CN103969551A - 农网三级保护剩余电流故障快速定位装置及定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种农网三级保护剩余电流故障快速定位装置及定位方法，包括市电供电系统、微控制器、ZigBee通信模块、超级电容和升压装置，市电供电系统、超级电容、升压装置、微控制器和ZigBee通信模块依次相连接，市供电系统与微控制器之间还有电流互感器，电流互感器将经其检测过的剩余电流调理后进行模数转换，并被微控制器在线循环读取；微控制器在线循环检测剩余电流大小，并将检测到的电流信息传输至ZigBee通信模块。本发明可准确检测农网用户剩余电流信息，并有效地通过ZigBee网络传递信息，最终在主节点将信息发送到电力控制中心，方便控制中心定位剩余电流故障点，为后续的维护工作提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及一种农网检测领域，具体涉及一种农网三级保护剩余电流故障快速定位装置及定位方法。
背景技术
如今的农村用电电网中，常常出现剩余电流情况，也就是入户的火线和出户的零线上的电流大小不一致，部分电流通过其他导体传入大地，这有可能是电器漏电通过地线将剩余电流导入大地，也可能是人触电。这种安全隐患将会对居民的人身、财产安全造成极大威胁。现在农村居民用电配有剩余电流动作断路器，一旦检测到剩余电流过额，用电总闸会跳闸以避免漏电危险。但是，供电控制中心不能快速及时的得知剩余电流信息，容易造成用户供电恢复慢。另外家用剩余电流动作断路器易发生误动、拒动，影响供电可靠性。因此剩余电流在线检测数据和故障位置定位信息的及时获取是非常有必要的。
现有的剩余电流检测一般用电流互感器实现，剩余电流故障信息的发送分为有线发送和无线网络发送两种。有线发送利用电网做载波，搭载包含剩余电流信息的高频信号，其优点是使用简单，不用另外搭建传输线路，但是其调制解调过程复杂，而且断电情形下无法使用。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种农网三级保护剩余电流故障快速定位装置及定位方法。
技术方案：本发明的一种农网三级保护剩余电流故障快速定位装置，包括市电供电系统、微控制器、ZigBee通信模块、超级电容和升压装置，所述市电供电系统、超级电容、升压装置、微控制器和ZigBee通信模块依次相连接，所述市供电系统与微控制器之间还有电流互感器，所述电流互感器将经其检测过的剩余电流调理后进行模数转换，并被微控制器在线循环读取；所述微控制器在线循环检测剩余电流大小，并将检测到的电流信息传输至ZigBee通信模块。
本发明还公开一种农网三级保护剩余电流故障快速定位方法，具体包括以下步骤：
(1)将市供电系统输送出的市电经变压、整流和稳压后为超级电容充电，同时，微控制器在线循环检测剩余电流大小；
(2)当ZigBee通信模块检测到剩余电流故障时，具体包括以下步骤：
(2-1)超级电容和升压装置将产生3.3V电源为整个定位装置供电以保证其他设备能够继续稳定工作30秒钟以上；
(2-2)在步骤(2-1)中所述的超级电容和升压装置将产生3.3V电源为整个定位装置供电后，微控制器通过RS232接口将采集到的剩余电流信息传送给ZigBee通信模块，再有该ZigBee通信模块发送到ZigBee路由节点；
(2-3)ZigBee路由节点通电后自动寻找邻近点做路由节点，并加入到由中心节点创建的网络中；该ZigBee通信模块发送剩余电流故障信息时，经过路由节点，将故障信息发送到中心节点；
(2-4)中心节点将收集到的故障信息打包传送至GPRS通信模块，GPRS通信模块进一步件故障信息发送到供电控制中心，供电控制中心根据接收到的农户编号确定故障点位置；
(3)当ZigBee通信模块没有检测到剩余电流故障时，则ZigBee通信模块不向ZigBee路由节点发送故障信息。
进一步的，所述步骤(2-2)中微控制器利用无源稳压电源将失电前所采集的剩余电流信息传送到ZigBee通信模块并完成发送。
进一步的，所述步骤(2)中当超级电容和升压装置将产生3.3V电源为整个定位装置供电后，ZigBee通信模块的中心节点最先打开并设置PAN ID和频段建立ZigBee无线网络，然后终端节点和路由节点以相同的PAN ID和频段并入该ZigBee无线网络，离中心节点较远的终端节点会选择邻近的节点作为路由节点并入ZigBee无线网络，ZigBee无线网络中的节点会分配到一个独一无二的四位十六进制短地址，以表示安装在不同农户家中的ZigBee无线网络节点。
有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明采用短距离ZigBee无线网络实现通信，拥有动态组网和低功耗等优良特性，且能够实现多用户数据传输。
