CN103267922A - 智能化电缆短路接地和温度故障指示器 - Google Patents

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张超
胡华
贾铁柱
王峰
赵丽萍
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Abstract

本发明涉及智能化电缆短路接地和温度故障指示器，该指示器包括传感器高压区和主机低压区，所述传感器高压区包括短路传感器单元，温度传感器单元，接地传感器单元，所述主机低压区，用于接收和处理短路传感器单元、温度传感器单元和接地传感器单元传输的数据信息。本发明智能化电缆短路接地和温度故障指示器，能够提高短路和接地故障报警准确率，快速实现故障区段定位，降低维护工作强度，提高工作效率。

Description

智能化电缆短路接地和温度故障指示器
技术领域
 本发明涉及电力系统配电电缆网络中的故障指示装置，特别是涉及应用于6-35千伏交流配电系统中的智能化电缆短路接地和温度故障指示器。
背景技术
在电力系统配电网络中，例如城市环网，若某一级配电网络分支回路中发生了短路或接地故障，其上一级的继电保护系统必须在一定的时间内进行分断。在分断保护过程发生后，会造成属于此级网络的分支回路全部断电。因此希望在断电后有一种指示装置能够及时准确地定位电缆故障区段，以便缩短故障查找时间，缩短停电时间，提高工作效率。
但是目前进行的配网自动化系统未对电缆出线进行必要的参数和状态的监测，导致故障查找和运行维护人员无法从监控中心获得必要信息，而主要依靠人工逐段式巡线查找，效率低下。由于使用电池供电，在潮湿环境下电池漏电严重，指示器使用寿命大大降低，产品维护工作量大。所以为适应智能化电网技术的创新和推广应用，短路和接地故障指示器必须具备智能化的功能和特性。本项目通过对短路故障、接地故障报警状态的远程遥信和对电缆温度参数的遥测，达到了利用故障指示器实现故障区段的快速确定和对故障电缆头的及时处理。
发明内容
针对现有电缆故障指示器存在的技术不足，本发明的目的在于提供一种采用智能自适应判据的，可以方便实现配网自动化的智能型的电缆短路接地和温度故障报警的指示器。
本发明通过以下技术方案实现上述发明目的：
智能化电缆短路接地和温度故障指示器，该指示器包括传感器高压区和主机低压区，
所述传感器高压区包括:
短路传感器单元，用于将相间短路故障信号经短路故障处理单元处理后通过第一电光转换电路传输给低压区的主机；
温度传感器单元，用于采集电缆正常运行时三相电缆头的温度及其变化情况，并将温度信息存储保存后传输给低压区的主机；
接地传感器单元，用于监测零序电流的大小和零序电流的变化情况，根据智能自适应算法作为接地故障的判据，将接地故障信号通过第三电光转换电路传输给低压区的主机；
主机低压区，用于接收和处理短路传感器单元、温度传感器单元和接地传感器单元传输的数据信息。
所述故障指示器还包括数据汇集器和中央控制室，所述数据汇集器接收来自主机低压区的数据并将该数据传输给中央控制室实现远程监控。
所述短路传感器单元包括相互连接的短路电流传感器、短路故障处理电路和第一电光转换电路。
所述温度传感器单元包括温度检测电路、控制电路和第二电光转换电路。
所述接地传感器单元包括接电流传感器、接地信号处理电路和第三电光转换电路。
所述主机包括光敏接收电路、中央处理器单元、串行通讯电路、电源转换电路和报警指示电路。
所述短路电流传感器为电磁感应I/V传感器。
所述接地电流传感器为电磁感应I/V变换器。
通过使用本发明的智能化电缆短路接地和温度故障指示器，能够提高短路和接地故障报警准确率，快速实现故障区段定位，降低维护工作强度，提高工作效率。
附图说明
图1为本发明结构原理图；
图2为本发明具体实施例系统构成框图；
图3本发明实施例短路故障传感器的构成框图；
图4为本发明实施例接地故障传感器的构成框图；
图5为本发明实施例温度传感器的构成框图；
