專利名稱：配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型適用于配電網(wǎng)線路發(fā)生故障時，能夠快速的對其故障點(diǎn)進(jìn)行定位與指示的系統(tǒng)，具體是涉及一種配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器。
背景技術(shù)：
配電網(wǎng)直接聯(lián)系用戶，其可靠的供電能力和供電質(zhì)量既是電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的直接體現(xiàn)，又有著不可估量的社會效益。配電網(wǎng)故障自動定位作為配電自動化的一個重要內(nèi)容，對提高供電可靠性有很大影響，也得到了越來越多的重視。配電系統(tǒng)因?yàn)榉种Ь€多而復(fù)雜，在發(fā)生短路故障時，一般僅出口斷路器跳閘，即使
在主干線上用開關(guān)分段，也只能隔離有限的幾段，要找出具體故障位置往往需耗費(fèi)大量人力、物力和時間。在配電網(wǎng)出現(xiàn)故障之下，為了解決這個難題電網(wǎng)公司多采用了傳統(tǒng)的配網(wǎng)自動化模式，采用了 FTU、DTU、TTU、光通訊，建立大主站等等，目的為了找到故障、對故障進(jìn)行隔離，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。但鑒于配網(wǎng)自動化所使用的設(shè)備、采用的通訊方式和建立的大主站，因?yàn)闃?gòu)建的成本高，主要針對中心城網(wǎng)地帶，而不能輻射到城郊或郊區(qū)或鄉(xiāng)鎮(zhèn)。故障指示器發(fā)展到今天，技術(shù)相對穩(wěn)定，但還遠(yuǎn)未達(dá)到象繼電保護(hù)裝置那樣的準(zhǔn)確性和成熟度，目前比較突出的問題主要有I、采用線路電流平均值或者峰值做過流突變判據(jù)，而非基波有效值，當(dāng)電纜線路空載合閘送電時，因檢測不到線路對地電場，導(dǎo)致誤動。2、因?yàn)槊織l線路上的負(fù)荷電流不同，以及線路上保護(hù)裝置動作時間等不同，許多故障指示器在出廠前已經(jīng)對其相關(guān)參數(shù)設(shè)置完畢，造成故障檢測時候準(zhǔn)確度不高。3、發(fā)生故障時候只能在本地進(jìn)行翻牌動作，還需要搶修人員沿線路進(jìn)行查找，不能將故障地點(diǎn)信息上報(bào)給搶修人員。4、采用的是后備電池，因功耗、漏流、電池鈍化和環(huán)境溫度問題，導(dǎo)致產(chǎn)品實(shí)際使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)壽命。5、卡線結(jié)構(gòu)材料選擇不當(dāng)，普遍存在導(dǎo)磁性能差、電流測量精度不佳或者非線性、長期在戶外運(yùn)行會生銹、使用特殊安裝工具才能安裝等突出問題。

實(shí)用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的以上材料、工藝、結(jié)構(gòu)和技術(shù)問題，申請人經(jīng)過不斷探索和實(shí)踐，找到了有效的解決方案，即配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器，其特征在于，包括在線取電模塊，在線取電模塊與電源管理模塊連接，電源管理模塊與鋰電池連接，電源管理模塊與鋰電池構(gòu)成供電模塊，供電模塊與嵌入式處理器CPU連接，嵌入式處理器CPU讀取取樣模塊信號，將指令發(fā)至翻牌光電報(bào)警，并通過通訊模塊將故障信息發(fā)至管理主機(jī)。本實(shí)用新型配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器，其有益效果表現(xiàn)在[0014]I、增加了對線路的對地電場測試，通過電流突變時間與電場突變時間與電流與電池的突變量等重要參數(shù)完成對配電網(wǎng)線路故障的判斷。2、根據(jù)不同的線路實(shí)際情況設(shè)定每只故障指示器的動作參數(shù)，以提高故障定位準(zhǔn)確性。3、發(fā)生故障時候，第一時間通過無線和GPRS等方式將故障點(diǎn)信息上報(bào)給管理中心，使得監(jiān)控人員通過管理主機(jī)第一時間知道故障地點(diǎn)，從根本縮短了查找故障時間。4、通過取電模塊達(dá)到在線取電目的，正常情況下是不需要后備電池，從而提高了其使用壽命。5、采用全封閉與進(jìn)口合金材料做成的取電與取樣設(shè)計(jì)，使得取電與取樣能夠長期 穩(wěn)定。
