CN106291241A - 一种电力线缆故障智能报警系统 - Google Patents

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卢立秋
郭军科
贺欣
于香英
吴明雷
卢修春
于金山
刘鸿芳
路菲
郝春艳
刘盛终
张佳成
姜玲
苏展
赵鹏
杜涛
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Abstract

本发明涉及一种电力线缆故障智能报警系统，该系统包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的故障检测模块、采用了Zigbee技术的近距离无线通信模块、采用了GPRS技术的远距离无线通信模块及收集太阳能的太阳能供电模块，故障检测模块将自动测得并计算的故障点位置信息发送给中央处理器，中央处理器通过远、近距离无线通信模块向管理终端报警，本发明可以代替人工检测，实时的监测电缆的运行情况，在故障发生后迅速的计算出发生故障的位置，即时的向管理人员报警，并提供更准确的检测结果，在提高电网的管理和运行效率方面具有重大的作用。

Description

一种电力线缆故障智能报警系统
技术领域
本发明属于电力监控技术领域，特别是一种电力线缆故障智能报警系统。
背景技术
随着我国社会经济的高速发展，用电需求也在不断的增大。目前，我国电网规模庞大，电力线缆线路长，设备多，运行方式复杂，人工巡视和检查的人力和耗时成本相当可观。而且，人工巡检可能会发生误检和漏检，出现故障时，故障排除时间长工，需要较大面积的停电，影响了电力线路的可靠性，容易带来较大的经济损失。此外，由于不能及时的报警，也难以及时的处理突发状况，或是阻止犯罪分子盗窃电缆等行为。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种电力线缆故障智能报警系统。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种电力线缆故障智能报警系统，该系统包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的故障检测模块、采用了Zigbee技术的近距离无线通信模块、采用了GPRS技术的远距离无线通信模块及收集太阳能的太阳能供电模块，故障检测模块将自动测得并计算的故障点位置信息发送给中央处理器，中央处理器通过远、近距离无线通信模块向管理终端报警，
其中，所述故障检测模块，包括故障检测从处理器，故障检测从处理器分别与人机交互触摸终端、随机存储器、低电压脉冲信号生成模块及AD检测模块连接，低电压脉冲信号生成模块通过信号调理电路经由待测电缆与AD检测模块连接。
而且，所述太阳能供电模块具体采用基于BQ25504的电池管理电路的太阳能电池板，太阳能电池板向中央处理器模块供电，所述中央处理器具体采用基于STM32F407的处理器，所述近距离无线通信模块具体采用的型号为DRF1607H，所述远距离无线通信模块具体采用的型号为USR-GPRS232。
而且，所述基于BQ25504的电池管理电路为具有过压保护、欠压保护以及电池状态监测的电池管理电路。
而且，在所述故障检测模块中，由低电压脉冲信号生成模块发出一个低电压脉冲信号，低电压脉冲信号通过信号调理模块加载在电力电缆上，由AD检测模块记录测量入射电压行波和反射电压行波相关数据，然后将测得的模拟信号转换成数字信号传输给故障检测从处理器，由故障检测从处理器绘制出波形图，根据入射波与反射波的时间差，计算出故障点距电缆起点的距离。
而且，所述由AD检测模块记录测量入射电压行波和反射电压行波相关数据储存在RAM中。
本发明的优点和积极效果是：
本发明可以代替人工检测，实时的监测电缆的运行情况，在故障发生后迅速的计算出发生故障的位置，即时的向管理人员报警，并提供更准确的检测结果，在提高电网的管理和运行效率方面具有重大的作用。
附图说明
图1是本发明系统的结构框图；
图2是本发明系统中故障检测模块的结构示意图；
图3是本发明系统中故障检测模块的电池管理电路的电原理图；
图4是本发明系统的故障检测原理逻辑步骤图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述：需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其它实施方式，同样属于本发明保护的范围。
一种电力线缆故障智能报警系统，如图1所示，该系统包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的故障检测模块、采用Zigbee技术的近距离无线通信模块、采用GPRS技术的远距离无线通信模块及收集太阳能的太阳能供电模块，故障检测模块将自动测得并计算的故障点位置信息发送给中央处理器，中央处理器通过远、近距离无线通信模块向管理终端报警，
其中，所述故障检测模块，如图2所示，包括故障检测从处理器，故障检测从处理器分别与人机交互触摸终端、随机存储器(RAM)、低电压脉冲信号生成模块及AD检测模块，低电压脉冲信号生成模块通过信号调理电路与AD检测模块连接，