图6为本发明实施例主机的构成框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明，如图1为本发明结构原理图，智能化电缆短路接地和温度故障指示器，该指示器包括传感器高压区和主机低压区，所述传感器高压区包括短路传感器单元，用于将相间短路故障信号经短路故障处理单元处理后通过第一电光转换电路传输给低压区的主机；温度传感器单元，用于采集电缆正常运行时三相电缆头的温度及其变化情况，并将温度信息存储保存后传输给低压区的主机；接地传感器单元，用于监测零序电流的大小和零序电流的变化情况，根据智能自适应算法作为接地故障的判据，将接地故障信号通过第三电光转换电路传输给低压区的主机；主机低压区，用于接收和处理短路传感器单元、温度传感器单元和接地传感器单元传输的数据信息。
    所述短路传感器单元包括相互连接的短路电流传感器1、短路故障处理电路2和第一电光转换电路3。短路电流传感器1、短路故障信号处理电路2和电光转换电路3包封于一体构成短路传感器；其中该短路电流传感器1是个电磁感应I/V变换器，安装在各相相线上，其输出信号进入短路故障处理电路2，所述短路故障处理电路2输出的信号经电光转换电路3转换成光信号，经过塑料光纤17输送到主机，经光敏接收电路10转换成电信号后传给中央处理器单元CPU11。
所述温度传感器单元包括温度检测电路4、控制电路5和第二电光转换电路6。温度检测电路4、控制电路5和电光转换电路6包封于一体构成温度传感器，安装在电缆接头处，其中温度检测电路4将检测到的温度信号传给控制电路5，控制电路5经分析和计算后驱动电光转换电路6将采集到的温度信号转换成光信号，经过光纤17输送到主机，经光敏接收电路10转换成电信号后传给中央处理器单元CPU11。
所述接地传感器单元包括接电流传感器7、接地信号处理电路8和第三电光转换电路9。接地电流传感器7、接地信号处理电路8，电光转换电路9包封于一体构成接地传感器，其中该接地电流传感器7是个电磁感应I/V变换器，安装在三芯电缆上，其输出信号进入接地故障处理电路8，输出的信号经过经电光转换电路9转换成光信号然后经光纤17输送到主机，经光敏接收电路10转换成电信号后传给中央处理器单元CPU11。
所述主机低压区包括光电转换电路10、中央处理器单元11、串行通讯电路12、电源转换电路13 及报警指示电路14等；所述通讯电路可以是串行485，分别与接地传感器和上级DTU/FTU设备连接，实现将读取各传感器参数并将故障信息和采集参数远传的功能。主机可以通过串行485通讯电路12将从短路传感器、接地传感器和温度传感器接收到的信息远传给上级数据采集单元15，实现远程报警；电源转换电路13将外部220V交流电压转换成3.3V和5V，分别供中央处理器单元11和串行485通讯电路12使用；报警指示电路14可以将故障信息在本地进行报警显示。
如图2为本发明具体实施例系统构成框图，实施例包括安装在三相电缆上的短路传感器19，安装在三芯电缆上的接地传感器21，安装在三相电缆头上的温度传感器20，主机18和塑料光纤17等。短路传感器19检测出瞬间跳变的、超过正常负荷电流某一阈值的、持续时间很短的故障信号，该故障信号同时驱动电光转换电路，使超高亮发光二极管发光，光线号再经塑料光纤17传送到主机18上。接地传感器21检测线路正常运行时的零序电流大小，采用递推算法自动调整作为故障判断依据的过流限值和电流变化率。接地故障传感器21传送来的故障信号经光纤17传送到主机18。
温度信号采集单元4将采集到的电缆运行时接头部位的温度信息，经过电光转换电路6通过光纤17传送到主机18。
主机包括中央处理器单元11、报警指示和显示单元（LED和液晶）14、串行通讯单元12和电源转换单元13等。所述中央处理器单元11对短路故障信号，接地故障信号和温度信号作分析处理和比较计算后，将短路和接地故障及温度信息通过报警指示单元14报警指示（LED指示），并将温度信息通过温度显示单元（LCD指示）显示。所述的串行通讯单元12采用485串行通讯和标准的MODBUS（RTU）协议，与上级DCU设备连接，实现读取各传感器参数并将故障信息和采集参数远传的功能。所述电源转换单元13将来自上级DCU设备的220V交流电源转换为5V和3.3V低压电源，供主机和串行通讯电路工作；
图3为本发明实施例的短路传感器19构成方框图。图中虚线左边是一个短路电流传感器，它是一个电磁感应式I/V变换器，副边绕组的信号电压Vsf，进入虚线右侧的短路故障信号处理部，依次经抗过压、过流及雷击的保护电路22，双向峰值检波电路23，采样电路24后的信号电压，输入比较电路27，基准电源26向比较电路提供基准电压，比较结果有输出信号时，则经过光信号驱动电路28，转换成光脉冲信号，进入光缆17向主机16输出。稳压电源26向各部供电。
