電纜型故障檢測儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型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(hào)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(hào)傳至MCU；無線通信模塊通過SPI總線與MCU的I/O端口連接。本實(shí)用新型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(dòng)電流。
【專利說明】電纜型故障檢測儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型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(dòng)化系統(tǒng)中，故障定位檢測是一項(xiàng)非常重要的功能。隨著社會(huì)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(shí)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(gè)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(bào)，塑料光纖現(xiàn)場布線困難，可靠性低，難以批量推廣應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型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]本實(shí)用新型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(hào)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(hào)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(hào)調(diào)理電路1、A/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(hào)調(diào)理電路I的輸入端連接，該信號(hào)調(diào)理電路I的輸出端與A/D采樣電路I的輸入端連接，A/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(hào)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(hào)調(diào)理電路2的輸入端連接，該信號(hào)調(diào)理電路2的輸出端與A/D采樣電路2的輸入端連接，該A/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A/D采樣電路包括差分型A/D轉(zhuǎn)換器。
[0015]本實(shí)用新型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(dòng)電流。
[0016]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所帶來的有益效果如下。
[0017]1.本實(shí)用新型內(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.本實(shí)用新型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)功倉泛。
[0019]3.本實(shí)用新型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(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。
[0021]圖2是本實(shí)用新型的CT供電電路圖。
[0022]圖3是本實(shí)用新型的相電流測量電路圖。
[0023]圖4是本實(shí)用新型的零序電流測量電路圖。
[0024]圖5是本實(shí)用新型的MCU電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]中壓配電線路一般采用三相三線結(jié)構(gòu)，本實(shí)用新型通過對A、B、C三相電流及零序電流進(jìn)行采用與分析，計(jì)算出短路與接地信號(hào)。
[0026]本實(shí)用新型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(gè)電流互感器，一個(gè)電流互感器(取電電流互感器)為本實(shí)用新型提供感應(yīng)電源；另一個(gè)電流互感器(測量電流互感器)為本實(shí)用新型提供相電流變送信號(hào)，用于短路故障計(jì)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。本實(shí)用新型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(hào)，經(jīng)濾波保護(hù)后，由A/D轉(zhuǎn)換電路將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，MCU對數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算與分析，計(jì)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(hào)，用于接地故障計(jì)算。
[0029]本實(shí)用新型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(dòng)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，本實(shí)用新型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(hào)調(diào)理電路1、A/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(hào)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。A/D采樣電路I包括A/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(hào)調(diào)理電路I的輸入端連接，該信號(hào)調(diào)理電路I的輸出端與A/D采樣電路I的輸入端連接，A/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(hào)傳至MCU。零序電流互感器通過所述接插件與信號(hào)調(diào)理電路2的輸入端連接，該信號(hào)調(diào)理電路2的輸出端與MCU的A/D采樣端口連接，用于將檢測的電流變送信號(hào)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(jí)過壓保護(hù)電路、第二級(jí)過壓保護(hù)電路和儲(chǔ)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(jí)過壓保護(hù)電路包括電阻Rl和穩(wěn)壓二極管V7。第二級(jí)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(chǔ)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(hào)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]本實(shí)用新型的系統(tǒng)供電采用取電電流互感器獲得的電源信號(hào)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(jí)過壓保護(hù)電路和第二級(jí)過壓保護(hù)電路進(jìn)行兩級(jí)過壓保護(hù)，然后經(jīng)儲(chǔ)能電容C2進(jìn)行大電容儲(chǔ)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(shí)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(shí)，取電電流互感器的輸出小于400mA ;第二級(jí)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(shí)，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。本實(shí)用新型通過兩級(jí)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(hào)調(diào)理電路1、A/D采樣電路I和測量CT接插件。信號(hào)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。A/D米樣電路I包括I/V變換電路I和A/D轉(zhuǎn)換器Ul。I/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A/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A/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(hào)的數(shù)字量的相電流變送信號(hào)給MCU ;其10腳與MCU的6腳連接，用于傳遞該A/D轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘信號(hào)；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(hào)；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(hào)，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I/V變換，由此得到的差分電壓信號(hào)由差分型A/D轉(zhuǎn)換器Ul轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳至MCU，再由MCU對該數(shù)字信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算與分析，計(jì)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(hào)調(diào)理電路2、A/D采樣電路2和零序CT接插件。信號(hào)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。A/D采樣電路2包括I/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1?9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(hào)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(hào),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(hào)保護(hù)，然后通過Ι/ν變換電路將信號(hào)變換為單極性電壓信號(hào)；該單極性電壓信號(hào)傳至MCU的A/D采樣管腳，MCU將此信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后，完成接地故障計(jì)算。
[0043]本實(shí)用新型內(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。本實(shí)用新型內(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(shí)，本實(shí)用新型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(diǎn)對點(diǎn)通信，絕緣強(qiáng)度及安全性高，通信可靠，安裝方便。當(dāng)本實(shí)用新型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
生敬口目。
[0044]當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，零序電流較小，無法為采樣電路提供可靠電源，而本實(shí)用新型的短路故障指示器采用雙電流互感器結(jié)構(gòu)，并具有獨(dú)立的取電電流互感器，可以有效的解決這一問題。
[0045]本實(shí)用新型的供電系統(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(shí)，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(shí)，由鋰電池供電。
[0046]本實(shí)用新型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(dòng)電流小的特點(diǎn)。
【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(hào)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(hào)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(hào)調(diào)理電路1、A/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(hào)調(diào)理電路I的輸入端連接，該信號(hào)調(diào)理電路I的輸出端與A/D采樣電路I的輸入端連接，A/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(hào)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(hào)調(diào)理電路2的輸入端連接,該信號(hào)調(diào)理電路2的輸出端與A/D米樣電路2的輸入端連接，該A/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A/D采樣電路包括差分型A/D轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK203479952SQ201320626566
【公開日】2014年3月12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