(2)本发明有别于以往的采用电池为ZigBee模块等系统模块供电，利用超级电容存储的电量供电，在失电条件下也能够发送剩余电流数据和故障位置信息。
(3)本发明具有在线检测剩余电流的功能，从而有效判断家用漏电保护器的状态，是否存在误动、拒动现象，提高农村供电安全性和可靠性，不对家用漏电保护器原有操作构成任何干扰。
综上所述，本发明可准确检测农网用户剩余电流信息，并有效地通过ZigBee网络传递信息，最终在主节点将信息发送到电力控制中心，方便控制中心定位剩余电流故障点，为后续的维护工作提供参考。
附图说明
图1为本发明中各个节点装置的原理图；
图2为本发明中ZigBee无线网络连接示意图。
具体实施方式
下面对本发明技术方案结合附图进行详细说明。
如图1和图2所示，本发明的一种农网三级保护剩余电流故障快速定位装置，包括市电供电系统、微控制器、ZigBee通信模块、超级电容和升压装置，市电供电系统、超级电容、升压装置、微控制器和ZigBee通信模块依次相连接，市供电系统与微控制器之间还有电流互感器，电流互感器将经其检测过的剩余电流调理后进行模数转换，并被微控制器在线循环读取；微控制器在线循环检测剩余电流大小，并将检测到的电流信息传输至ZigBee通信模块。
本发明还公开一种农网三级保护剩余电流故障快速定位方法，具体包括以下步骤：
(1)将市供电系统输送出的市电经变压、整流和稳压后为超级电容充电，同时，微控制器在线循环检测剩余电流大小；
(2)当ZigBee通信模块检测到剩余电流故障时，具体包括以下步骤：
(2-1)超级电容和升压装置将产生3.3V电源为整个定位装置供电以保证其他设备能够继续稳定工作30秒钟以上；
(2-2)在步骤(2-1)中的超级电容和升压装置将产生3.3V电源为整个定位装置供电后，微控制器通过RS232接口将采集到的剩余电流信息传送给ZigBee通信模块，再有该ZigBee通信模块发送到ZigBee路由节点；
(2-3)ZigBee路由节点通电后自动寻找邻近点做路由节点，并加入到由中心节点创建的网络中；该ZigBee通信模块发送剩余电流故障信息时，经过路由节点，将故障信息发送到中心节点；
(2-4)中心节点将收集到的故障信息打包传送至GPRS通信模块，GPRS通信模块进一步件故障信息发送到供电控制中心，供电控制中心根据接收到的农户编号确定故障点位置；
(3)当ZigBee通信模块没有检测到剩余电流故障时，则ZigBee通信模块不向ZigBee路由节点发送故障信息。
上述步骤(2-2)中微控制器利用无源稳压电源将失电前所采集的剩余电流信息传送到ZigBee通信模块并完成发送。
上述步骤(2)中当超级电容和升压装置将产生3.3V电源为整个定位装置供电后，ZigBee通信模块的中心节点最先打开并设置PAN ID和频段建立ZigBee无线网络，然后终端节点和路由节点以相同的PAN ID和频段并入该ZigBee无线网络，离中心节点较远的终端节点会选择邻近的节点作为路由节点并入ZigBee无线网络，ZigBee无线网络中的节点会分配到一个独一无二的四位十六进制短地址，以表示安装在不同农户家中的ZigBee无线网络节点。
本发明的工作原理为：
正常情况下，无剩余电流故障时，市电经过变压、整流、稳压电路为超级电容充电，同时供应微控制器和ZigBee模块等工作，微控制器在线循环检测剩余电流大小，ZigBee通信模块无需发送信息。
一旦产生剩余电流故障，电流互感器检测到剩余电流超出阈值，与此同时农户空气开关也因剩余电流过大而跳闸，以防止发生安全事故，其具体过程如下：
(1)由2.7V超级电容和升压芯片所产生的3.3V电源提供系统电源，供微控制器和ZigBee无线通信模块等继续稳定工作30秒以上，确保在超级电容电量耗尽之前顺利发送完断电前剩余电流数据和故障位置信息；
(2)系统在上电后，ZigBee无线网络的中心节点(协调器)最先打开，并且设置好PAN ID(Personal Area Network ID)和频段，建立好网络后，其他ZigBee无线网络节点(终端节点或路由节点)以相同的PAN ID和频段并入到这个网络中，离中心节点较远的终端节点会选择邻近的节点作为路由节点并入网络，网络中的节点会分配到一个独一无二的四位十六进制短地址，以表示安装在不同农户家中的ZigBee无线网络节点；
(3)剩余电流经由电流互感器检测，经调理后进行模数转换，并被微控制器循环读取，微控制器判断当前剩余电流是否超出阈值，一旦检测到电流大小超出阈值，即将剩余电流数据和农户位置信息(提前写入微控制器)通过RS232接口传送给ZigBee无线通信模块，再由该ZigBee无线通信模块发送到ZigBee路由节点，其中，每个ZigBee路由节点发送的信息包括剩余电流故障农户的编号以及剩余电流大小；
(4)最后ZigBee路由节点将故障信息送到中心节点，继而经GPRS网络将其发送到供电控制中心，供电控制中心可指派农电工赶赴相应农户家中排除故障或安全隐患，恢复电力供应。
