CN104375058A - 电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力技术领域，具体涉及电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，包括线路通断监控系统，线路通断监控系统包括至少三个电压传感器，电压传感器设有自供电系统，自供电系统包括磁感应线圈、磁芯，磁感应线圈缠绕在磁芯上，磁芯套设在电线径向外围，磁感应线圈的信号输出端通过电源电路连接蓄电模块，蓄电模块连接电压传感器的电源输入端；电压传感器还设有感知电线电力通断状况的电压传感器件，磁感应线圈的信号输出端连接电压传感器件的信号输入端。通过设有自供电系统的电压传感器，从而实现在检测线路通断的前提下，还可以自供电的效果。

Description

电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及电力线路故障传感系统。

背景技术

传统电缆铺设好后，难免会因为地形变化，或者其他外力，产生拉扯，因而断裂。传统电缆一经断裂就无法维持电力供应，或者信号通信。

现有技术条件下，当电力线路发生相间短路或小电流单相接地故障时，由于配电线路支线众多，变电站内装的继电保护装置只能告知某开关所辖线路发生了故障，无法得知具体故障点，需要工作人员去现场勘查才能得知故障点，具体故障点不能及时发现，是电力系统早就存在的一个难题。

发明内容

本发明的目的在于提供电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，以解决目前电力线路具体故障点不能及时发现的问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，包括线路通断监控系统，所述线路通断监控系统包括至少三个电压传感器，所述电压传感器设有自供电系统，所述自供电系统包括磁感应线圈和磁芯，所述磁感应线圈缠绕在所述磁芯上，所述磁芯中部设有穿线孔，所述磁芯套设在电线径向外围；

所述磁感应线圈的信号输出端通过电源电路连接蓄电模块，所述蓄电模块连接所述电压传感器的电源输入端；

所述电压传感器还设有感知所述电线电力通断状况的电压传感器件，所述磁感应线圈的信号输出端连接所述电压传感器件的信号输入端；

所述至少三个电压传感器相邻的两个电压传感器无线通讯连接。

本发明通过设有自供电系统的电压传感器，从而实现在检测线路通断的前提下，还可以自供电的效果。使用中，可以将通有交变电流的电线，如市电电线、高压电线，穿过所述电压传感器的磁芯，感应线圈感生出感生电流，通过信号输出端感知电线的通断，并将感生电流传输给电源电路，电源电路对感生电流进行调整后传输给所述蓄电模块，进行电能存储，并且感应线圈给电压传感器件检测信号。本发明无需外接电源，也无需连接高压线路。便于将电压传感器的信号通过相邻的电压传感器相互的传递，通过沿着特定的方向依次传递，最终传递至主机服务器，便于延长电压传感器的传递距离。

所述电压传感器件的信号输出端连接微型处理器系统，所述微型处理器系统与主机服务器无线通讯连接。

当电压传感器感知到的信号超出阈值的信号时，微型处理器系统给予主机服务器信号进行报警。通过无线报警的方式将电压传感器检测到的信号向外传递。

所述主机服务器设有无线通讯模块，所述微型处理器系统连接无线发射模块，所述微型处理器系统通过所述无线发射模块与所述主机服务器通讯连接。

所述磁芯优选环形软磁磁芯。

所述至少三个电压传感器沿着所述电线的长度方向依次无线通讯连接。

所述无线发射模块是以无线电磁波方式通信的无线发射模块，所述无线发射模块通过无线电发射控制模块连接至少一个发射天线，所述发射天线采用定向发射天线。

通过无线电发射控制模块选择用于发射无线电信号的所述定向发射天线，进而实现选择无线电信号的发射方向。实现无线电信号发射方向的可控性。通过无线电发射控制模块选择无线电信号的发射方向朝向最近的主机服务器。

所述微型处理器系统还连接与所述无线发射模块相匹配的无线接收模块。

为了延长无线信号报警距离，本发明采用接力报警方式。一个电压传感器的无线信号被另一个电压传感器接收后，再次向外发射，以此类推，组成网络，直至将报警信号传递到主机服务器。