图4为接地电流采集单元、接地故障信号处理单元和电光转换单元的构成方框图。图中虚线左边是一个短路电流传感器，它是一个电磁感应式I/V变换器，副边绕组的信号电压Vsf，进入虚线右侧的短路故障信号处理单元，依次经抗过压、过流及雷击的保护电路29，双向峰值检波电路30，采样电路31后的信号电压Vs，输入比较电路32，基准电源34向比较电路提供基准电压Vr，比较结果有输出信号时，则经过光信号驱动电路35，转换成光脉冲信号，进入光缆17，向接地传感器4输出。稳压电源34向各部供电。
图5为本发明实施例的温度传感器4构成方框图，其基本构成为包封于一体的温度采集单元、控制单元、电源和电光转换单元。温度采集单元37将采集到的温度信息上传给传感器主控制单元38，经过其分析和处理后驱动电光转换单元39将温度信息转换成光信号，然后经过光纤上传给主机；电源36为各部分供电。
图6为本发明实施例的主机构成方框图，其基本构成为中央处理器单元40、光电转换单元41、光电转换单元42、时钟电路44和串行通讯电路45、电源转换单元43和报警指示单元46。其中光电转换单元41、光电转换单元42分别将短路传感器和温度传感器上传的光信号转换成电信号后传给中央处理单元40，经过中央处理单元的分析和计算后，驱动报警指示单元46本地报警并显示温度数据；串行通讯单元可以将采集到的温度信息和各相发生的故障及时上传给中央控制室；电源转换电路43负责给各单元供电。
所述中央主处理器采用双串口的MSP430 系列单片机，便于上传故障信息；该单片机还具有超低功耗，可以节省电力消耗。
所述电源转换单元采用DC/DC转换模块DC-18-3,将12/24V外部输入直流电源转换为+3.3V直流供主处理器等电路使用，并采用降压芯片MC34063 将+12V直流转换为+5V，供串行通讯电路使用。
所述主机的串行通讯单元31与主处理器单元26的RXD/TXD管脚采样光藕TLP181隔离，以防止干扰信号的影响，芯片75176实现串行通讯信号的驱动。
应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.智能化电缆短路接地和温度故障指示器，其特征在于，该指示器包括传感器高压区和主机低压区，
所述传感器高压区包括：
短路传感器单元，用于将相间短路故障信号经短路故障处理单元处理后通过第一电光转换电路传输给低压区的主机；
温度传感器单元，用于采集电缆正常运行时三相电缆头的温度及其变化情况，并将温度信息存储保存后传输给低压区的主机；
接地传感器单元，用于监测零序电流的大小和零序电流的变化情况，根据智能自适应算法作为接地故障的判据，将接地故障信号通过第三电光转换电路传输给低压区的主机；
主机低压区，用于接收和处理短路传感器单元、温度传感器单元和接地传感器单元传输的数据信息。
2.根据权利要求1所述的智能化电缆短路接地和温度故障指示器，其特征在于，所述故障指示器还包括数据汇集器和中央控制室，所述数据汇集器接收来自主机低压区的数据并将该数据传输给中央控制室实现远程监控。
3.根据权利要求1所述的智能化电缆短路接地和温度故障指示器，其特征在于，所述短路传感器单元包括相互连接的短路电流传感器、短路故障处理电路和第一电光转换电路。
4.根据权利要求1所述的智能化电缆短路接地和温度故障指示器，其特征在于，所述温度传感器单元包括温度检测电路、控制电路和第二电光转换电路。
5.根据权利要求1所述的智能化电缆短路接地和温度故障指示器，其特征在于，所述接地传感器单元包括接电流传感器、接地信号处理电路和第三电光转换电路。
6.根据权利要求1所述的智能化电缆短路接地和温度故障指示器，其特征在于，所述主机包括光敏接收电路、中央处理器单元、串行通讯电路、电源转换电路和报警指示电路。
7.根据权利要求3所述的智能化电缆短路接地和温度故障指示器，其特征在于，所述短路电流传感器为电磁感应I/V传感器。
8.根据权利要求5所述的智能化电缆短路接地和温度故障指示器，其特征在于，所述接地电流传感器为电磁感应I/V变换器。
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