本實用新型涉及一種配電線路狀態(tài)監(jiān)測指示裝置，屬于配電線路監(jiān)測領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

配電線路中，狀態(tài)指示裝置和監(jiān)測裝置共同構(gòu)成配電線路故障指示單元，用于對架空配電線路的突發(fā)故障進行監(jiān)測。其中狀態(tài)指示裝置卡在高壓配電線上，顯示配電線路的工作狀態(tài)，以便巡線人員迅速找到配電線路的故障位置。故障監(jiān)測裝置用于監(jiān)測配電線路的工況，并將配電線路的故障狀態(tài)進行處理上報。由于故障指示單元一般安裝于10米以上的高空，本身體積較小，巡線員很難觀察到故障指示單元上的狀態(tài)指示，因此通常需要采取動態(tài)的顯示方式。

目前，狀態(tài)指示裝置所采用的指示機構(gòu)主要為電磁翻牌。電磁翻牌通過驅(qū)動電路推動電磁線圈完成翻牌機構(gòu)的變化，將牌子由紅牌翻轉(zhuǎn)為白牌。其中的電磁線圈由線圈和鐵芯構(gòu)成，線圈通電流時，線圈中產(chǎn)生直流磁通，磁化鐵芯。由于翻牌機構(gòu)上裝有一永久磁鐵，永久磁鐵的南北極固定。線圈通電后，鐵芯與永久磁鐵相互作用，使機構(gòu)正傳或反轉(zhuǎn)。但是，由于存在剩磁，鐵芯磁化后，在線圈斷電的情況下，翻牌機構(gòu)仍會處于翻轉(zhuǎn)的狀態(tài)。此外，如果配電線路處于大負(fù)荷電流的狀態(tài)下，由于工頻磁場的作用，鐵芯會被反復(fù)磁化。之后，當(dāng)電流較小時，翻牌機構(gòu)會產(chǎn)生明顯振蕩。而在大電流時，鐵芯在強磁反復(fù)磁化作用下，剩磁將會消失，翻牌機構(gòu)無法繼續(xù)原先的翻牌狀態(tài)，從而會造成漏報或誤報。

由于目前類似裝置所采用的翻牌機構(gòu)需要電流驅(qū)動線圈，因而，現(xiàn)有的裝置需要安裝較大容量的電池或者外接電源才能工作。因此，現(xiàn)有裝置一般體積較大，且質(zhì)量偏重，需要單獨安排供電，安裝也不太方便。而本裝置重新設(shè)計了供電模塊，通過配電線周圍的電場直接取電，解決了現(xiàn)有裝置因為供電而帶來的體積過大、安裝維護不方便的問題。

為了保證使用過程中的安全性和可靠性，需要隨時對高壓配電線路的各相回路的帶電狀態(tài)密切監(jiān)控，針對現(xiàn)在市場上帶電指示器體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，本實用新型在不增加功耗的條件下增加配電線路周圍電場強度指示功能，以翻牌轉(zhuǎn)動的速率指示導(dǎo)線周圍電場強度，從而提高配電線路安全運行的穩(wěn)定性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種配電線路狀態(tài)監(jiān)測方法及其對應(yīng)的監(jiān)測指示裝置，通過柔性液晶顯示部件顯示狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)指示配電線路的狀態(tài)，從而使巡線員能夠更加準(zhǔn)確地掌握配電線路的狀態(tài)。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種配電線路狀態(tài)監(jiān)測指示裝置，包括固定部件、采樣模塊、指示機構(gòu)和外殼體，采樣模塊設(shè)置在外殼體與配電線路接觸的表面上，其特征在于，外殼體內(nèi)設(shè)有控制單元、供電模塊和通信模塊，控制單元同時連接采樣模塊、指示機構(gòu)和通信模塊，供電模塊同時連接控制單元、采樣模塊、指示機構(gòu)和通信模塊進行供電，指示機構(gòu)為安裝在外殼體側(cè)面的柔性液晶顯示部件。

其中，所述的柔性液晶顯示部件由液晶模塊和驅(qū)動電路組成，液晶模塊由內(nèi)到外分為3層，最內(nèi)層為液晶涂層，液晶涂層外夾有一對偏光片，偏光片外夾有一對透明電極，透明電極連接驅(qū)動電路，液晶涂層、偏光片和透明電極貼合外殼體的側(cè)面設(shè)置。

其中，所述的柔性液晶顯示部件有兩組或兩組以上，每組液晶顯示部件由各自獨立的驅(qū)動電路驅(qū)動，相鄰的兩組柔性液晶顯示部件的顯示狀態(tài)保持不相同。