為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，
以下結(jié)合附圖對實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。圖I是本實(shí)用新型的原理框圖。 圖2是取樣模塊的電路圖。
具體實(shí)施方式
請參閱圖1，配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器，包括在線取電模塊，在線取電模塊與電源管理模塊連接，電源管理模塊與鋰電池連接，電源管理模塊與鋰電池構(gòu)成供電模塊，供電模塊與嵌入式處理器CPU連接，嵌入式處理器CPU讀取取樣模塊信號，將指令發(fā)至翻牌光電報(bào)警，并通過通訊模塊將故障信息發(fā)至管理主機(jī)。其中，各模塊功能如下在線取電模塊在線取電模塊主要是利用高壓輸電線路周圍感應(yīng)的電磁能量獲取電能感應(yīng)取電裝置。為整個系統(tǒng)正常使用提供可靠的電源供應(yīng)。電源管理模塊采用智能電源管理模塊，使得整套設(shè)備合理的用電，從而達(dá)到最低功耗管理。本系統(tǒng)主要采用芯片LTC1625來控制電源管理模塊，LTC1625是一個同步降壓穩(wěn)壓開關(guān)控制器，驅(qū)動外部功率N通道M0SFET，外部元件使用很少。MOSFET的源漏電壓檢測的電流模式控制，消除了一個檢測電阻器的需要，提高了效率。150kHz的內(nèi)部振蕩器的頻率可同步至外部時鐘超過I. 5 I的頻率范圍。突發(fā)模式操作在低負(fù)載電流時，降低了開關(guān)損耗和低壓差工作在電池供電系統(tǒng)的運(yùn)行時間。其中強(qiáng)制控制連續(xù)模式引腳可以協(xié)助停用突發(fā)模式操作，在主輸出輕載時實(shí)現(xiàn)二次繞組調(diào)節(jié)。折送電流限制和輸出過壓比較器提供故障保護(hù)。RUN/SS引腳連接到一個外部電容器提供軟啟動，用于電源排序能力。有較寬的電源電壓范圍，允許從3. 7V至36V的輸入和I. 19V至VIN的輸出。嵌入式處理器CPU本系統(tǒng)采用了 MSP430F14X單片機(jī)，MSP430F14X單片機(jī)是美國德州儀器(TI) 1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集的混合信號處理器(Mixed SignalProcessor)。集成有16位寄存器和常數(shù)發(fā)生器，發(fā)揮了最高的代碼效率，基于閃存或ROM的超低功耗MCU，提供8MIPS，工作電壓為I. 8V-3. 6V，具有高達(dá)60KB的閃存和各種高性能模擬及智能數(shù)字外設(shè)。超低功耗低至0. I μ A RAM保持模式、O. 7 μ A實(shí)時時鐘模式、200 μ A/MIPS工作模式在6 μ s之內(nèi)快速從待機(jī)模式喚醒，很適合應(yīng)用于采用電池供電的長時間工作場合。典型應(yīng)用為捕獲傳感器的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)加以處理后發(fā)送到主機(jī)。其中芯片中的比較器和定時器是工業(yè)儀表、計(jì)數(shù)裝置和手持式儀表等產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的理想選擇。取樣模塊通過采用特殊材料與先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)，可以實(shí)時采集線路上的電流、對地電場，線纜溫升等特征信息，請參閱圖2，互感器二次側(cè)繞組接半波倍壓整流電路，后面接充電控制電路給鋰離子電池充電。充電器工作于浮充狀態(tài)，鋰離子電池后面經(jīng)過高效率DC-DC變換芯片輸出3. 3V電壓作為線上系統(tǒng)的電源。