CN112083265A - 一种故障指示系统及一种复合绝缘子 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种故障指示系统及一种复合绝缘子，包括宽频电压传感模块，用于获取母线上的工频电压波行信号和故障时的高频电压波行信号；数据处理及通讯模块，用于获取所述宽频电压传感模块采集的电压波行信号，判断母线是否发生故障、故障类型及故障位置，并上传电压波行信号，故障类型信息、故障位置信息至主站；高压取电模块，用于向所述数据处理及通讯模块提供电源，复合绝缘子集合有上述模块。本发明针对现有技术中的缺陷，实现10kV输电线路就地取电、主站系统对配网状态的监测及分析、实现对各类型过电压发生前中后波行录取、实现对配网监测点周围环境气候监测；复合绝缘子实现小体积大容量取电，解决了高压取电体积与容量难以平衡的问题。
Description
技术领域
本发明涉及传感器和电力技术领域，具体的，涉及一种故障指示系统及一种复合绝缘子。
背景技术
10kV架空线路都安装在露天的自然环境下，经常会因为飞禽、雷击、植被生长、人为破坏甚至设备老化等因素的影响而导致发生电力故障，但是由于配网线路情况复杂多样，传输距离远，环境和气候条件不稳定，一旦出现故障，排除起来非常困难，需要花费较多的时间和人力、物力去查找，大大降低了工作效率，也影响了供电可靠性，降低了供电客户满意度，为了能快捷的查找故障情况，目前比较常见的解决办法就是安装架空线路短路接地故障指示器。
现有的故障指示器无线通讯子站采用太阳能+后备电池的方式取电，受气候影响比较大，造成设备在线率不高的问题突出(雨水造成光照不足，风沙造成取太阳光困难)；电池老化和后续的设备维护工作量巨大，既增加了成本，又污染环境；在负荷较小线路，故障指示器由于线路电流太小，而无法感应足够供电，造成故障指示器掉线。
现有的故障指示器在故障信息采集方面只能收集故障位置信息，而无法满足故障类型及故障电压的波行数据信息的采集。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种故障指示系统，针对现有技术中的缺陷，实现10kV输电线路就地取电、实现主站系统对配网状态的监测及分析、实现对各类型过电压发生前中后波行录取和实现对配网监测点周围环境气候监测；目的之二是提供了集成有该系统的复合绝缘子。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种故障指示系统，可判断10kV输电线路的故障类型以及收集故障位置信息，包括宽频电压传感模块，用于获取母线上的工频电压波行信号和故障时的高频电压波行信号；
数据处理及通讯模块，用于获取所述宽频电压传感模块采集的电压波行信号，判断母线是否发生故障、故障类型及故障位置，并上传电压波行信号，故障类型信息、故障位置信息至主站系统；
高压取电模块，用于向所述数据处理及通讯模块提供电源。
进一步，所述宽频电压传感模块包括用于采集母线上电压信号的第一电容式传感器。
进一步，所述数据及通讯模块包括储能单元、数据处理单元和传输单元。
进一步，所述储能单元包括使能控制电路和能量调节电路。
进一步，所述数据处理单元包括依次连接的衰减电路、滤波电路、相角补偿电路和边缘计算电路。
进一步，所述衰减电路的输入端与所述电容式传感器连接，所述边缘计算电路的输出端与数据处理MCU连接，所述数据处理MCU与所述传输单元连接。
进一步，所述第一电容传感器包括第一高压臂电容和低压臂电容，所述第一高压臂电容的一端与母线连接，另一端与所述低压臂电容的一端连接，所述低压臂电容的另一端接地。
进一步，所述高压取电模块包括第二电容式传感器，所述第二电容式传感器包括第二高压臂电容和变压器。
进一步，所述第二高压臂电容的一端与母线连接，另一端与所述变压器的初级相的一端连接，所述变压器的初级相的另一端接地。
一种复合绝缘子，内部集成有故障指示系统。
本发明的有益效果是：