所述电压传感器设有身份识别的特征数据。

本发明通过电压传感器的特征数据，从而实现断裂位置的可辨性。

所述至少三个电压传感器的任意一个所述电压传感器在受到触发时，发出特征数据，与受触发电压传感器邻近的另一电压传感器收到特征数据，对特征数据进行加一形成新的数据，然后再次发出，下一个接收到数据的电压传感器加一后再次发出，直至被主机服务器接收。

本发明通过这种接力式传递的方式，从而进一步提高了无线信号的传输距离。因为受触发电压传感器向外发送特征数据时，可能被相邻的多个电压传感器接收，因此一次触发可能造成主机服务器收到几个不同的数据。主机服务器将最小的数据视为有效，其他视为无效。

所述至少三个电压传感器相邻的任意两个的电压传感器的间距相等。

根据被执行加法的次数，确定首次受触发的电压传感器与主机服务器间的距离。进而实现精确位置判断。各个电压传感器不必各自编写特征数据，安装时各个电压传感器完全等价，无需分别。大大降低了施工难度。所述电压传感器内存有的特征数据也一致。

所述至少三个电压传感器相邻的任意两个的电压传感器的间距差值不小于1m。便于对首次触发的电压传感器的定位。

所述主机服务器通过所述无线通讯模块无线连接终端设备；

所述终端设备包括手机、笔记本、台式电脑、平板电脑中的至少一种。

所述无线发射模块将信号发射给主机服务器，由主机服务器发送给终端设备，进行无线报警。

所述电线设有与所述电压传感器个数相匹配的易断点，所述电压传感器用于检测所述易断点的线路通断状态；

所述电线设有易断点处的外径小于所述电线不设有易断点处的外径。

传统的电线由于安装位置的不定性，无法预知评判断裂处，本发明通过调整电线的外径大小，电线的外径粗细分布，以细处为易断点处，当易断点处周边经受到外力作用，易断点处断裂，从而实现了电线断点可控性。

作为一种优选方案，所述电线还设有修复材料包，所述修复材料包位于所述易断点设置处，所述修复材料包包括一焊接用材料、一包裹层，在所述易断点处，所述电线的径向上从内之外依次设有所述易断点，所述焊接用材料、所述包裹层；

所述易断点断裂时，所述焊接用材料熔融连接所述易断点。

在易断点设置修复材料包，断裂后，易断点处的电阻加大，因电阻的加大导致发热升温，从而熔融焊接用材料，对易断点进行连接修复。因为水具有降温作用，这种熔融再塑造的方式适合水下电缆，防断裂，维持电力供应，或者信号通信，提高了传统水下电缆的工作稳定性。

所述焊接用材料包括焊锡颗粒、铜颗粒。本发明通过焊锡颗粒从而实现断裂时的熔融连接性，通过铜颗粒从而提高连接处的导电性。

所述修复材料包的修复使用次数不小于两次。焊锡颗粒和铜颗粒并非一次用光，本发明并非为一次修复型，在电线再次产生扯断时，可以再次进行修复。

所述包裹层是一弹性耐高温材料。本发明通过包裹层的弹性耐高温性，从而防止焊接用材料熔融时，对包裹层的损伤，此外，本发明将包裹层选取为有弹性的，从而保证包裹层对焊接用材料的紧密包裹性，此外，可以有效的保证断裂时焊接用材料熔融运动的可调性。但因水下温度低，可以迅速降温，对耐高温材料要求较低，也不会产生火灾。

作为另一种优选方案，所述电线还设有冗余段，所述冗余段位于所述易断点处；

所述易断点断裂时，所述易断点不导通，所述冗余段导通。

本发明通过在传统电线上设置易断点，在易断点设置冗余段，断裂后，冗余段自动接入，维持电力供应，或者信号通信，提高了传统电力电缆的工作稳定性。

所述冗余段是一金属导体，所述金属导体的一端连接所述易断点的前端部，所述金属导体的另一端连接所述易断点的后端部，所述电线的电力导通方向为从前至后；

所述金属导体的长度大于所述易断点的长度。

从而保证电线可以接受一定程度的拉伸延长，维持正常工作。

优选为，所述金属导体的长度不大于所述易断点的长度的5％。

所述电线可以接受原长度5％拉伸延长，而维持正常工作。在实际应用中，电力电缆的拉伸情况往往不会超过5％，而且，如若将金属导体的长度设置的过长，金属导体的支撑力会明显下降，无法实现冗余的效果。