用O. 2歐姆電阻串聯(lián)在繞組后面取樣，將二次側(cè)繞組電路轉(zhuǎn)換為電壓信號，波形與電流相同，取樣信號經(jīng)過處理得到三路信號輸出，供單片 機(jī)的進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。I、信號IL(常規(guī)電流)這路是反映線上負(fù)載電流的信號，這路信號僅僅經(jīng)過低通濾波器，保留基波，衰減高次諧波，然后放大到合適的幅度并且平移到AD的參考電壓一半處(I. 25V)供AD采樣。放大系數(shù)的選取按照線上電流600Α(不作特別說明均指有效值，下同)對應(yīng)AD的3000采樣來設(shè)置(合1831mV峰峰值輸出)。電流分辨率為O. 2A，之所以不用盡ADC的全部動態(tài)范圍4096，是因?yàn)榭紤]到互感器的電流變比的一致性不一定很好。為了避免在線上系統(tǒng)使用可調(diào)電阻之類的有機(jī)械觸點(diǎn)的元件，將系數(shù)匹配的工作交給了單片機(jī)系統(tǒng)。因此必須留有足夠的調(diào)節(jié)余量以適應(yīng)互感器的參數(shù)差異。從IL信號計(jì)算電流的方發(fā)是這樣的，由于在一個周期內(nèi)必然有一個最大值和一個最小值，因此每采樣40個點(diǎn)就搜尋一下數(shù)據(jù)中的最大值與最小值，兩者之差就是電流的峰峰值。上位機(jī)可以根據(jù)前述峰峰值電流有效值之間的對應(yīng)關(guān)系將采集到的數(shù)據(jù)變換成相應(yīng)的電流值。線上電流與采樣值之間的線性關(guān)系在線上系統(tǒng)預(yù)留若干可遠(yuǎn)程配置參數(shù)來修正。2、信號ITl (極端電流)當(dāng)電超過600A時，電流采樣將從IL切換到IT1。放大系數(shù)選取按照線上電流3000A對應(yīng)AD的3000采樣來設(shè)置。電流分辨率為1A，從ITl信號計(jì)算電流的方法與前面相同。線上電流與采樣值之間的線性關(guān)系也由線上系統(tǒng)預(yù)留的若干可遠(yuǎn)程配置來修正。程序針對ITl應(yīng)該比IL多一個相關(guān)參數(shù)設(shè)置，即ITl與IL的銜接問題。理想情況下IL通道采樣為3000時，ITl通道的采樣值應(yīng)該是600。但是由于電路參數(shù)的離散性，未必能銜接得如此精密。如果偏差過大，應(yīng)該由程序予以修正。比如實(shí)測發(fā)現(xiàn)IL的采樣值為3000時，ITl的采樣為580，那就必須給ITl的采樣結(jié)果加上20，這個工作可以在出廠時完成。3、信號IZT (暫態(tài)電流)這路信號是對取樣信號進(jìn)行高通濾波之后的結(jié)果。用于判斷接地故障的條件之一，不發(fā)生接地故障時本信號基本無輸出，發(fā)生接地故障時，由于電弧電流波形諧波豐富，就會被IZT信號所反應(yīng)，由于7次諧波頻率較高，每3毫秒內(nèi)至少有一個最大值與一個最小值。前面每40個采樣才進(jìn)行一次最大值與最小值的判斷，對于IZT要求每6個采樣就進(jìn)行一次判斷。[0039]通訊模塊CCllOO是一種低成本真正單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無線應(yīng)用而設(shè)計(jì)。電路主要設(shè)定為在315、433、868和915MHz的ISM(工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)學(xué))和SRD (短距離設(shè)備)頻率波段，也可以容易地設(shè)置為300-348MHz、400-464MHz和800_928MHz的其他頻率。CC1100的主要操作參數(shù)和64位傳輸/接收FIFO (先進(jìn)先出堆棧)可通過SPI接口控制。RF收發(fā)器集成了一個高度可配置的調(diào)制解調(diào)器。這個調(diào)制解調(diào)器支持不同的調(diào)制格式，其數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)500kbps。通過開啟集成在調(diào)制解調(diào)器上的前向誤差校正選項(xiàng)，能使性能得到提升。CCllOO為數(shù)據(jù)包處理、數(shù)據(jù)緩沖、突發(fā)數(shù)據(jù)傳輸、清晰信道評估、連接質(zhì)量指示和電磁波激發(fā)提供廣泛的硬件支持。