其中，所述的驅(qū)動電路為由4個MOS管構(gòu)成的驅(qū)動橋，其中的每個MOS管分別并聯(lián)一個調(diào)相電容和一個調(diào)相電阻，驅(qū)動電路輸出正負(fù)方波驅(qū)動液晶顯示部件，正負(fù)方波的相位通過調(diào)節(jié)4組調(diào)相電容的電容值以及調(diào)相電阻的電阻值來調(diào)節(jié)。

其中，所述的液晶模塊內(nèi)側(cè)設(shè)有LED光源。

其中，所述的供電模塊由取電單元和儲電單元構(gòu)成，儲電單元連接控制單元（5）、采樣模塊、指示機構(gòu)和通信模塊進行供電；取電單元為設(shè)置在外殼體與配電線路接觸的表面的U型槽面，取電單元沿徑向由內(nèi)到外分層設(shè)置有內(nèi)電極、內(nèi)層介質(zhì)、輸出電極、外層介質(zhì)和外層介質(zhì)，輸出電極將電能輸出至儲電單元進行存儲。

其中，所述的控制單元選用MSPFR5949芯片?？刂茊卧鶕?jù)采樣得到的配電線路工作情況（包括配電線路中的電壓和電流）以及芯片中預(yù)設(shè)的中斷時間，將配電線路的工作狀態(tài)通過通信模塊進行上報，并通過指示機構(gòu)定性顯示。通信模塊選用GY-RF-01模塊，主要用于將控制單元得到的配電線路工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)進行上報，報告配電線路是否出現(xiàn)故障。儲電單元選用法拉電容，為本裝置各模塊供電。

其中，所述的采樣模塊由磁敏電阻以及磁敏電阻的限幅保護電路組成。磁敏電阻感應(yīng)配電線所產(chǎn)生的電磁場，并通過阻值的變化反應(yīng)電磁場場強的變化。

上述裝置按照如下步驟工作：采樣模塊采集配電線路中的電流數(shù)據(jù)和電壓數(shù)據(jù)并傳輸至控制單元，控制單元一旦監(jiān)測到到達(dá)中斷時間，或者電壓數(shù)據(jù)達(dá)到電壓突變門限值，或者電流數(shù)據(jù)達(dá)到電流突變門限值，則判斷發(fā)生中斷；

若是由于配電線路中的電壓或電流大于電壓突變門限值或電流突變門限值而發(fā)生中斷，則由控制單元將發(fā)生的故障種類通過通信模塊進行上報，同時驅(qū)動指示機構(gòu)進入快速變化的顯示模式；

若是由于到達(dá)中斷時間而發(fā)生中斷，則由控制單元將將電壓數(shù)據(jù)和電流數(shù)據(jù)通過通信模塊進行上報，同時驅(qū)動指示機構(gòu)進入慢速變化的顯示模式；

若未發(fā)生中斷，則由控制單元比較配電線路中的電壓是否到達(dá)電壓突變門限值，電流是否到達(dá)電流突變門限值，同時驅(qū)動指示機構(gòu)進入慢速變化的顯示模式，直至發(fā)生中斷。

本實用新型和現(xiàn)有方案相比具有如下有益效果:

首先，本實用新型使用液晶模塊取代傳統(tǒng)的翻牌機構(gòu)。由于液晶模塊不會像翻牌機構(gòu)的線圈和鐵芯一樣，受剩磁的影響而產(chǎn)生錯誤翻轉(zhuǎn)。因而克服了現(xiàn)有的翻牌機構(gòu)在斷電時仍會保持錯誤的翻轉(zhuǎn)狀態(tài)的缺陷。而且，由于所采用的液晶模塊受電流磁場的影響較小，不會在大電流強磁場的作用下消磁，因而不會在大電流狀態(tài)下出現(xiàn)漏報誤報的情況。本實用新型對配電線路狀態(tài)的顯示更為準(zhǔn)確，出錯概率更低。

并且，由于本實用新型通過柔性液晶顯示部件取代現(xiàn)有的磁鐵和線圈來進行翻牌變換，而其中的液晶模塊貼合外殼體的側(cè)面設(shè)置，這樣的設(shè)計使得本裝置的體積僅為現(xiàn)有裝置的一半。由于配電線路故障指示器用量在100萬臺/年以上，產(chǎn)品的小型化可以節(jié)約大量原材料成本。同時，由于液晶材料功耗低，易于識別，成本低廉，更適應(yīng)于配電線路故障指示這種安裝需求數(shù)量巨大的應(yīng)用場合。

