配電網絡故障檢測裝置的製作方法

2023-12-05 10:24:51 2

專利名稱：配電網絡故障檢測裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統配電網絡維護技術領域，尤其涉及一種配電網絡故障檢測裝置。
背景技術：
在電力系統配電網絡中，例如城市環網，若某一級配電網絡分支迴路中發生了短 路或接地故障，該配電網絡上一級的繼電保護系統必須要在一定時間段內進行分斷。在分 斷保護過程執行完畢後，會造成屬於該配電網絡的所有的分支迴路全部斷電。為了儘快的 修復故障，恢復電力供應，需要一種配電網絡故障檢測裝置，用於在配電網絡斷電後能夠及 時準確的定位並指示故障點。目前常用的配電網絡故障檢測裝置通常獨立的設置於配電網絡中，其無法或難以 將故障檢測信息自動上傳到電力管理系統中，因此電力管理系統難以及時的獲取到故障信 息，不能滿足電網智能化管理的需求，導致無法及時的定位並修復電路故障。同時，現有的 配電網絡故障檢測裝置一般採用電池供電，由於電池的供電能力有限，且在潮溼環境下電 池漏電嚴重，這種故障檢測裝置的使用壽命較低，維護工作量較大，不能較好的適用於配電 網絡故障檢測領域。

發明內容
為解決上述技術問題，本發明的目的在於提供一種配電網絡故障檢測裝置，以實 現將故障檢測信息自動上傳到電力管理系統中，便於及時的定位並修復電路故障，同時實 現無需電池供電，提高故障檢測裝置的使用壽命，降低維護工作量，使其能夠較佳的適用於 配電網絡故障檢測領域。本發明實施例提供了如下技術方案一種配電網絡故障檢測裝置，包括分別設置在三相電纜上的第一短路傳感器、第二短路傳感器和第三短路傳感器；設置在三芯電纜上的接地傳感器，所述第一短路傳感器、第二短路傳感器和第三 短路傳感器分別通過光纖與所述接地傳感器連接；通過線纜與所述接地傳感器連接的主機；所述第一短路傳感器、第二短路傳感器和第三短路傳感器用於分別獲取三相電纜 的短路故障信號，並依次通過光纖、接地傳感器和線纜發送到所述主機；所述接地傳感器用於獲取接地故障信號，並通過線纜發送到所述主機；所述線纜包括通信線纜和電力線纜，所述通信線纜用於實現接地傳感器和主機的 之間的信號傳輸，所述電力線纜用於向接地傳感器提供電力供應；所述主機用於接收並處理所述短路故障信號和接地故障信號。與現有技術相比，上述技術方案具有以下優點本發明實施例所提供的配電網絡故障檢測裝置中，通過設置的光纖連接了接地傳感器和短路傳感器，並通過線纜連接了接地傳感器和主機，因此，能夠將短路和接地故障信 息實時自動的上傳到電力管理系統中，能滿足電網智能化管理的需求，便於及時的定位並 修復電路故障。同時，本實施例提供的線纜中包括了可以為該裝置提供電力供應的電力線 纜，因此，該裝置無需使用電池供電，可以有效的提高該裝置的使用壽命，降低維護工作量， 使其能夠較佳的適用於配電網絡故障檢測領域。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為實施例一提供的配電網絡故障檢測裝置結構示意圖；圖2為實施例二提供的配電網絡故障檢測裝置中短路傳感器結構示意圖；圖3為實施例二提供的配電網絡故障檢測裝置中接地傳感器結構示意圖；圖4為實施例二提供的配電網絡故障檢測裝置中主機結構示意圖。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於 本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他 實施例，都屬於本發明保護的範圍。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明，但是本發明還可以 採用其他不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的 情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。