所述冗余段是一弹簧状的金属导体，所述弹簧状的金属导体的弹性变形方向为前后方向。

本发明通过弹簧状的金属导体的弹性形变从而实现电线一定程度的拉伸延长，维持正常工作。

附图说明

图1为本发明的一种电路框图；

图2为本发明的一种局部结构示意图；

图3为本发明的一种局部结构示意图；

图4为本发明的一种局部结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本发明。

参照图1、图2、图3、图4，电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，包括线路通断监控系统，线路通断监控系统包括至少三个电压传感器，电压传感器设有自供电系统，自供电系统包括磁感应线圈11、磁芯10，磁感应线圈11缠绕在磁芯10上，磁芯10中部设有穿线孔，磁芯10套设在电线9径向外围；磁感应线圈11的信号输出端通过电源电路连接蓄电模块，蓄电模块连接电压传感器的电源输入端；电压传感器还设有感知电线电力通断状况的电压传感器件1，磁感应线圈11的信号输出端连接电压传感器件的信号输入端；至少三个电压传感器中相邻的两个电压传感器无线通讯连接。

本发明通过设有自供电系统的电压传感器，从而实现在检测线路通断的前提下，还可以自供电的效果。使用中，可以将通有交变电流的电线9，如市电电线、高压电线，穿过电压传感器的磁芯10，感应线圈感生出感生电流，通过信号输出端感知电线9的通断，并将感生电流传输给电源电路，电源电路对感生电流进行调整后传输给蓄电模块，进行电能存储，并且感应线圈给电压传感器件检测信号。本发明无需外接电源，也无需连接高压线路。便于将电压传感器的信号通过相邻的电压传感器相互的传递，通过沿着特定的方向依次传递，最终传递至主机服务器，便于延长电压传感器的传递距离。

电压传感器件1的信号输出端连接微型处理器系统2，微型处理器系统2无线通讯连接主机服务器5。当电压传感器件1感知到的信号超出阈值的信号时，微型处理器系统2给予主机服务器5信号进行报警。通过无线报警的方式将电压传感器件1检测到的信号向外传递。

主机服务器5设有无线通讯模块，微型处理器系统2连接无线发射模块3，微型处理器系统通过无线发射模块3与主机服务器5通讯连接。

磁芯10优选环形软磁磁芯。

至少三个电压传感器沿着电线9的长度方向依次无线通讯连接；无线发射模块3是以无线电磁波方式通信的无线发射模块3，无线发射模块3通过无线电发射控制模块连接至少一个发射天线，发射天线采用定向发射天线。通过无线电发射控制模块选择用于发射无线电信号的定向发射天线，进而实现选择无线电信号的发射方向。实现无线电信号发射方向的可控性。

电压传感器设有身份识别的特征数据。本发明通过电压传感器的特征数据，从而实现断裂位置的可辨性。至少三个电压传感器的任意一个电压传感器在受到触发时，发出特征数据，与受触发电压传感器邻近的另一电压传感器收到特征数据，对特征数据进行加一形成新的数据，然后再次发出，下一个接收到数据的电压传感器加一后再次发出，直至被主机服务器接收。本发明通过这种接力式传递的方式，从而进一步提高了无线信号的传输距离。因为受触发电压传感器向外发送特征数据时，可能被相邻的多个电压传感器接收，因此一次触发可能造成主机服务器收到几个不同的数据。主机服务器将最小的数据视为有效，其他视为无效。至少三个电压传感器相邻的任意两个的电压传感器的间距相等。根据被执行加法的次数，确定首次受触发的电压传感器与主机服务器间的距离。进而实现精确位置判断。各个电压传感器不必各自编写特征数据，安装时各个电压传感器完全等价，无需分别。大大降低了施工难度。电压传感器内存有的特征数据也一致。至少三个电压传感器相邻的任意两个的电压传感器的间距差值不小于1m。便于对首次触发的电压传感器的定位。特征数据包括静态数据部、动态数据部，静态数据部用于标识电压传感器，动态数据部用于特征数据在传送过程中的数据叠加。