考慮到本裝置一般安裝于10米以上的高空，而且本身體積較小，因而，本裝置在顯示時通過調(diào)節(jié)驅(qū)動電路中的調(diào)相電容和調(diào)相電阻來改變驅(qū)動信號的相位，驅(qū)動指示機構(gòu)根據(jù)配電線路狀態(tài)進入不同的顯示模式。指示機構(gòu)的動態(tài)變化可以定性地顯示配電線路電場強度的大小，達(dá)到指示在線電壓的目的。這種動態(tài)的顯示方式更便于巡線員判斷。而且，本裝置設(shè)有通信模塊，可以通過通信模塊與監(jiān)測裝置配合，共同實現(xiàn)對配電線路工況的監(jiān)測管理。

更進一步，本裝置在液晶模塊內(nèi)設(shè)置有LED光源。通過LED光源的閃爍來指示配電線路工作狀態(tài)和線路周圍的電場強度，更適應(yīng)夜間或者光線不足的應(yīng)用環(huán)境。

同時，本裝置采用高壓電場感應(yīng)電源供電，通過在外殼的U型槽面上設(shè)置的三層電極以及殼體的分布電容從配電線路四周的電場中吸收汲取能量。由于液晶模塊和驅(qū)動它的驅(qū)動電路本身功耗就很低，本裝置無需另行設(shè)置電源即可工作。因此，本裝置的設(shè)計制造、實地安裝與后期維護都更為方便。

附圖說明

附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，并與本實用新型的實施例一起，用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的限制。在附圖中：

圖1為所述配電線路狀態(tài)監(jiān)測指示裝置的總體結(jié)構(gòu)圖。

圖2為所述配電線路狀態(tài)監(jiān)測方法的流程圖。

圖3為所述配電線路狀態(tài)監(jiān)測指示裝置的內(nèi)部模塊圖。

圖4為所述配電線路狀態(tài)監(jiān)測指示裝置的液晶模塊的顯示方式圖。

圖5為所述配電線路狀態(tài)監(jiān)測指示裝置的液晶模塊的三層結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖6為所述配電線路狀態(tài)監(jiān)測指示裝置的液晶模塊的驅(qū)動電路圖。

圖7為所述配電線路狀態(tài)監(jiān)測指示裝置的取電單元的結(jié)剖面結(jié)構(gòu)圖。

圖8為所述配電線路狀態(tài)監(jiān)測指示裝置的供電模塊電路圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型的優(yōu)選實施例進行說明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

實施例一

本實施例提供一種如圖1所示的配電線路狀態(tài)監(jiān)測指示裝置，包括固定部件1、采樣模塊2、指示機構(gòu)3和外殼體4，采樣模塊2設(shè)置在外殼體4與配電線路接觸的表面上，其特征在于，外殼體4內(nèi)設(shè)有控制單元5、供電模塊6和通信模塊7，控制單元5同時連接采樣模塊2、指示機構(gòu)3和通信模塊7，供電模塊6同時連接控制單元5、采樣模塊2、指示機構(gòu)3和通信模塊7進行供電，指示機構(gòu)3為安裝在外殼體4側(cè)面的柔性液晶顯示部件?？刂茊卧?選用MSPFR5949芯片，通信模塊7選用GY-RF-01模塊，儲電單元選用法拉電容，采樣模塊由磁敏電阻以及磁敏電阻的限幅保護電路組成。內(nèi)部各模塊的連接關(guān)系參見圖3。

本裝置中的固定部件為安裝在外殼體上部的夾持部件，夾持部件將本裝置夾持固定在配電線路上。本實施例中，如圖1所示，夾持部件由一對固定在外殼體4的矩形環(huán)組成，矩形環(huán)夾住配電線路，使得本裝置懸掛固定在配電線路上。

本裝置中柔性液晶顯示部件由液晶模塊和驅(qū)動電路組成。液晶模塊如圖5所示，由內(nèi)到外分為3層，最內(nèi)層為液晶涂層34，液晶涂層外夾有一對偏光片33，偏光片外夾有一對透明電極32，透明電極連接驅(qū)動電路，液晶涂層、偏光片和透明電極貼合外殼體4的側(cè)面設(shè)置。液晶涂層為涂覆有配向劑和液晶材料的玻璃基板。偏振片安裝于外殼體內(nèi)側(cè)表面，從外殼體外入射的自然光通過偏光片形成線偏振光，與液晶涂層中液晶材料的長軸方向同向。配向劑控制沒有外電場時液晶的排列方向，在沒施加電場情況下，液晶材料的的光軸與偏振光的偏振方向一致，此時內(nèi)殼表面反射入射的光線，整個指示機構(gòu)呈現(xiàn)出白色狀態(tài)；施加電場的情況下相應(yīng)的顯示為黑色。