在本发明的具体实施中，所述太阳能供电模块具体采用基于BQ25504的电池管理电路的太阳能电池板，太阳能电池板向中央处理器模块供电，具有节能环保、无需频繁更换电池的特点，所述中央处理器具体采用基于STM32F407的处理器，所述近距离无线通信模块具体采用的型号为DRF1607H，所述远距离无线通信模块具体采用的型号为USR-GPRS232。
在本发明的具体实施中，所述基于BQ25504的电池管理电路，如图3所示，该电池管理电路为具有过压保护、欠压保护以及电池状态监测的电池管理电路。
BQ25504是TI公司生产的一款面向毫微(超低)功率能量收集和管理应用的高效升压型转换器。该器件可管理诸如太阳能、热电能、电磁能和振动能等多种能源所产生的微瓦至毫瓦级功率。
在BQ25504启动工作后，升压转换器可以有效地从低压输出采集器，即太阳能电池板中抽取能量。升压转换器能够在输入电压(VIN)低至330mV时启动，并且一旦启动，它能够在VIN不低于80mV的条件下持续釆集能量。
BQ25504采用一个可编程最大功率点跟踪采样网络以优化器件的功率传输。采样VIN_DC开路电压可使用外部电阻进行编程，并由一个外部参考电容保持。太阳能电池运行在它们开路电压80％的最大功率点上，电阻分压器可被设定到VIN_DC电压的80％，并且此网络将控制VIN_DC使其工作在接近采样基准电压下，或者可以由一个微控制器提供一个外部基准电压以生成一个更复杂的MPPT算法。
BQ25504具有灵活性的设计使其可以支持多种能量存储元件。采集器抽取能量的来源可以是零星的或者随时间变化的。系统通常需要一些类型的能量存储元件，例如可充电电池、超级电容器或者传统电容器。当系统需要时，存储元件将提供特定恒定电流。存储元件还允许系统处理任何峰值电流，此峰值电流并不直接来源于输入源。为防止损坏用户的存储元件，根据用户编程设定的欠压(UV)和过压(0V)，对最高和最低电压进行监视。为了进一步帮助用户严格管理他们的能量预算，当储能电池或者电容器的电压降至低于预设临界水平时，BQ25504触发电池正常标志位以向附加的微控制器传递信号。这将触发负载电流以防止系统进入欠压状况。0V、UV和电池正常阀值可独立编程。
设定欠压阈值VBAT_UV＝2.83V，过压阈值VBAT_OV＝4.2V，电池工作电压范围VBAT_OK_PROG＝3.45V，VBAT_OK_HYST＝3.96V。根据BQ25504的域值设定公式可以得到：R3＝5.6M，R4＝4.4M，R5＝5.6M，R6＝4.3M，R7＝3.1M，R8＝5.6M，R9＝1.3M。当电池电压VBAT小于VBAT_OK_PROG时，此时VBAT_OK输出低电平0，NMOS管截止，PMOS管也截止，停止对负载供电，当锂电池电压从VBAT_OK_PROG逐渐上升到3.60V时，VBAT_OK输出高电平，此时NMOS管导通，PMOS管的栅极为低电平，PMOS管也导通，可以对负载电路供电，直到电池电压降为3.5V为止。
在本发明的具体实施中，故障检测模块的原理是：由低电压脉冲信号生成模块发出一个低电压脉冲信号，低电压脉冲信号通过信号调理模块加载在电力电缆上，由AD检测模块记录测量入射电压行波和反射电压行波相关数据，然后将测得的模拟信号转换成数字信号传输给故障检测从处理器，由故障检测从处理器绘制出波形图，根据入射波与反射波的时间差，计算出故障点距电缆起点的距离，这种方法也称为LTDR(低压时域脉冲反射)法。
在本发明的具体实施中，所述由AD检测模块记录测量入射电压行波和反射电压行波相关数据储存在RAM中。
工作原理
如图4所示，故障检测模块定期测试电缆缆芯之间的电阻，通过是否发生异常变化来判断是否有故障，如果有故障，则发送低电压脉冲信号，判别故障特征点，计算出故障距离；如果没有故障，则通过发送低压脉冲计算出电缆长度。无论是否有故障，都将结束实时在液晶显示器上进行显示。
中央处理器采用STM32F407处理器。STM32F407处理器是ST(意法半导体)推出的以基于ARM&reg；CortexTM-M4为内核的STM32F4系列高性能微控制器，其采用了90纳米的NVM工艺和ART(自适应实时存储器加速器，Adaptive Real-Time MemoryAcceleratorTM)。ART技术使得程序零等待执行，提升了程序执行的效率，大大发挥了Cortext-M4的性能。
近距离无线通信模块采用DRF1607H。该模块采用CC2530F256，256KFLASH，TI公司最新一代ZigBee SOC芯片为主处理器，采用Zigbee2007协议栈，节点可配置为Coordinator，Router，使用方便灵活。模块接收灵敏度为-110dBm，传输距离传输距离400米。用户可通过串口指令更改频道，默认串行通信速率为9600bps。
远距离无线通信模块采用USR-GPRS232。该模块是一种GPRS DTU，即物联网无线数据终端，利用公用运营商网络GPRS网络(又称G网)为用户提供无线长距离数据传输功能.采用高性能的工业级8/16/32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供RS232和RS485(或RS422)接口，可直接连接串口设备，实现数据透明传输功能。