主机服务器内设有静态数据库，静态数据库内存储有电线的标准工作条件下的电压信息；主机服务器内还设有动态数据库，动态数据库实时更新接收到的电压传感器检测到的电线电压信息。微型处理器系统连接时钟模块，无线发射模块定时向外发射信号。便于主机服务器进行实时监控，以及动态数据库的实时更新，便于人员了解不同工作时间段，不同工作情况下，电线的具体工作状态。不单单是在压力传感器的检测数值超过规定范围，而触发无线发射模块发送报警信号给主机服务器。主机服务器设有故障模式静态数据库，静态数据库内存储有电压传感器发送的不同的故障模式及与其相对应的电信号的数值范围，不同的故障模式及与其相对应的电信号的数值范围构成判断规则。这里的电信号可以是电压、电流、PWM、频率等电信号形式。故障模式是故障的表现形式，不同的故障模式下电压传感器检测到的电信号有不同的表现形式或数值范围。便于对不同的故障模式进行识别。主机服务器内设有一动态数据库，主机服务器内设有一智能控制模块，智能控制模块对电压传感器检测的各电压范围内的异常电信号及其故障表现形式进行记录，并存入动态数据库，动态数据库在使用过程中得以扩展，构成具有自主学习模式的动态数据库。智能控制模块依据动态数据库内不断学习得到的判断规则对电压传感器输出的电信号进行分析，区分电压变化现象，控制电线的工作状态，使电线始终在正常电压范围内工作，不会损坏。这里的电信号可以是电压、电流、PWM、频率等电信号形式。

微型处理器系统2还连接与无线发射模块3相匹配的无线接收模块4。为了延长无线信号报警距离，本发明采用接力报警方式。一个电压传感器的无线信号被另一个电压传感器接收后，再次向外发射，以此类推，组成网络，直至将报警信号传递到主机服务器5。主机服务器通过无线通讯模块无线连接终端设备；终端设备包括手机、笔记本、台式电脑、平板电脑中的至少一种。无线发射模块3将信号发射给主机服务器，由主机服务器发送给终端设备，进行无线报警。电线9设有与电压传感器个数相匹配的易断点6，电压传感器用于检测易断点6的线路通断状态；电线9设有易断点6处的外径小于电线9不设有易断点6处的外径。传统的电线由于安装位置的不定性，无法预知评判断裂处，本发明通过调整电线9的外径大小，电线9的外径粗细分布，以细处为易断点6处，当易断点6处周边经受到外力作用，易断点6处断裂，从而实现了电线断点可控性。

参见图3，作为一种优选方案，电线还设有修复材料包8，修复材料包8位于易断点6设置处，修复材料包8包括一焊接用材料、一包裹层，在易断点6处，电线的径向上从内之外依次设有易断点6，焊接用材料、包裹层；易断点6断裂时，焊接用材料熔融连接易断点6。在易断点6设置修复材料包8，断裂后，易断点6处的电阻加大，因电阻的加大导致发热升温，从而熔融焊接用材料，对易断点6进行连接修复。因为水具有降温作用，这种熔融再塑造的方式适合水下电缆，防断裂，维持电力供应，或者信号通信，提高了传统水下电缆的工作稳定性。焊接用材料包括焊锡颗粒、铜颗粒。本发明通过焊锡颗粒从而实现断裂时的熔融连接性，通过铜颗粒从而提高连接处的导电性。修复材料包8的修复使用次数不小于两次。焊锡颗粒和铜颗粒并非一次用光，本发明并非为一次修复型，在电线再次产生扯断时，可以再次进行修复。包裹层是一弹性耐高温材料。本发明通过包裹层的弹性耐高温性，从而防止焊接用材料熔融时，对包裹层的损伤，此外，本发明将包裹层选取为有弹性的，从而保证包裹层对焊接用材料的紧密包裹性，此外，可以有效的保证断裂时焊接用材料熔融运动的可调性。但因水下温度低，可以迅速降温，对耐高温材料要求较低，也不会产生火灾。

