配電線路接點溫度遠程監測與預測系統

余婷婷

摘要：在電力系統中存在大量的帶電連接點，如輸配電線路的T型接點、接續點，電力設備中的開關觸頭、母線連接點等，這些接點常因為受到腐蝕、接頭松動、異物連接等原因造成接觸電阻增大，進而導致溫度增高，嚴重時甚至引起設備起火，線路斷線等事故的發生。因此，若能實現對接點溫度的實時監測并根據溫度的歷史變化規律推演出未來的變化趨勢，將對電網安全運行具有重要的意義?；诖?，對配電線路接點溫度遠程監測與預測系統進行研究，以供參考。

關鍵詞：配電線路;接點溫度;監測

引言

我國國土面積遼闊，地形復雜，配電線路分布廣泛，而配電線路作為電力網絡的重要組成部分，對保障電力能源的高效運輸有關鍵性作用，但是因多方面因素影響，配電線路依然有一些比較常見的故障問題，不利于電力能源的運輸。配電線路一旦出現故障，將會導致規模性停電，容易給社會帶來不良影響，因此要重視配電線路常見故障的運檢管理，促進我國電力行業技術能力的持續提升，有助于提高社會發展的持續性。

1系統整體結構

系統的總體結構分為配電線路接點、溫度遠程監測與預測系統按感知層、網絡層、平臺層和應用層4層結構進行設計與開發。感知層中由終端節點與匯聚節點兩部分組成，終端節點安裝在配電線路A，B，C三相的接續點處，以紅外測溫的方式獲取接點溫度數據，每個終端接點均配置無線通信模塊。匯聚節點安裝在某桿塔處，負責組網控制與數據的接收匯總;網絡層中，終端節點與匯聚節點組成星型拓撲結構的無線網絡，它們之間使用LoRa擴頻調制技術進行組網與通信，并通過4G-LTEDTU透傳至網絡云平臺中;平臺層中，匯聚節點接入至阿里云并將溫度數據上傳，同時將溫度歷史數據進行存儲;應用層中，從云平臺中獲取接點溫度數據并輸入至預測模型中，預測接點溫度的未來變化趨勢，還可在APP中與云平臺同步顯示接點溫度監測值。

2配電線路常見故障

2.1單相接地故障

配電線路的實際施工中需要注意線路周圍的絕緣設置，這是保障配電線路穩定、高效運行的重要基礎，若線路周圍的絕緣層遭到破壞將會影響其絕緣性能，而且可能會使線路出現單相接地故障，這一故障會有較高的危險性，如導致大面積停電、爆炸等，甚至會導致比較嚴重的安全問題。從實際調查分析來看，大多數單相接地故障與絕緣層老化有關。絕緣層需要定期更換，若未能夠定期更換也會導致老化而形成單相接地故障隱患。此外，相關技術人員應當重點關注居民區域配電線路的絕緣層，定期更換，防范該問題的發生。

2.2客觀因素分析

客觀因素主要表示自然環境下產生的影響因素，屬于不可抗因素，同時也是不可預見的，比如，常見的地震、雷電、強風等。配電線路所在地區發生了地震，地震后地面坍塌會引發配電線路發生二次災害，也對輸電線路產生大規模的破壞。大風會導致線路及設備發生損害或坍塌，甚至還會引發人員的傷亡。各種輸電設備自帶相應的電荷，從而會引發雷電事故，導致線路發生燒毀、斷裂等。

