電纜型故障檢測儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電纜型故障檢測儀，包括短路故障指示器和零序電流互感器。短路故障指示器包括取電電流互感器、測量電流互感器、CT供電電路、相電流測量電路、無線通信模塊、MCU和零序電流測量電路；取電電流互感器通過CT供電電路與MCU的電源端連接；測量電流互感器通過相電流測量電路與MCU的I/O端口連接，用于將檢測的相電流變送信號傳至MCU；零序電流互感器通過零序電流測量電路與MCU的A/D采樣端口連接，用于將檢測的電流變送信號傳至MCU；無線通信模塊的串行接口通過SPI總線與MCU的I/O端口連接。本發(fā)明采用了多電流互感器的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行短路與接地故障檢測，有效提高了電流測量精度，降低了設(shè)備啟動電流。
【專利說明】電纜型故障檢測儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種故障檢測儀，特別涉及一種電纜型故障檢測儀。
【背景技術(shù)】
[0002]在配電自動化系統(tǒng)中，故障定位檢測是一項非常重要的功能。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電纜型配電線路負(fù)荷及供電半徑不斷增大，分支線路不斷增多，線路的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，造成線路故障率升高，故障查抄和排查難度大。如何將線路故障率降到最低，并將故障排除時間減到最少，是電力優(yōu)質(zhì)服務(wù)的重要內(nèi)容之一。
[0003]目前傳統(tǒng)電纜型配電線路故障檢測，短路故障指示器一般采用單互感器結(jié)構(gòu)，零序電流互感器不接入短路故障指示器，測量采用一次性鋰電池作為主電源，通信一般采用塑料光纖作為介質(zhì)，將故障信息顯示在面板顯示器上。這種故障指示器能適應(yīng)部分應(yīng)用需求，但仍然存在較多問題。
[0004]1.采用單電流互感器結(jié)構(gòu)的故障指示器，感應(yīng)電源與測量回路共用一個互感器，對測量精度影響較大，故障判斷準(zhǔn)確度不高，負(fù)荷電流測量誤差大。
[0005]2.零序電流互感器不接入短路故障指示器，測量采用一次性鋰電池作為主電源，鋰電池電量有限，設(shè)備使用壽命短。
[0006]3.故障指示器通過塑料光纖的通信方式將故障信息上報，塑料光纖現(xiàn)場布線困難，可靠性低，難以批量推廣應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是提供一種測量誤差小且使用壽命長的電纜型故障檢測儀。
[0008]本發(fā)明提供的這種電纜型故障檢測儀，包括短路故障指示器、零序電流互感器和鋰電池，短路故障指示器包括取電電流互感器、測量電流互感器、CT供電電路、相電流測量電路、無線通信模塊、MCU和零序電流測量電路；取電電流互感器通過CT供電電路與MCU的電源端連接；測量電流互感器通過相電流測量電路與MCU的I/O端口連接，用于將檢測的相電流變送信號傳至MCU ;零序電流互感器通過零序電流測量電路與MCU的Α/D采樣端口連接，用于將檢測的電流變送信號傳至MCU ;鋰電池通過CT供電電路與MCU的電源端連接；無線通信模塊的串行接口通過SPI總線與MCU的I/O端口連接，用于與通信終端進(jìn)行信息交互。
[0009]所述短路故障指示器安裝在配電網(wǎng)A相、B相、C相線路上。所述零序電流互感器安裝在A相、B相、C相線路的匯合處。
[0010]所述CT供電電路包括整流保護(hù)電路、直流5V電源電路、供電CT接插件和電池接插件；所述取電電流互感器通過供電CT接插件與整流保護(hù)電路的輸入端連接，該整流保護(hù)電路的輸出端與直流5V電源電路的輸入端連接；所述鋰電池通過電池接插件再經(jīng)由電源切換二極管與該直流5V電源電路的輸入端連接；該直流5V電源電路的輸出端與所述MCU的電源端連接。[0011 ] 所述相電流檢測電路包括信號調(diào)理電路1、Α/D采樣電路I和測量CT接插件；所述測量電流互感器通過測量CT接插件與信號調(diào)理電路I的輸入端連接，該信號調(diào)理電路I的輸出端與Α/D采樣電路I的輸入端連接，Α/D采樣電路I的輸出端與所述MCU的IO端口連接。