驅(qū)動電路如圖6所示，為由T1至T4這4個MOS管構(gòu)成的驅(qū)動橋，其中的每個MOS管分別并聯(lián)一個調(diào)相電容和一個調(diào)相電阻，驅(qū)動電路輸出正負(fù)方波驅(qū)動液晶顯示部件，正負(fù)方波的相位通過調(diào)節(jié)4組調(diào)相電容的電容值以及調(diào)相電阻的電阻值來調(diào)節(jié)。驅(qū)動橋的工作電壓來自于供電模塊輸出端V1，驅(qū)動橋的T+、T-之間輸出為正負(fù)方波，當(dāng)T+、T-之間電壓有效值大于晶體開啟電壓Vth時，液晶模塊不反射入射光，指示機構(gòu)顯示為黑色。G1、G2為驅(qū)動橋控制電壓輸入端，G1、G2之間的電壓就是電場感應(yīng)電容C1兩端的電壓，在C1兩端電壓驅(qū)動下驅(qū)動橋輸出正負(fù)脈沖，通過改變CG1-CG4容值和RG1-RG4阻值調(diào)整8組電極驅(qū)動電壓的相位，使指示機構(gòu)的顯示產(chǎn)生變化效果。當(dāng)C1兩端電壓快速變化時，驅(qū)動電路驅(qū)使指示機構(gòu)進入快速變化的顯示模式；反之，指示機構(gòu)的顯示狀態(tài)慢速變化。用戶根據(jù)外殼體液晶模塊顯示狀態(tài)的變化速度可的定性判斷配電線路的大小，達(dá)到指示在線電壓的目的。

此外，本裝置選用磁敏電阻作為電流傳感器。磁敏電阻安裝于殼體上端，緊貼線路，其阻值的大小取決于導(dǎo)線周圍因其電流產(chǎn)生的磁場強度，磁敏電阻經(jīng)保護電路接在MCU的AD采樣端，MCU依據(jù)其阻值的大小判斷線路工作電流，故障電流觸發(fā)電路由MCU內(nèi)部比較器與外接的磁敏電阻組成，正常狀態(tài)下，MCU采集磁敏電阻的的阻值，根據(jù)要求動態(tài)設(shè)置門檻電壓，當(dāng)線路突變電流大于此值（一般為200A）時，MCU比較器發(fā)出中斷信號觸發(fā)MCU由比較器模式切換到AD采樣模式檢測線路故障狀態(tài)，電壓觸發(fā)與電流類似，由MCU內(nèi)部比較器構(gòu)成，通過在正常狀態(tài)下測量的電場電壓值設(shè)置電壓突變門限，當(dāng)線路電壓突變時觸發(fā)MCU采樣，并判斷線路電壓變化狀態(tài)。

本裝置工作步驟如下：

第一步，初始化設(shè)置：設(shè)置電壓突變門值為配電線路中電壓值的±30%、電流突變門限值為200A以及中斷時間為60ms。

第二步，發(fā)生中斷：一旦監(jiān)測到到達(dá)中斷時間60ms，或者配電線路中電壓的變化范圍超過原先配電線路中電壓值的±30%，或者配電線路中的電流大于電流突變門限值200A，即判斷發(fā)生中斷；若發(fā)生中斷則繼續(xù)第三步，若未發(fā)生中斷則按照跳轉(zhuǎn)至第四步；

第三步，采樣模式：首先判斷中斷原因，若是由于配電線路中的電壓或電流大于電壓突變門限值或電流突變門限值而發(fā)生中斷，則上報發(fā)生的故障種類，同時驅(qū)動指示機構(gòu)進入快速變化的顯示模式，隨后跳轉(zhuǎn)至第二步；若是由于到達(dá)中斷時間而發(fā)生中斷，則上報電壓和電流的數(shù)據(jù)，并跳轉(zhuǎn)至第四步；

第四步，比較模式：比較配電線路中的電壓的變化范圍是否超過電壓突變門限值，電流是否到達(dá)電流突變門限值，同時驅(qū)動指示機構(gòu)進入慢速變化的顯示模式；若電壓變化范圍超過電壓突變門限值或電流值達(dá)到電流突變門限值，則跳轉(zhuǎn)至第二步；否則繼續(xù)停留在第四步。