本发明提出的故障指示系统针对现有技术中的缺陷，实现10kV输电线路就地取电，对10kV配网进行运行故障监测和边缘计算，通过无线通讯方式完成与主站连接，实现主站系统对配网状态的监测及分析；针对现有技术中的缺陷，实现对各类型过电压发生前中后波行录取；针对现有技术中的缺陷，实现对配网监测点周围环境气候监测，为配网过电压研究提供科学依据；本发明提出的复合绝缘子针对现有技术中的缺陷，实现小体积大容量取电，解决了高压取电体积与容量难以平衡的问题。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
附图1为本发明结构示意图；
附图2为第一电容式传感器结构示意图；
附图3为第二电容式传感器结构示意图；
图4为相角补偿电路结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。
本实施例以下所提到的技术特征的适用电压均为10kV。
本实施例提出了一种故障指示系统，可判断10kV输电线路的故障类型以及收集故障的位置信息，如图1所示，故障指示系统包括宽频电压传感模块001、数据处理及通讯模块002和高压取电模块003，其中宽频电压传感模块001用于获取母线上的工频电压波行信号和故障时的高频电压波行信号；数据处理及通讯模块002用于获取宽频电压传感模块001采集的电压波行信号，判断母线是否发生故障、故障类型及故障位置，并上传电压波行信号，故障类型信息、故障位置信息，采用NB-IOT物联网无线通信方式将数据信息上传至监控主站系统；高压取电模块003用于向数据处理及通讯模块001提供电源。
宽频电压传感模块001包括用于采集母线上电压信号的第一电容式传感器0011，第一电容式传感器0011包括第一高压臂电容00111和低压臂电容00112，第一高压臂电容00111的一端与母线连接，另一端与低压臂电容00112的一端连接，低压臂00112电容的另一端接地。
第一电容式传感器0011的采集信号的方式为与10kV高压输电线路接触式采集方式相同。
数据及通讯模块002包括储能单元0021，数据处理单元0022和传输单元0023，其中储能单元0021的作用为1、控制储能效率、2、控制储能时机、3、控制释放能量时长、4、控制取能过盛。
数据处理单元0022的作用为：1、模拟电压信号转换为数字信号、2、数据类型分析、3、故障类型分析、4、故障位置分析、5、边缘计算、6、故障录波及波行为分析。
传输单元0023的作用为将数据上传至监控主站；数据包含：电压数据波行、发生故障类型、发生故障坐标信息。
储能单元0021包括使能控制电路00211和能量调节电路0022，取能单元输出端连接使能控制电路0021输入端；使能控制电路0021的输出端连接能量调节电路0022。
其中，使能控制电路00211的作用为：1、控制储能效率、2、控制储能时机、3、控制释放能量时长。
能量调节电路0022的作用为1、控制取能过盛、2、调节二次电路能耗，维持取能单元电压，避免因轻载引起取能端电压突增或重载时拉跨取能端取能能力。
数据处理单元0022包括依次连接的衰减电路00221、滤波电路00222、相角补偿电路00223和边缘计算电路00224，其中衰减电路00221的输入端与第一电容式传感器0011相连，输出端与滤波电路00222输入端相连接，滤波电路00222的输出端与相角补偿电路00223输入端相连接，相角补偿电路00223输出端与边缘计算电路00224输入端相连接，边缘计算电路输出端00224与数据处理MCU004相连接，边缘计算电路00224根据接收到的电压信号，判断母线是否发生故障，并分析故障的类型和故障位置,数据处理MCU004与传输单元0023相连接。数据处理MCU004用于处理并分析边缘计算传过来的数据信息，审查边缘计算数据是否正确。
相角补偿电路00223的结构如图4所示，由U10A、U10B及其外围构成的主控电路，P5、R38、R39、R40、R41构成的故障定位电路，U11、R42、R43、C46构成的温湿度监测电路、P4构成的使能控制电路组成了相角补偿、使能控制、边缘计算部分。