[0012]所述零序電流測量電路包括信號調(diào)理電路2、A/D采樣電路2和零序CT接插件；所述零序電流互感器通過所述接插件與信號調(diào)理電路2的輸入端連接，該信號調(diào)理電路2的輸出端與Α/D采樣電路2的輸入端連接，該Α/D采樣電路2的輸出端與所述MCU的AD采樣端口連接。
[0013]所述無線通信模塊經(jīng)由通信終端通過GPRS或光纖通道與主站進(jìn)行通信，用于將故障信息傳送至主站，完成故障定位和告警。
[0014]所述直流5V電源電路包括三端穩(wěn)壓模塊。所述Α/D采樣電路包括差分型Α/D轉(zhuǎn)換器。
[0015]本發(fā)明采用了多電流互感器的結(jié)構(gòu)形式，在電纜型配電線路中進(jìn)行短路與接地故障檢測，有效提高了電流測量精度，降低了設(shè)備啟動電流。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所帶來的有益效果如下。
[0017]1.本發(fā)明內(nèi)置雙電流互感器，故障測量誤差小，故障判斷準(zhǔn)確率高。
[0018]2.本發(fā)明可外接零序電流互感器，從而延長了設(shè)備使用壽命，具有免維護(hù)功能。
[0019]3.本發(fā)明采用微功率無線通信方式，具有現(xiàn)場安裝簡單，可靠性高等特點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明的原理框圖。
[0021]圖2是本發(fā)明的CT供電電路圖。
[0022]圖3是本發(fā)明的相電流測量電路圖。
[0023]圖4是本發(fā)明的零序電流測量電路圖。
[0024]圖5是本發(fā)明的MCU電路圖。
【具體實施方式】
[0025]中壓配電線路一般采用三相三線結(jié)構(gòu)，本發(fā)明通過對A、B、C三相電流及零序電流進(jìn)行采用與分析，計算出短路與接地信號。
[0026]本發(fā)明包括短路故障指示器和零序電流互感器；短路故障指示器安裝在配電網(wǎng)A相、B相、C相線路上。零序電流互感器安裝在A相、B相、C相線路的匯合處。
[0027]短路故障指示器內(nèi)部集成兩個電流互感器，一個電流互感器(取電電流互感器)為本發(fā)明提供感應(yīng)電源；另一個電流互感器(測量電流互感器)為本發(fā)明提供相電流變送信號，用于短路故障計算與負(fù)荷電流測量。
[0028]取電電流互感器輸出感應(yīng)電流，對感應(yīng)電流進(jìn)行整流與保護(hù)后，為系統(tǒng)提供5V直流電源。本發(fā)明還采用鋰電池作為后備電源。測量電流互感器輸出電流變送信號，經(jīng)濾波保護(hù)后，由Α/D轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，MCU對數(shù)字信號進(jìn)行運算與分析，計算出負(fù)荷電流與短路故障信息。短路故障指示器還可測量來自外部零序電流互感器的變送信號，用于接地故障計算。[0029]本發(fā)明特別適用于對電流測量精度、短路或接地故障檢測準(zhǔn)確率要求高，及設(shè)備啟動電流要求小的電纜型故障檢測應(yīng)用現(xiàn)場。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明包括短路故障指示器和零序電流互感器。短路故障指示器包括取電電流互感器、測量電流互感器、CT供電電路、相電流測量電路、無線通信模塊、MCU和零序電流測量電路。
[0031]CT供電電路包括整流保護(hù)電路、直流5V電源電路、供電CT接插件和電池接插件。相電流檢測電路包括信號調(diào)理電路1、Α/D采樣電路I和測量CT接插件。零序電流測量電路包括信號調(diào)理電路2、A/D采樣電路2和零序CT接插件。直流5V電源電路包括三端穩(wěn)壓模塊。Α/D采樣電路I包括Α/D轉(zhuǎn)換器。