實施例一本實施例提供了一種配電網絡故障檢測裝置，如圖1所示，為該裝置的一種結構 示意圖，該裝置具體包括分別設置在三相電纜上的第一短路傳感器101、第二短路傳感器102和第三短路 傳感器103 ；設置在三芯電纜上的接地傳感器104，所述第一短路傳感器101、第二短路傳感器 102和第三短路傳感器103分別通過光纖105與所述接地傳感器104連接；通過線纜106與所述接地傳感器104連接的主機107 ；所述第一短路傳感器101、第二短路傳感器102和第三短路傳感器103用於分別獲 取三相電纜A、B和C的短路故障信號，並依次通過光纖105、接地傳感器104和線纜106發 送到所述主機107 ；所述接地傳感器104用於獲取接地故障信號，並通過線纜106發送到所述主機 107 ；所述線纜106包括通信線纜和電力線纜(圖中未示出)，所述通信線纜用於實現接 地傳感器104和主機107的之間的信號傳輸，所述電力線纜用於向接地傳感器104提供電力供應；所述主機107用於接收並處理所述短路故障信號和接地故障信號。本實施例提供的配電網絡故障檢測裝置中，通過設置的光纖連接了接地傳感器和 短路傳感器，並通過線纜連接了接地傳感器和主機，因此，能夠將短路和接地故障信息實時 自動的上傳到電力管理系統中，能滿足電網智能化管理的需求，便於及時的定位並修復電 路故障。同時，本實施例提供的線纜中包括了可以為該裝置提供電力供應的電力線纜，因 此，該裝置無需使用電池供電，可以有效的提高該裝置的使用壽命，降低維護工作量，使其 能夠較佳的適用於配電網絡故障檢測領域實施例二 在實施例一公開的配電網絡故障檢測裝置的基礎上，本實施例提供了該檢測裝置 中所述接地傳感器、短路傳感器和主機的一種具體的結構。如圖2所示，為本實施例提供的配電網絡故障檢測裝置中所述的短路傳感器的一 種結構示意圖，該短路傳感器包括依次相連接的短路故障信號採集單元201、短路故障信號處理單元202和光電轉 換單元203 ；所述短路故障信號採集單元201用於採集的短路故障信號，並發送到所述短路故 障信號處理單元202 ；短路故障信號處理單元202用於分析處理處理短路故障信號，並發送到光電轉換 單元203 ；所述光電轉換單元203用於將短路故障信號轉換為光信號並通過所述光纜發送 到所述接地傳感器。所述短路傳感器檢測出瞬間跳變的、超過正常負荷電流某一閾值的、持續時間很 短的故障信號，該故障信號同時驅動電光轉換單元203，使超高亮發光二極體發光，光線再 經光纖傳送到接地傳感器上。如圖2所示，所述短路故障信號採集單元201可以為一個電磁感應I/V變換器，安 裝在各相相線上，其輸出信號進入所述短路故障信號處理單元202，所述短路故障信號處理 單元202輸出信號驅動電光轉換單元203，進行光電轉換後使超高亮發光二極體發光，光線 再經光纖傳送到接地傳感器上。圖2中，短路故障信號採集單元201所示的電磁感應式I/V變換器，副邊繞組的信 號電壓Vsf，進入虛線右側的短路故障信號處理單元202，所述短路故障信號處理單元202 可以包括依次相連接的保護電路2021、雙向峰值檢波電路2022、採樣電路2023和比較電 路 2024 ；與所述比較電路20M相連接的基準電源2025 ；分別與所述雙向峰值檢波電路2022和所述基準電源2025相連接的穩壓電源 2(^6。所述比較電路20M連接到所述光電轉換單元203。所述信號電壓Vsf依次經抗過壓、過流及雷擊的保護電路2021，雙向峰值檢波電 路2022，採樣電路2023後的信號電壓Vs，輸入比較電路20 ，基準電源2025用於向比較電 路20M提供基準電壓Vr，比較結果有輸出信號時，則經過光電轉換單元203，轉換成光脈衝 信號，進入光纜，向接地傳感器輸出，其中，穩壓電源20 用於向短路傳感器的各個組件提供電力供應。保護電路2021可以採用自恢復保險絲和雙向固態TVS (Transient VoltageSuppressor，瞬態電壓抑制器)管做雷電、電網尖峰等浪湧電壓的抑制和吸收，對 於短路傳感器本身引起的過流同樣具有保護作用。雙向峰值檢波電路2022將電壓信號的峰值取出，經採樣電路2023送到比較電路 20 與2. 5V基準電壓Vr相比較。採樣電壓VS由升流發生器標定，當Vs大於基準電壓Vr時，比較電路204產生翻 轉，驅動發光二極體LED，產生光信號，由光纜將短路故障信號傳送給接地傳感器。