實驗中，控制模塊在比較模式和采樣模式兩種模式之間切換的時間為2μs。

實施例二

本實施例在上一實施例的基礎(chǔ)上進行了進一步的改進，具體如下：

在顯示方式上，本實施例的指示機構(gòu)，即柔性液晶顯示部件有兩組或兩組以上，每組液晶顯示部件由各自獨立的驅(qū)動電路驅(qū)動，相鄰的兩組柔性液晶顯示部件的顯示狀態(tài)保持不相同。為了保證在光線較弱的情況下裝置仍然能夠清楚的顯示配電線路的狀態(tài)，液晶模塊內(nèi)側(cè)設(shè)有LED光源。本實施例中具體的顯示方式參見附圖4。當(dāng)液晶部件變化顯示狀態(tài)時，由于人眼的視覺殘留，本裝置會出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的顯示效果。這樣比起單純的明暗變化的顯示方式，更易于為工作人員發(fā)現(xiàn)。本實施例中的柔性液晶顯示部件分為8個區(qū)域。設(shè)計時，8組液晶顯示部件在外殼體上呈徑向?qū)ΨQ分布，8組液晶顯示部件在驅(qū)動電路作用下連續(xù)閃爍顯示，產(chǎn)生變化閃爍效果，便于觀察識別。

進一步的，為了解決現(xiàn)有裝置需要外接電源供電的問題，本實施例中，供電模塊6由取電單元和儲電單元構(gòu)成，儲電單元連接控制單元5、采樣模塊2、指示機構(gòu)3和通信模塊7，并對其進行供電。取電單元為設(shè)置在外殼體4與配電線路接觸的表面的U型槽面，取電單元沿徑向，由內(nèi)到外分層設(shè)置有內(nèi)電極61、內(nèi)層介質(zhì)62、輸出電極63、外層介質(zhì)64和外層介質(zhì)65，內(nèi)外介質(zhì)層的介電常數(shù)均為4.5。具體分層結(jié)構(gòu)參見附圖7。輸出電極63將電能輸出至儲電單元，即法拉電容，進行存儲。

內(nèi)電極與配電線路直接接觸，內(nèi)電極與輸出電極構(gòu)成取電電容C7，輸出電極與外電極、大地以及裝置的其他部分構(gòu)成分布電容C0。加工時，本裝置采取電鍍工藝加工，在聚酯薄膜介質(zhì)表面電鍍鋁合金形成輸出電極，再將其內(nèi)外兩層介質(zhì)層真空壓合形成內(nèi)外電容器組。電極之間存在電容效應(yīng)，因而輸出電極能夠?qū)ε潆娋€的電場產(chǎn)生感應(yīng)，輸出電壓。輸出電壓經(jīng)整流穩(wěn)壓后提供給驅(qū)動電路作為供電電壓：uc=C0/（C1+C0）。其中，C0分布電容大小通常為12pF左右，C7為取電電容，大小與內(nèi)層介質(zhì)的介電常數(shù)有關(guān)。實驗驗證，此感應(yīng)電壓大于10V。法拉電容是本裝置的儲能元件，配電線路正常狀態(tài)時，感應(yīng)電源為法拉電容其充電；在故障態(tài)時，法拉電容為控制模塊（即MCU）和通信模塊充當(dāng)電源。法拉電容容量為4.7法拉，耐壓為5.5V，充滿電狀態(tài)儲存能量W=1/2C（ΔU）2,其中ΔU=5.5-Umin，Umin為MCU的最低工作電壓。選用MSP430FR5949芯片作為MCU，選用GY-RF-01模塊作為通信模塊，它們的最小工作電壓Umin=2.0V，由此計算出充滿電狀態(tài)儲存能量W=28.7875J。MCU工作電流為300uA，通信單元工作平均電流為30mA，在通訊速率25kbps情況下傳輸故障狀態(tài)信息為12個字節(jié)，發(fā)射持續(xù)時間約為5.2ms,消耗能量為W=UIΔt= 600uJ， 遠(yuǎn)小于法拉電容儲存的能量，因而此設(shè)計完全可以滿足工作的要求。

而且，由于選用的MSP430FR5949芯片具有超低功耗的特性，而且本裝置的指示機構(gòu)采用功耗更低的液晶的顯示方式，且液晶模塊的驅(qū)動電路本身不消耗電能，指示裝置的主要功耗僅僅是驅(qū)動電路的開關(guān)損耗。同時，驅(qū)動電路進一步的選擇了低功耗高速MOS管，降低驅(qū)動損耗，使整個電路功耗小于1uW，滿足自取電使用要求。因此本裝置無需外接電源，設(shè)計制造、實地安裝與后期維護都更為方便。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解：以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。