量数据比对。再进一步根据数据比对结果进行现场复查工作，查出存在问题的分支、表箱和异常时间点；

d)任务输出，包括

d1线损异常原因发生的时间和位置

d2台区拓扑逻辑关系。

图3是本发明提供的常规台区框架图，具体解释如下：

一级分支：从变压器母线到线路一级分支箱的进线点,即图中的A点到B点，一般根据台区一级分支数量决定线损分析仪的安装数量；

二级分支：从第一级分支箱排出来到最近的转接箱或者电表表箱，即图中的C点到E点或D点到F点；

小台区的概念：为便于现场自上而下的排查，将台区划分为若干个小台区进行数据比对，如图中虚线范围内可视为一个小台区。

图4是本发明提供的功能模块框架图，

其中电源管理模块采用自制的高抗扰性开关电源，不影响通讯性能，电压稳定，同时降低了设备的功耗和重量；

负荷载波信号采样处理模块采用多通道A/D准同步采样和高速DSP完成电力线上信号的采样及处理，进行负荷载波信号解调及运算处理，支持多个分支支路在线同时测量，快速逐级划分分支拓扑从属关系，给出电网线路拓扑识别结果。当三个电流钳都夹火线时，能够实现分支识别和电能计量同步进行。连接方式如附图5所示。当三个电流钳夹零线时只能做分支识别使用，不具备电能计量功能。连接方式如附图6所示；

该模块电压采样主要由分压网络、采样电阻和滤波网络三部分组成。一种优选的电路图如附图7所示。R66(R67、R68)等一组电阻所组成的分压网络将三相电压信号值降至合理区间，分压后的信号由R104(R105、R106)完成采样功能，再经由R96和C81(R97和C82、R98和C83)组成的一阶RC网络、M1磁珠元件滤波后接入ADC芯片信号输入端；

该模块电流互感器采样主要由采样电阻和滤波网络两部分组成。一种优选的电路图如附图8所示。三相电流信号经由R39(R40、R41)采样后，再通过R42和C17(R43和C18、R44和C19)组成的一阶RC网络完成滤波，最后接入ADC芯片信号输入端；

该模块ADC采用Analog Devices公司的16位六通道同步采样芯片AD73360， DSP处理器采用Analog Devices公司的Blackfin系列芯片BF532。负荷载波信号解调算法充分运用AD73360和BF532芯片的性能优势，解调特定的负荷载波信号，辅以一定的限定条件，有效剔除电力线干扰噪声。不同的负荷载波信号组合，携带了不同的电网线路拓扑信息，通过算法解析得到这些拓扑信息，再对信息进行判定处理，最后给出电网线路拓扑识别结果；

电参量采集运算模块采用多通道A/D准同步采样和高速DSP完成电力线参数的采样及运算，包括实时数据（电压、电流、瞬时功率、当前电量）、冻结数据（日冻结、小时冻结、15分钟电量冻结）、需量（当前需量、历史最大需量），输出电流、电压、电能等计量数值；

该模块三相电压采样主要由分压网络、采样电阻和滤波网络三部分组成。一种优选的电路图如附图9所示。R66(R67、R68)等一组电阻所组成的分压网络将三相电压信号值降至合理区间，分压后的信号由R104(R105、R106)完成采样功能，再经由R96和C81(R97和C82、R98和C83)组成的一阶RC网络、M1磁珠元件滤波后接入ADC芯片信号输入端；

该模块三相电流采样主要由采样电阻和滤波网络两部分组成。一种优选的电路图如附图10所示。三相电流信号经由高精度电阻R39(R40、R41)采样后，再通过R42和C17(R43和C18、R44和C19)组成的一阶RC网络完成滤波，最后接入ADC芯片信号输入端；

该模块ADC采用Analog Devices公司的16位六通道同步采样芯片AD73360，DSP处理器采用Analog Devices公司的Blackfin系列芯片BF532。电参量计量算法充分发挥AD73360和BF532芯片的性能优势，以傅里叶运算为基础，配合恰当的计量常数，对三相采样信号进行高频次计量。然后计量算法结合一定量数学运算，输出高精度的电参量计量数据；

负荷载波信号发生、保护模块具备负荷载波信号调制和电力线环境检测功能，使负荷载波信号能安全、有效的传输在电力线上；

嵌入式处理器模块是控制中枢模块，具备数据和信息中转，负荷载波信号发生控制，系统复位，多主机通讯控制等一系列核心功能；

显示及触屏控制模块采用ARM9内核处理器，数据处理流畅，触控液晶显示屏，操作方便，具备良好的人机交换界面和操作手感；

时钟模块提供包括日期、时间在内的时钟功能；

通信模块与任何支持通讯的设备（如智能手持终端PDA、智能移动电话等）实现数据交互，控制指令传达功能，进一步实现更人性化的界面。本发明中优选为蓝牙模块；

电能数据及信息存储模块实现现场使用过程中获得的电能和信息数据直接存储在设备的FLASH中；

USB数据通讯控制模块支持使用过程中获得的数据通过USB通信口直接导入到后台系统或个人电脑中，方面使用者进行后续的数据处理。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本领域的一般技术人员可以根据本发明的思想和原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理或逻辑所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种分支识别和电能计量式线损分析仪其特征在于能够同时实现分支拓扑和电能计量，检测时从台区考核表开始，按照分支拓扑关系逐级逐段将台区划分为若干个小台区分步计量，再根据拓扑关系进行线损比对，从而找出线损异常点。

2.根据权利要求1所述的分支拓扑划分由负荷载波信号采样处理模块完成，采用多通道A/D准同步采样和高速DSP完成电力线上信号的采样及处理，进行负荷载波信号解调及运算处理;可以支持多个分支支路在线同时测量，快速逐级划分分支拓扑从属关系，给出电网线路拓扑识别结果。

3.根据权利要求1所述的电能计量由电参量采集运算模块完成，采用多通道A/D准同步采样和高速DSP完成电力线参数的采样及运算，包括实时数据（电压、电流、瞬时功率、当前电量）、冻结数据（日冻结、小时冻结、15分钟电量冻结）、需量（当前需量、历史最大需量），输出电流、电压、功率、电能、功率因数等电计量数据。

4.根据权利要求2所述的负荷载波信号采样处理模块电压采样主要由分压网络、采样电阻和滤波网络三部分组成，电流互感器采样主要由采样电阻和滤波网络两部分组成。

5.根据权利要求3所述的电参量采集运算模块三相电压采样主要由分压网络、采样电阻和滤波网络三部分组成，三相电流采样主要由采样电阻和滤波网络两部分组成。

6.根据权利要求2所述的支持多个分支支路在线同时测量，其特征在于：当与仪器所配套的三个电流钳都夹火线时，能够实现分支识别和电能计量同步进行，当三个电流钳夹零线时只能做分支识别使用，不具备电能计量功能。