雙向峰值檢波電路2022還可以用於提供短路傳感器電子電路所需的電源，該電 路產生的脈動直流經濾波、穩壓，提供一個穩定的，紋波係數很小的5V電壓Vcc，供基準電 源2025和其他電路使用。接地傳感器通過線纜連接到主機，線纜不僅包括雙向通信的通信線纜，還包括主 機電源引入到接地傳感器的電力線纜，接地傳感器檢測線路正常運行時的零序電流大小， 採用遞推算法自動調整作為故障判斷依據的過流限值和電流變化率。如圖3為本實施例提供的配電網絡故障檢測裝置中所述的接地傳感器的一種結 構示意圖，該接地傳感器包括依次相連接的接地故障信號採集單元301、接地故障信號處理單元302、主處理器 單元303和通信單元304 ；與所述主處理器單元303相連接的光敏接收電路305 ；所述接地故障信號採集單元301用於採集接地故障信號，並發送到接地故障信號 處理單元302 ；所述接地故障信號處理單元302用於將接地故障信號整流、放大後發送到主 處理器單元303 ；所述光敏接收電路305用於通過光纖接收短路傳感器發送的短路故障信 號，並發送到主處理器單元303 ；所述主處理器單元303用於接收短路故障信號和接地故障 信號，並採樣分析後發送到所述通信單元304 ；所述通信單元304用於實現和所述主機的信 息傳輸。此外，所述接地傳感器還可以包括電力供應單元306，一端連接到所述電力線纜， 用於獲取電力供應，並分別連接到接地傳感器的其它組成模塊為其提供電力供應。所述接地故障信號採集單元301可以為電磁感應I/V變換器，安裝在三芯電纜線 上，其輸出的接地故障信號進入所述接地故障信號處理單元302。所述接地故障信號處理單 元302用於對接地故障信號進行整流和放大，可以包括信號整流電路3021和信號放大電路 3022。經接地故障信號處理單元302處理後輸出的接地故障信號進入主處理器單元303，經 主處理器單元303採樣、存儲、分析處理後發送到所述通信單元304，並由通信單元304發送 到主機。接地傳感器中的光敏接收電路305通過光纖接收短路傳感器的光信號，經光電轉 換得到電信號後發送到主處理器單元303，再通過通信單元304發送到主機中。此外，所述接地傳感器還可以包括連接在接地故障信號採集單元301和接地故障 信號處理單元302之間的保護電路307，圖3左側所示的接地故障信號採集單元301是一個 電磁感應式I/V變換器，其副邊繞組的信號電壓Vsf首先經抗過壓、過流及雷擊的保護電路 307。保護電路307採用自恢復保險絲和雙向固態TVS管做雷電、電網尖峰等浪湧電壓的抑制和吸收，對於接地傳感器本身引起的過流同樣具有保護作用。接地故障信號此依次經整流、濾波、信號放大後進入主處理器單元303。信號整流 電路3021實現交流信號到直流的轉化。為實現高精度的數據採樣，信號整流電路3021可 以採用雙運放進行整流，並可以由電位器構成的分壓電路進行零點的調節，整流後信號進 行濾波、放大，變換為一個反映接地故障電流大小的直流信號，輸入到主處理器單元303的 模數轉換口，由主處理器單元303進行參數的採樣。主處理器單元303採用程序對接地故 障信號進行採樣、濾波、存儲後分析比較。接地故障的判斷方法包括兩個依據，一是將本採樣周期內採樣到的信號與前一採 樣周期內的信號比較，若本次採樣信號大於前次採樣信號超過一定限值，則作為故障判斷 依據之一；另一故障判斷依據是對前N次採樣信號求均值，若本次採樣信號與均值相比超 過一定限值，則作為另一故障判據，兩個故障判據都滿足時，則認為發生了接地故障。為自 動適應因系統擴容等導致的接地電流大小變化，接地信號均值的大小並不固定，而是對N 次採樣信號遞推，最早存儲的採樣信號被本次採樣信號代替。上述接地故障的判斷方法與現有技術相比較，能夠自動地適應接地信號的波動， 其故障的判斷更加準確，特別是在小電流系統中，能夠有效的避免誤判和漏判的現象。如圖4所示，為本實施例提供的主機的一種結構示意圖，所述主機包括通過線纜與所述接地傳感器相連接的第一通信單元401，用於實現與接地傳感器 的通信傳輸；與所述第一通信單元401連接的中央處理單元402，用於分析處理所述短路故障 信號和接地故障信號；與所述中央處理單元402相連接的第二通信單元403，用於輸出經中央處理單元 處理402後的短路故障信號和接地故障信號；與電力線纜和主機各個組成模塊相連接的電源轉換單元404，用於向主機和所述 接地傳感器提供電力供應。