[0032]取電電流互感器通過供電CT接插件與整流保護(hù)電路的輸入端連接，該整流保護(hù)電路的輸出端與直流5V電源電路的輸入端連接，鋰電池通過電池接插件與該直流5V電源電路的輸入端連接；該直流5V電源電路的輸出端與MCU的電源端連接，用于給MCU提供電源。測量電流互感器通過測量CT接插件與信號調(diào)理電路I的輸入端連接，該信號調(diào)理電路I的輸出端與Α/D采樣電路I的輸入端連接，Α/D采樣電路I的輸出端與MCU的IO端口連接，用于將檢測的相電流變送信號傳至MCU。零序電流互感器通過所述接插件與信號調(diào)理電路2的輸入端連接，該信號調(diào)理電路2的輸出端與MCU的Α/D采樣端口連接，用于將檢測的電流變送信號傳至MCU。無線通信模塊的串行接口通過SPI總線與MCU的I/O端口連接，用于與主站進(jìn)行信息交互。
[0033]CT供電電路包括整流保護(hù)電路、直流5V電源電路、供電CT接插件XSl和電池接插件XS2。整流保護(hù)電路包括濾波電容Cl、橋式整流電路、第一級過壓保護(hù)電路、第二級過壓保護(hù)電路和儲能電容C2。直流5V電源電路包括低功耗電源芯片V5。橋式整流電路包括二極管V1、二極管V3、二極管V6和二極管V9。第一級過壓保護(hù)電路包括電阻Rl和穩(wěn)壓二極管V7。第二級過壓保護(hù)電路包括電阻R2和穩(wěn)壓二極管V8。
[0034]如圖2和圖5所示，供電CT接插件XSl的I腳和2腳分別接濾波電容Cl的兩端，濾波電容Cl的一端接于二極管Vl的陽極端，該電容的另一端接于二極管V9的陰極端，二極管Vl的陰極端通過電阻Rl與低正向壓降二極管V2的陽極端連接，低正向壓降二極管V2的陰極端與電源芯片V5的3腳連接。穩(wěn)壓二極管V7接于電阻Rl的2端和地之間；穩(wěn)壓二極管V8接于電阻R2的2端和地之間。儲能電容C2的正極端與電阻R2的2端連接，該電容的負(fù)極端接地。電池接插件XS2的2腳通過低正向壓降二極管V4與電源芯片V5的3腳連接；該接插件的I腳接地。電源芯片V5的2腳與MCU的16腳連接，用于傳遞電源信號VMCU ;該2腳還通過極性電容C3接地。該電源芯片的I腳接地；其3腳與接線端VIN連接，該3腳與MCU的還通過極性電容C4接地。該低正向壓降二極管V4為電源切換二極管。
[0035]本發(fā)明的系統(tǒng)供電采用取電電流互感器獲得的電源信號作為主電源，鋰電池供電作為后備電源的結(jié)構(gòu)。取電電流互感器輸出感應(yīng)電流，通過供電CT接插件XSl接入CT供電電路，經(jīng)由濾波電容Cl進(jìn)行濾波處理，再通過橋式整流電路整流后，依次進(jìn)入第一級過壓保護(hù)電路和第二級過壓保護(hù)電路進(jìn)行兩級過壓保護(hù)，然后經(jīng)儲能電容C2進(jìn)行大電容儲能后得到CT電源，為系統(tǒng)提供5V電源。得到的該CT電源通過低正向壓降二極管V2與電源芯片V5連接，同時鋰電池作為后備電源通過低正向壓降二極管V4與CT電源合并后接入電源芯片V5。CT電源與鋰電池可無逢切換，通過電源芯片V5為系統(tǒng)提供3.3V穩(wěn)定的工作電源。
[0036]橋式整流電路中的整流管選用低正向整流管，可提高供電效率。穩(wěn)壓二極管V8選用功率為2W、穩(wěn)定電壓為5V的穩(wěn)壓二極管。當(dāng)一次線路電流小于2000A左右時，取電電流互感器的輸出小于400mA ;第二級過壓保護(hù)電路通過穩(wěn)壓二極管V8將電壓鉗位在5V，并通過15歐電阻限流。穩(wěn)壓二極管V7選用功率為2.5W、穩(wěn)定電壓為IlV的穩(wěn)壓二極管。當(dāng)一次線路電流超過2000A時，取電電流互感器輸出超過400mA，穩(wěn)壓二極管V7的電壓超過IIV，穩(wěn)壓二極管V7將電壓鉗位在11V。本發(fā)明通過兩級過壓保護(hù)，可提高電源抗大電流沖擊的能力。
[0037]相電流檢測電路包括信號調(diào)理電路1、Α/D采樣電路I和測量CT接插件。信號調(diào)理電路包括濾波電容C6、靜電雷擊保護(hù)管VlO和靜電雷擊保護(hù)管VII。Α/D米樣電路I包括Ι/V變換電路I和Α/D轉(zhuǎn)換器Ul。Ι/V變換電路I包括電阻R4、電阻R5、電阻R6和電阻R7。