参见图2，作为另一种优选方案，电线9还设有冗余段7，冗余段7位于易断点6处；易断点6断裂时，易断点6不导通，冗余段7导通。本发明通过在传统电线9上设置易断点6，在易断点6设置冗余段7，断裂后，冗余段7自动接入，维持电力供应，或者信号通信，提高了传统电力电缆的工作稳定性。冗余段7是一金属导体，金属导体的一端连接易断点6的前端部，金属导体的另一端连接易断点6的后端部，电线9的电力导通方向为从前至后；金属导体的长度大于易断点6的长度。从而保证电线9可以接受一定程度的拉伸延长，维持正常工作。优选为，金属导体的长度不大于易断点6的长度的5％。电线9可以接受原长度5％拉伸延长，而维持正常工作。在实际应用中，电力电缆的拉伸情况往往不会超过5％，而且，如若将金属导体的长度设置的过长，金属导体的支撑力会明显下降，无法实现冗余的效果。冗余段7是一弹簧状的金属导体，弹簧状的金属导体的弹性变形方向为前后方向。本发明通过弹簧状的金属导体的弹性形变从而实现电线9一定程度的拉伸延长，维持正常工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，包括线路通断监控系统，其特征在于，所述线路通断监控系统包括至少三个电压传感器，所述电压传感器设有自供电系统，所述自供电系统包括磁感应线圈和磁芯，所述磁感应线圈缠绕在所述磁芯上，所述磁芯中部设有穿线孔，所述磁芯套设在电线径向外围；

所述磁感应线圈的信号输出端通过电源电路连接蓄电模块，所述蓄电模块连接所述电压传感器的电源输入端；

所述电压传感器还设有感知所述电线电力通断状况的电压传感器件，所述磁感应线圈的信号输出端连接所述电压传感器件的信号输入端；

所述至少三个电压传感器相邻的两个电压传感器无线通讯连接。

2.根据权利要求1所述的电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，其特征在于：所述电压传感器件连接微型处理器系统，所述微型处理器系统与主机服务器无线通讯连接。

3.根据权利要求2所述的电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，其特征在于：所述主机服务器设有无线通讯模块，所述微型处理器系统连接无线发射模块，所述微型处理器系统通过所述无线发射模块与所述主机服务器通讯连接。

4.根据权利要求3所述的电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，其特征在于：所述无线发射模块是以无线电磁波方式通信的无线发射模块，所述无线发射模块通过无线电发射控制模块连接至少一个发射天线，所述发射天线采用定向发射天线。

5.根据权利要求3所述的电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，其特征在于：所述微型处理器系统还连接有与所述无线发射模块相匹配的无线接收模块。

6.根据权利要求5所述的电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，其特征在于：所述电压传感器设有身份识别的特征数据；

所述至少三个电压传感器的任意一个所述电压传感器在受到触发时，发出特征数据，与受触发电压传感器邻近的另一电压传感器收到特征数据，对特征数据进行加一形成新的数据，然后再次发出，下一个接收到数据的电压传感器加一后再次发出，直至被主机服务器接收。

7.根据权利要求3所述的电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，其特征在于：所述主机服务器通过所述无线通讯模块无线连接终端设备；

所述终端设备包括手机、笔记本、台式电脑、平板电脑中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，其特征在于：所述电线设有与所述电压传感器个数相匹配的易断点，所述电压传感器用于检测所述易断点的线路通断状态；

所述电线设有易断点处的外径小于所述电线未设易断点处的外径。

9.根据权利要求8所述的电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，其特征在于：所述电线还设有修复材料包，所述修复材料包位于所述易断点设置处，所述修复材料包包括焊接用材料、包裹层，在所述易断点处，所述电线的径向上从内之外依次设有所述易断点，所述焊接用材料、所述包裹层；

所述易断点断裂时，所述焊接用材料熔融连接所述易断点。

10.根据权利要求8所述的电力线路故障自我诊断和定位的传感器自组网系统，其特征在于：所述电线还设有冗余段，所述冗余段位于所述易断点处；

所述易断点断裂时，所述易断点不导通，所述冗余段导通；

所述冗余段是金属导体。