3配電線路接點溫度遠程監測與預測

3.1通信方式的選擇

配電網的分支多、覆蓋范圍廣，桿塔與桿塔之間的距離為50m左右，在某一監測區域內的終端節點和匯聚節點之間最遠距離可達數百米，因此工作在2.4GHz頻段傳統的無線射頻芯片無論從通信距離或工作能耗上并不能滿足終端與匯聚節點之間的通信要求。低功耗廣域網技術（LPWAN）覆蓋面廣、傳輸速率低、能耗小、成本低廉、連接數量大等特點，非常適合運用在接點溫度監測中，其中LoRa擴頻調制通信采用特殊的擴頻技術及降低通信速率，通信最遠距離可達到15km。終端與匯聚節點均使用型號為A39-T400A21S1a的LoRa無線通信模組，該模塊將SX1268LoRa射頻芯片與主控芯片之間的通信方式從SPI轉換為串口通信，避免了移植復雜的LoRa協議棧。匯聚節點接收到的溫度數據通過4G-LTEDTU發送至云端，云端可存儲接點溫度的歷史數據，同時也可顯示接點當前的溫度。選用型號為ATK-M751的4G-LTEDTU，通過RS485接口與匯聚節點通信，采用AT指令集進行驅動，內部集成了諸如MQTT，HTTP，TCP等互聯網協議，只需將數據通過RS485接口傳輸至DTU內部，便可完成數據的協議轉化，無需額外移植相關的協議棧至匯聚節點內，減少了匯聚節點的主控芯片工作量。

3.2加強線路改造，提高線路運行管理效果

我國電力系統的發展和進步，大多數電力企業需要更換陳舊的線路降低線路發生故障的概率，提供電力系統安全運行。線路更新中，需要從多個角度評估線材，利用全新的技術生產出的導線具有極強的穩定性和安全性。在實施線路改造和優化的時候，要針對其發展現狀實施分析，不合理的線路要及時做出優化處理。技術人員要對線路運行不穩定影響因素實施評估，制定風險因素規避發難，保證線路安全穩定運行。電力企業管理部門需要定期開展線路的維護和檢查，制定不同的管理方案，適當增大配電線路的檢查頻率，避免10kV配電線路在惡劣環境下運行。配電線路安裝的過程中，電力企業還要制定合理的監督機制，針對影響線路安全運行的不良因素進行分析，制定針對性的解決方案。

3.3完善配電運檢管理制度

隨著時代的發展，我國的電力需求越來越大，而保障配電線路的安全是社會現代化發展的重要前提，對此必須要重視提升對配電線路的運維檢修。通過對電力部門的電力運維檢修制度分析來看，其中存在的有一定的不足，并不能真正適用于當下實際。新時代背景下，電力運維管理部門要提高重視，加強對檢修制度的創新優化，注重解決管理制度中存在的不足，并及時給予改進。在人員管理方面，要加強對獎懲制度的應用，對于因操作問題而引發故障的工作人員應當給予處罰，而對于工作積極性高、專業技術水平強的工作人員要給予獎勵，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，更要能夠抓住細節，不放過每一個可能導致故障的細節問題。

3.4外圍電路

終端節點的主控芯片選擇STM32F103C8T6，匯聚節點的主控芯片選擇STM32F103ZET6，兩種主控芯片的程序存儲空間與變量存儲空間、控制引腳和通信引腳數量均滿足終端節點和匯聚節點的要求，與最小系統外圍電路共同組成控制中樞。終端節點采用鋰電池+太陽能板聯合供電的方式。鋰電池選擇鋁包電池，輸出電壓為通信模塊供電的同時，經過LDO芯片降壓并輔以濾波電路為主控芯片與其余電路供電。太陽能板可在光照充足時，通過充放電管理芯片對鋰電池充電，鋁包電池內部集成了充放電保護電路，防止過充過放現象的發生。匯聚節點功耗較大，不適合使用太陽能+鋰電池的供電方式，因此部署在安裝有FTU的桿塔上。單相220V交流電經過開關電源被整流降壓至直流12V為4G-LTEDTU供電，同時經過匯聚節點中的LDO芯片和電容濾波電路被降壓至5V和3.3V兩個等級的電壓，分別為通信模塊和主控芯片供電。

結束語

隨著我國社會經濟的發展，生產水平不斷提高，且人們生活質量的提高，生產和生活對供電都提出了更高的要求，因此需要電力系統進一步加強線路運行的穩定性和安全性。由于配電線路連接范圍較廣，運行過程中極易受到外界因素的影響，電力企業需要重視對配電線路的檢查和維護，制定針對性的管理對策，促進配電線路運行的安全性和穩定性。

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