[0038]如圖3和圖5所示，測量CE接插件的I腳和2腳分別接于濾波電容C6的兩端，靜電雷擊保護(hù)管VlO和靜電雷擊保護(hù)管Vll對接后與該電容C6并聯(lián),該靜電雷擊保護(hù)管VlO的3腳通過電阻R3與Α/D轉(zhuǎn)換器Ul的2腳連接，I/V變換電路接于電阻R3的I腳和電阻R8的I腳之間。電阻R3的2腳通過電容C5接地。電阻R8的2腳通過電容C8接地；該2腳還與Α/D轉(zhuǎn)換器Ul的3腳連接。電容C7接于電阻R3的2腳和電阻R8的2腳之間。A/D轉(zhuǎn)換器Ul的I腳與MCU的16腳連接，其9腳與MCU的7腳連接，用于傳遞已轉(zhuǎn)換成電壓信號的數(shù)字量的相電流變送信號給MCU ;其10腳與MCU的6腳連接，用于傳遞該Α/D轉(zhuǎn)換器的時鐘信號；其7腳和8腳連接后與MCU的8腳連接，用于接收來自MCU的芯片片選信號；其4腳、6腳和11腳均接地。
[0039]測量電流互感器輸出電流變送信號，通過測量CT接插件接入相電流檢測電路，經(jīng)濾波電容C6濾波，再由靜電雷擊保護(hù)管VlO和靜電雷擊保護(hù)管Vl進(jìn)行保護(hù)后，由電阻R4、電阻R5、電阻R6和電阻R7完成Ι/V變換，由此得到的差分電壓信號由差分型Α/D轉(zhuǎn)換器Ul轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后傳至MCU，再由MCU對該數(shù)字信號進(jìn)行運算與分析，計算出負(fù)荷電流與短路故障信息。
[0040]零序電流測量電路包括信號調(diào)理電路2、Α/D采樣電路2和零序CT接插件。信號調(diào)理電路2包括濾波電容C10、全波整流電路和保護(hù)電路。Α/D采樣電路2包括Ι/V變換電路2。全波整流電路包括二極管V12、二極管V13、二極管V14和二極管V16。保護(hù)電路包括電阻R9和穩(wěn)壓二極管V15。I/V變換電路2包括電阻RlO和電阻RlI。
[0041 ] 如圖4和圖5所示，零序CT接插件的I腳和2腳分別接于濾波電容ClO的兩端，濾波電容ClO的一端與二極管V13的陰極端連接，其另一端與二極管V16的陰極端連接。二極管V12的陽極端和二極管V14的陽極端均與電阻R9的I腳連接。電阻R9的2腳通過穩(wěn)壓二極管V15接地。電容C9接于電阻R9的2腳與地之間。電阻Rll接于電阻R9的2腳與地之間。電阻R9的2腳通過電阻RlO與MCU的18腳連接，用于傳遞零序電流互感器檢測的電流變送信號ADl至MCU。電容Cll和電阻R12并聯(lián)后接于電阻RlO的2腳和地之間。
[0042]零序電流互感器輸出電流變送信號,通過零序CT接插件接入零序電流測量電路，經(jīng)濾波電容ClO濾波后，由全波整流電路進(jìn)行整流，再由保護(hù)電路進(jìn)行信號保護(hù)，然后通過I/ν變換電路將信號變換為單極性電壓信號；該單極性電壓信號傳至MCU的Α/D采樣管腳，MCU將此信號進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，完成接地故障計算。
[0043]本發(fā)明內(nèi)置微功率無線通信模塊，可將短路與接地故障信息，以及負(fù)荷電流通過無線的通信方式上傳到主站。本發(fā)明內(nèi)置微功率無線通信模塊；通信終端內(nèi)置GPRS模塊及微功率無線模塊?，F(xiàn)場安裝時，本發(fā)明與通信終端之間不需要安裝通信連接線，而是通過其內(nèi)置無線通信模塊進(jìn)行點對點通信，絕緣強度及安全性高，通信可靠，安裝方便。當(dāng)本發(fā)明檢測到短路或接地故障后，通過微功率無線通道將故障信息傳送到通信終端，通信終端再通過GPRS網(wǎng)絡(luò)或光纖通道將故障信息傳送到主站，完成故障定位和告警。
[0044]當(dāng)電力系統(tǒng)正常運行時，零序電流較小，無法為采樣電路提供可靠電源，而本發(fā)明的短路故障指示器采用雙電流互感器結(jié)構(gòu)，并具有獨立的取電電流互感器，可以有效的解決這一問題。