Claims (5)

1.一种电力线缆故障智能报警系统，其特征在于：该系统包括中央处理器以及分别与中央处理器连接的故障检测模块、采用了Zigbee技术的近距离无线通信模块、采用了GPRS技术的远距离无线通信模块及收集太阳能的太阳能供电模块，故障检测模块将自动测得并计算的故障点位置信息发送给中央处理器，中央处理器通过远、近距离无线通信模块向管理终端报警，
其中，所述故障检测模块，包括故障检测从处理器，故障检测从处理器分别与人机交互触摸终端、随机存储器、低电压脉冲信号生成模块及AD检测模块连接，低电压脉冲信号生成模块通过信号调理电路经由待测电缆与AD检测模块连接。
2.根据权利要求1所述的电力线缆故障智能报警系统，其特征在于：所述太阳能供电模块具体采用基于BQ25504的电池管理电路的太阳能电池板，太阳能电池板向中央处理器模块供电，所述中央处理器具体采用基于STM32F407的处理器，所述近距离无线通信模块具体采用的型号为DRF1607H，所述远距离无线通信模块具体采用的型号为USR-GPRS232。
3.根据权利要求1所述的电力线缆故障智能报警系统，其特征在于：所述基于BQ25504的电池管理电路为具有过压保护、欠压保护以及电池状态监测的电池管理电路。
4.根据权利要求1所述的电力线缆故障智能报警系统，其特征在于：在所述故障检测模块中，由低电压脉冲信号生成模块发出一个低电压脉冲信号，低电压脉冲信号通过信号调理模块加载在电力电缆上，由AD检测模块记录测量入射电压行波和反射电压行波相关数据，然后将测得的模拟信号转换成数字信号传输给故障检测从处理器，由故障检测从处理器绘制出波形图，根据入射波与反射波的时间差，计算出故障点距电缆起点的距离。
5.根据权利要求1所述的电力线缆故障智能报警系统，其特征在于：所述由AD检测模块记录测量入射电压行波和反射电压行波相关数据储存在RAM中。
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