该部分采用STM32为主控核心元件U10A，控制信号处理部分及对信号数据进行计算分析。当被监测线路发生异常时，U10A接收信号处理部分送来的异常数据进行相角计算、相角补偿、异常类型分析。同时开启GPS对时，对异常点进行寻找定位，线路上定位精度小于100m。
另一方面，该部分添加了高精度温湿度监测芯片，实时对各元件工作环境及上述绝缘子自身温度的监测，也为运行种的绝缘子电气性能评估提供了一份科学数据。
另一方面，使能控制电路00211，主要作用在绝缘子工作环境改变时对高压臂电容00311取能产生影响时，调节各部分电路实时功耗，确保各部分运行正常。
传输单元0023为NB-IOT物联网模块，其采用最新NB-IOT物联网技术，专用低功耗广域网，连接效率高、成本低、连接多、架构优良的特点。
高压取电模块003包括第二电容式传感器0031，如图3所示，第二电容式传感器0031包括第二高压臂电容00311和变压器00312，第二高压臂电容00311的一端与母线连接，另一端与变压器00312的初级相的一端连接，变压器00312的初级相的另一端接地。该取电能力稳定，高低压电气隔离，具有以下优势：
1、现有技术单纯采用电容分压取能，取电能力受制于电容容量的大小，要想获得更大的功率就要提高电容容量，随之而来的是电容体积的增大，导致绝缘子体积的增大，存在机械安装困难，固定不牢固的风险。
2、电容容量的增大在工作时会导致温度升高，在绝缘子内部温度难以及时散出。温度的升高会使得电容容量的极具下降，出现供能不足的情况。
3、电容与变压器协同工作，在可以安全高效的变压的同时实现电气隔离，提高电气稳定性。另一方面电容与变压器协同工作形成了一种特殊谐振效果，在不增加电容容量的情况下，提高供电能力。
本实施例还提出了一种复合绝缘子，内部集成有上文所述的故障指示系统，包括宽频电压传感模块001、数据处理及通讯模块002和高压取电模块003，实现小体积大容量取电，解决了高压取电体积与容量难以平衡的问题。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种故障指示系统，可判断10kV输电线路的故障类型以及收集故障位置信息，其特征在于：包括宽频电压传感模块，用于获取母线上的工频电压波行信号和故障时的高频电压波行信号；
数据处理及通讯模块，用于获取所述宽频电压传感模块采集的电压波行信号，判断母线是否发生故障、故障类型及故障位置，并上传电压波行信号，故障类型信息、故障位置信息至主站系统；
高压取电模块，用于向所述数据处理及通讯模块提供电源。
2.根据权利要求1所述的故障指示系统，其特征在于：所述宽频电压传感模块包括用于采集母线上电压信号的第一电容式传感器。
3.根据权利要求2所述的故障指示系统，其特征在于：所述数据及通讯模块包括储能单元、数据处理单元和传输单元。
4.根据权利要求3所述的故障指示系统，其特征在于：所述储能单元包括使能控制电路和能量调节电路。
5.根据权利要求3所述的故障指示系统，其特征在于：所述数据处理单元包括依次连接的衰减电路、滤波电路、相角补偿电路和边缘计算电路。
6.根据权利要求5所述的故障指示系统，其特征在于：所述衰减电路的输入端与所述电容式传感器连接，所述边缘计算电路的输出端与数据处理MCU连接，所述数据处理MCU与所述传输单元连接。
7.根据权利要求6所述的故障指示系统，其特征在于：所述第一电容传感器包括第一高压臂电容和低压臂电容，所述第一高压臂电容的一端与母线连接，另一端与所述低压臂电容的一端连接，所述低压臂电容的另一端接地。
8.根据权利要求1所述的故障指示系统，其特征在于：所述高压取电模块包括第二电容式传感器，所述第二电容式传感器包括第二高压臂电容和变压器。
9.根据权利要求8所述的故障指示系统，其特征在于：所述第二高压臂电容的一端与母线连接，另一端与所述变压器的初级相的一端连接，所述变压器的初级相的另一端接地。
10.一种复合绝缘子，其特征在于：内部集成有如权利要求1-9任一所述的故障指示系统。
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