[0045]本發(fā)明的供電系統(tǒng)采用了供正向壓降的二極管與供功耗的LD0，電源功耗可降低到2uA，加上系統(tǒng)其他電路約500uA左右工作電流，當(dāng)一次側(cè)電流大于3A時，供電CT即可為系統(tǒng)提供穩(wěn)定電源，當(dāng)一次側(cè)電流小于3A時，由鋰電池供電。
[0046]本發(fā)明用于檢測電纜型配電網(wǎng)短路故障與接地故障，具有較高檢測精度及啟動電流小的特點。
【權(quán)利要求】
1.一種電纜型故障檢測儀，包括短路故障指示器、零序電流互感器和鋰電池，其特征在于，短路故障指示器包括取電電流互感器、測量電流互感器、CT供電電路、相電流測量電路、無線通信模塊、MCU和零序電流測量電路；取電電流互感器通過CT供電電路與MCU的電源端連接；測量電流互感器通過相電流測量電路與MCU的I/O端口連接，用于將檢測的相電流變送信號傳至MCU ;零序電流互感器通過零序電流測量電路與MCU的Α/D采樣端口連接，用于將檢測的電流變送信號傳至MCU ;鋰電池通過CT供電電路與MCU的電源端連接；無線通信模塊的串行接口通過SPI總線與MCU的I/O端口連接，用于與通信終端進(jìn)行信息交互。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜型故障檢測儀，其特征在于，所述短路故障指示器安裝在配電網(wǎng)A相、B相、C相線路上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜型故障檢測儀，其特征在于，所述零序電流互感器安裝在A相、B相、C相線路的匯合處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜型故障檢測儀，其特征在于，所述CT供電電路包括整流保護(hù)電路、直流5V電源電路、供電CT接插件和電池接插件；所述取電電流互感器通過供電CT接插件與整流保護(hù)電路的輸入端連接，該整流保護(hù)電路的輸出端與直流5V電源電路的輸入端連接；所述鋰電池通過電池接插件再經(jīng)由電源切換二極管與該直流5V電源電路的輸入端連接；該直流5V電源電路的輸出端與所述MCU的電源端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜型故障檢測儀，其特征在于，所述相電流檢測電路包括信號調(diào)理電路1、Α/D采樣電路I和測量CT接插件；所述測量電流互感器通過測量CT接插件與信號調(diào)理電路I的輸入端連接，該信號調(diào)理電路I的輸出端與Α/D采樣電路I的輸入端連接，Α/D采樣電路I的輸出端與所述MCU的IO端口連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜型故障檢測儀，其特征在于，所述零序電流測量電路包括信號調(diào)理電路2、A/D采樣電路2和零序CT接插件；所述零序電流互感器通過所述接插件與信號調(diào)理電路2的輸入端連接,該信號調(diào)理電路2的輸出端與Α/D米樣電路2的輸入端連接，該Α/D采樣電路2的輸出端與所述MCU的AD采樣端口連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電纜型故障檢測儀，其特征在于，所述無線通信模塊經(jīng)由通信終端通過GPRS或光纖通道與主站進(jìn)行通信，用于將故障信息傳送至主站，完成故障定位和告警。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電纜型故障檢測儀，其特征在于，所述直流5V電源電路包括三端穩(wěn)壓模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電纜型故障檢測儀，其特征在于，所述Α/D采樣電路包括差分型Α/D轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號】G01R31/08GK103472356SQ201310472642
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12日
【發(fā)明者】李君 , 黃雄凱, 陽武, 許健, 劉剛, 周到 申請人:長沙威勝信息技術(shù)有限公司