此外，所述主機還可以包括與中央處理單元402相連接的報警指示單元405，用於根據中央處理單元402的指 令發出警報信息。報警指示單元405具體的可以為顯示屏或LED指示燈。為了實現存儲故障信號數據，所述主機還可以包括與中央處理單元402相連接的數據存儲單元406，用於接收並存儲中央處理單元 402發送的數據。所述第一通信單元401和所述第二通信單元403均可以為採用485串行通訊和標 準的MODBUS (RTU)協議的串行通訊單元，分別與接地傳感器和上級FTU (Feeder Terminal Unit,饋線終端裝置)設備連接，實現讀取各接地傳感器參數並將故障信息和採集參數輸 出的功能。第一通信單元401接收接地傳感器傳送來的短路或接地故障信號，送中央處理單 元402處理，中央處理單元402首先對接收信息送數據存儲單元406，存儲，然後驅動報警指 示單元405進行顯示，並報警。第二通信單元403在接收到來自DTU/FTU的通訊指令後開 始工作，將存儲在數據存儲單元406，內的信息遠傳出去。系統的供電電源來自於DTU/FTU， 但是經過DC/DC變換，分別轉換為3. 3V和5V供主處理電路和串行通訊電路使用。
通信單元與中央處理單元402的RXD/Τ )管腳採樣光藕6附37隔離，以防止幹擾 信號的影響，晶片75176實現串行通訊信號的驅動。數據存儲單元406的存儲晶片可以採 用ATMC02，該晶片為I2C接口，與中央處理單元402接口簡單，採用軟體和特定脈衝信號即 可實現信號的存儲和讀取。該主機還可以包括輸出驅動電路(圖中未示出)，當中央處理 單元402接收到接地或短路故障後，相應管腳輸出高低電平，點亮LED燈報警。中央處理單 元402可以採用雙串口的MSP430系列單片機，該單片機具有超低功耗，可以節省電力消耗。 電源轉換單元404可以採用DC/DC轉換晶片TPSMOl將12 24V外部輸入直流電源首先 轉換為+5V直流供電路使用，再採用降壓晶片LM1117-3. 3將+5V直流轉換為3. 3V，供中央 處理單元402和其他電路使用。本實施例是在實施例一公開的配電網絡故障檢測裝置的基礎上提供的一種具體 的實現結構，其類同之處可相互參見，在此不再贅述。本發明實施例提供的配電網絡故障檢測裝置中，通過設置的光纖連接了接地傳感 器和短路傳感器，並通過線纜連接了接地傳感器和主機，因此，能夠將短路和接地故障信息 實時自動的上傳到電力管理系統中，能滿足電網智能化管理的需求，便於及時的定位並修 復電路故障。同時，本實施例提供的線纜中包括了可以為該裝置提供電力供應的電力線纜， 因此，該裝置無需使用電池供電，可以有效的提高該裝置的使用壽命，降低維護工作量，使 其能夠較佳的適用於配電網絡故障檢測領域。本說明書中各個部分採用遞進的方式描述，每個部分重點說明的都是與其他部分 的不同之處，各個部分之間相同相似部分互相參見即可。對所公開的實施例的上述說明，使 本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技 術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍 的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的實施例，而是要 符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。
權利要求
1.一種配電網絡故障檢測裝置，其特徵在於，包括分別設置在三相電纜上的第一短路傳感器、第二短路傳感器和第三短路傳感器； 設置在三芯電纜上的接地傳感器，所述第一短路傳感器、第二短路傳感器和第三短路 傳感器分別通過光纖與所述接地傳感器連接； 通過線纜與所述接地傳感器連接的主機；所述第一短路傳感器、第二短路傳感器和第三短路傳感器用於分別獲取三相電纜的短 路故障信號，並依次通過光纖、接地傳感器和線纜發送到所述主機；所述接地傳感器用於獲取接地故障信號，並通過線纜發送到所述主機； 所述線纜包括通信線纜和電力線纜，所述通信線纜用於實現接地傳感器和主機的之間 的信號傳輸，所述電力線纜用於向接地傳感器提供電力供應； 所述主機用於接收並處理所述短路故障信號和接地故障信號。