下面通过实施例来详细描述本发明:
在120户农户的电表前分别安装农村市场上普通销售的剩余电流保护开关，并紧靠开关后面安装本发明中的剩余电流故障快速定位装置，调试设备以确保每个装置都连到了中心节点装置所组建的MESH网，中心节点装置将接收到的数据经GPRS网络发送到控制中心，控制中心处设置了液晶屏，实时显示接收到的农户剩余电流故障信息。保护开关的额定剩余动作电流值为30mA，当剩余电流超过30mA时保护开关应断开电路。剩余电流由剩余电流故障快速定位装置在线采集。对比中心节点处接收到剩余电流信息和农户家中实际剩余电流保护开关动作数据。随机在50户农户家中模拟漏电场景，采用可调电源的电流源输出作为剩余电流。剩余电流先后设置为10mA、30mA两个级别，模拟漏电时电流互感器的输入。
结果显示，在剩余电流为10mA时，49户模拟漏电的农户家中的保护开关未有切断电源动作，仅有1户家中的保护开关发生动作。控制中心在30秒内接收到该用户的剩余电流数据为10.2mA，并根据数据源定位出开关所在农户位置。该保护开关表现为“误动”。在剩余电流设置为30mA时，49家保护开关有切断电源动作。有1户家中的保护开关未能切断电源，不过剩余电流故障定位装置却能够检测到异常，并将剩余电流数据送出。控制中心在30秒内均可接收到每个开关用户的剩余电流数据，且数值符合剩余电流的预设值，误差在0.5mA以内。控制中心根据数据源定位出了每个开关所在农户位置。该未发生动作的剩余电流保护开关表现为“拒动”。
从实施例的实验结果可以看出，分别有1户家中的剩余电流保护开关发生误动和拒动，其他48户家中的剩余电流保护开关工作正常，而全部120个剩余电流定位装置工作正常。控制中心能够根据接收到的剩余电流数据和故障点信息及时(30秒以内)有效(剩余电流误差小)地定位出剩余电流故障发生地。
上述实施例的结果表明：本发明能够快速定位农户中发生电流故障的位置以及剩余电流数据信息；并且有效判断家用漏电保护器的状态，是否存在误动、拒动现象，提高农村供电安全性和可靠性。
Claims (4)
1.一种农网三级保护剩余电流故障快速定位装置，其特征在于：包括市电供电系统、微控制器、ZigBee通信模块、超级电容和升压装置，所述市电供电系统、超级电容、升压装置、微控制器和ZigBee通信模块依次相连接，所述市供电系统与微控制器之间还有电流互感器，所述电流互感器将经其检测过的剩余电流调理后进行模数转换，并被微控制器在线循环读取；所述微控制器在线循环检测剩余电流大小，并将检测到的电流信息传输至ZigBee通信模块。
2.一种基于权利要求1所示的农网三级保护剩余电流故障快速定位方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)将市供电系统输送出的市电经变压、整流和稳压后为超级电容充电，同时，微控制器在线循环检测剩余电流大小；
(2)当ZigBee通信模块检测到剩余电流故障时，具体包括以下步骤：
(2-1)超级电容和升压装置将产生3.3V电源为整个定位装置供电以保证其他设备能够继续稳定工作30秒钟以上；
(2-2)在步骤(2-1)中所述的超级电容和升压装置将产生3.3V电源为整个定位装置供电后，微控制器通过RS232接口将采集到的剩余电流信息传送给ZigBee通信模块，再有该ZigBee通信模块发送到ZigBee路由节点；
(2-3)ZigBee路由节点通电后自动寻找邻近点做路由节点，并加入到由中心节点创建的网络中；该ZigBee通信模块发送剩余电流故障信息时，经过路由节点，将故障信息发送到中心节点；
(2-4)中心节点将收集到的故障信息打包传送至GPRS通信模块，GPRS通信模块进一步件故障信息发送到供电控制中心，供电控制中心根据接收到的农户编号确定故障点位置；
(3)当ZigBee通信模块没有检测到剩余电流故障时，则ZigBee通信模块不向ZigBee路由节点发送故障信息。
3.根据权利要求2所述的农网三级保护剩余电流故障快速定位方法，其特征在于：所述步骤(2-2)中微控制器利用无源稳压电源将失电前所采集的剩余电流信息传送到ZigBee通信模块并完成发送。
4.根据权利要求2所述的农网三级保护剩余电流故障快速定位方法，其特征在于：所述步骤(2)中当超级电容和升压装置将产生3.3V电源为整个定位装置供电后，ZigBee通信模块的中心节点最先打开并设置PAN ID和频段建立ZigBee无线网络，然后终端节点和路由节点以相同的PAN ID和频段并入该ZigBee无线网络，离中心节点较远的终端节点会选择邻近的节点作为路由节点并入ZigBee无线网络，ZigBee无线网络中的节点会分配到一个独一无二的四位十六进制短地址，以表示安装在不同农户家中的ZigBee无线网络节点。
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