主要特性體積小(QLP4X4mm封裝，20腳)，真正的單片UHF RF收發(fā)器，頻率波段有 300-348MHz、400-464MHz 和 800_928MHz，高靈敏度(I. 2kbps 下-IlOdBm, I %數(shù)據(jù)包誤差率)，可編程控制的數(shù)據(jù)傳輸率，可達(dá)500kbps，較低的電流消耗(RX中15. 6mA, 2. 4kbps,433MHz)，可編程控制的輸出功率，對所有的支持頻率可達(dá)+lOdBm，優(yōu)秀的接收器選擇性和模塊化性能，極少的外部元件，芯片內(nèi)頻率合成器，不需要外部濾波器或RF轉(zhuǎn)換，具有可編 程控制的基帶調(diào)制解調(diào)器，理想的多路操作特性，可控的數(shù)據(jù)包處理硬件，快速頻率變動合成器帶來的合適的頻率跳躍系統(tǒng)，可選的帶交錯的前向誤差校正，單獨(dú)的64字節(jié)RX和TX數(shù)據(jù)FIFO，高效的SPI接口，所有的寄存器能用一個“突發(fā)”轉(zhuǎn)換器控制。翻牌光電報(bào)警是應(yīng)用在輸配電線路、電力電纜及開關(guān)柜進(jìn)出線上，用于指示故障電流流通的裝置。一旦線路發(fā)生故障，巡線人員可借助指示器的報(bào)警顯示，迅速確定故障區(qū)段，找出故障點(diǎn)，排除故障。徹底改變過去盲目巡線，分段合閘送電查找故障的落后方法，極大提高工作效率，縮短停電時間，減少停電面積和用電損失。以上內(nèi)容僅僅是對本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)(原理)所作的舉例和說明，所屬本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離實(shí)用新型的構(gòu)思或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器，其特征在于，包括在線取電模塊，在線取電模塊與電源管理模塊連接，電源管理模塊與鋰電池連接，電源管理模塊與鋰電池構(gòu)成供電模塊，供電模塊與嵌入式處理器CPU連接，嵌入式處理器CPU讀取取樣模塊信號，將指令發(fā)至翻牌光電報(bào)警，并通過通訊模塊將故障信息發(fā)至管理主機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器，其特征在于，所述在線取電模塊是利用高壓輸電線路周圍感應(yīng)的電磁能量獲取電能感應(yīng)的取電裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器，其特征在于，所述電源管理模塊采用芯片LTC1625控制管理。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器，其特征在于，所述嵌入式處理器CPU采用MSP430F14X單片機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器，其特征在于，所述取樣模塊實(shí)時采集線路上的特征信息。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器，其特征在于，所述通訊模塊采用CCllOO單片UHF RF收發(fā)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器，其特征在于，所述翻牌光電報(bào)警用于指示故障電流流通的裝置。
專利摘要本實(shí)用新型適用于配電網(wǎng)線路發(fā)生故障時，能夠快速的對其故障點(diǎn)進(jìn)行定位與指示的系統(tǒng)，具體是涉及一種配電網(wǎng)數(shù)字故障指示器，包括在線取電模塊，在線取電模塊與電源管理模塊連接，電源管理模塊與鋰電池連接，電源管理模塊與鋰電池構(gòu)成供電模塊，供電模塊與嵌入式處理器CPU連接，嵌入式處理器CPU讀取取樣模塊信號，將指令發(fā)至翻牌光電報(bào)警，并通過通訊模塊將故障信息發(fā)至管理主機(jī)。
文檔編號G01R31/00GK202661572SQ20122031675
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月30日
發(fā)明者趙海清 申請人:合肥科盟電子科技有限責(zé)任公司