2.根據權利要求1所述的配電網絡故障檢測裝置，其特徵在於 所述第一短路傳感器、第二短路傳感器和第三短路傳感器分別包括依次相連接的短路故障信號採集單元、短路故障信號處理單元和光電轉換單元； 所述短路故障信號採集單元用於採集的短路故障信號，並發送到所述短路故障信號處 理單元；短路故障信號處理單元用於分析處理處理短路故障信號，並發送到光電轉換單元； 所述光電轉換單元用於將短路故障信號轉換為光信號並通過所述光纜發送到所述接 地傳感器。
3.根據權利要求2所述的配電網絡故障檢測裝置，其特徵在於 所述短路故障信號採集單元為電磁感應ΙΛ變換器。
4.根據權利要求2所述的配電網絡故障檢測裝置，其特徵在於，所述短路故障信號處 理單元包括依次相連接的保護電路、雙向峰值檢波電路、採樣電路和比較電路； 與所述比較電路相連接的基準電源；分別與所述雙向峰值檢波電路和所述基準電源相連接的穩壓電源； 所述比較電路連接到所述光電轉換單元。
5.根據權利要求1所述的配電網絡故障檢測裝置，其特徵在於，所述接地傳感器包括 依次相連接的接地故障信號採集單元、接地故障信號處理單元、主處理器單元和通信單元；與所述主處理器單元相連接的光敏接收電路；所述接地故障信號採集單元用於採集接地故障信號，並發送到接地故障信號處理單元；所述接地故障信號處理單元用於將接地故障信號整流、放大後發送到主處理器單元； 所述光敏接收電路用於接收所述短路傳感器發送的短路故障信號，並發送到主處理器 單元；所述主處理器單元用於接收短路故障信號和接地故障信號，並採樣分析後發送到所述 通信單元；所述通信單元用於實現和所述主機的信息傳輸。
6.根據權利要求5所述的配電網絡故障檢測裝置，其特徵在於，所述接地故障信號處 理單元，包括與接地故障信號採集單元相連的信號整流電路； 連接在信號整流電路和主處理器單元之間的信號放大電路。
7.根據權利要求5所述的配電網絡故障檢測裝置，其特徵在於，所述接地故障信號處 理單元，還包括電力供應單元，一端連接到所述電力線纜，用於獲取電力供應，並分別連接到接地傳感 器的其它組成模塊為其提供電力供應。
8.根據權利要求1所述的配電網絡故障檢測裝置，其特徵在於，所述主機包括通過線纜與所述接地傳感器相連接的第一通信單元，用於實現與接地傳感器的通信傳輸；與所述第一通信單元連接的中央處理單元，用於分析處理所述短路故障信號和接地故 障信號；與所述中央處理單元相連接的第二通信單元，用於輸出經中央處理單元處理後的短路 故障信號和接地故障信號；與所述電力線纜和主機各個組成模塊相連接的電源轉換單元，用於向主機和所述接地 傳感器提供電力供應。
9.根據權利要求8所述的配電網絡故障檢測裝置，其特徵在於，所述主機還包括 與中央處理單元相連接的報警指示單元，用於根據中央處理單元的指令發出警報信息
10.根據權利要求8所述的配電網絡故障檢測裝置，其特徵在於，所述主機還包括 與中央處理單元相連接的數據存儲單元，用於接收並存儲中央處理單元發送的數據。
全文摘要
本發明實施例公開了一種配電網絡故障檢測裝置，包括分別設置在三相電纜上的第一短路傳感器、第二短路傳感器和第三短路傳感器；設置在三芯電纜上的接地傳感器，所述第一短路傳感器、第二短路傳感器和第三短路傳感器分別通過光纖與所述接地傳感器連接；通過線纜與所述接地傳感器連接的主機；所述線纜包括通信線纜和電力線纜，所述通信線纜用於實現接地傳感器和主機的之間的信號傳輸，所述電力線纜用於向接地傳感器提供電力供應。本發明實施例所提供的配電網絡故障檢測裝置，便於及時的定位並修復電路故障。同時，該裝置無需使用電池供電，可以有效的提高該裝置的使用壽命，降低維護工作量，使其能夠較佳的適用於配電網絡故障檢測領域。
文檔編號G08C23/06GK102129008SQ20111000307
公開日2011年7月20日 申請日期2011年1月7日 優先權日2011年1月7日
發明者姜建, 居宏達, 張帆, 王凱, 聶亮 申請人:杭州大有科技發展有限公司, 杭州市電力局