CN112269098A - 一种配电网录波故障指示器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电网录波故障指示器，包括：采集单元，用于实时采样配网线路相电流、相电场、相电缆温度、环境参数数据并存储；汇集单元，与多只采集单元通过塑料光纤相连，用于同步各采集单元的采样时刻，读取各采集单元存储的采样数据并分析。优点：本发明在使用塑料光纤同步对时后，所采集的信号同步精度有很大提高，合成的零序信号误差很小，有利于提高小电流单相接地系统接地故障研判准确性。

Description

一种配电网录波故障指示器
技术领域
本发明涉及一种配电网录波故障指示器，属于配电网单相接地故障检测技术领域。
背景技术
小电流接地系统配电网接地故障研判是一个世界性难题，电网公司运用配电线路故障指示器等设备，实现配电线路故障判断和定位。根据统计，故障指示器远没有达到预期效果。误动、拒动现象严重，设备数据采集的精度较低、故障研判和定位准确率低下等。这些因素都导致无法给运维检修人员提供及时、准确的信息。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种配电网录波故障指示器。
为解决上述技术问题，本发明提供一种配电网录波故障指示器，其特征在于，包括：
采集单元，用于实时采样配网线路相电流、相电场、相电缆温度、环境参数数据并存储；
汇集单元，与多只采集单元通过塑料光纤相连，用于同步各采集单元的采样时刻，读取各采集单元存储的采样数据并分析。
进一步的，每安装在一条线路A、B、C三相上的三只采集单元为一路，所述采集单元的路数至少有一路。
进一步的，所述汇集单元根据连接采集单元的路数分为单路型、2路型、4路型、6路型。
进一步的，所述塑料光纤为双芯塑料光纤，塑料光纤上设有黄、绿、红三种色标的一种，其中黄、绿、红色标光纤分别对应连接A相采集单元、B相采集单元、C相采集单元。
进一步的，所述塑料光纤的色标为黄黑色、绿黑色、红黑色条纹，或整体黑色两端带黄、绿、红色色环；塑料光纤的纤芯两端采用光纤切割刀进行切割，切割面平整、光滑。
进一步的，所述采集单元包括取能模块、电流信号获取模块、电场信号获取模块、处理单元一和电源模块一；
所述取能模块用于获取交流电，经过整流后转换为直流电，给指示器供电，多余电能存储到超级电容内备用；
所述电流信号获取模块用于获取电流信号，并传输给处理单元一进行采样；
所述电场信号获取模块用于获取电场信号，并传输给处理单元一进行采样；
所述电源模块一用于给采集单元中的各个模块或单元供电。
进一步的，所述取能模块采用坡莫合金作为取能磁芯，取电能力满足线路负荷电流大于10A时，采集单元可全功能工作；
所述电流信号获取模块采用PCB板罗氏线圈实现电流信号获取；
所述电场信号获取模块采用电容极板分压实现电场信号获取；
所述处理单元一的采样频率不低于12K，采样电流精度达到1.0级，电场精度不低于5P；
所述电源模块一采用锂电池作为主电源，采用超级电容作为备用电源，超级电容单独供电时，采集单元全功能工作时间不低于12小时。
进一步的，所述汇集单元包括电源模块二、控制单元二和至少一个光纤接口模块、；
所述光纤接口模块用于通过塑料光纤进行信号传输；
所述控制单元二用于根据采集单元上送的录波数据，采用故障研判算法，分析出故障信息；
所述电源模块二用于给汇集单元中的各模块或者单元供电。
进一步的，所述电源模块二包括太阳能电池供电单元和锂电池；
所述太阳能电池供电单元用于给后续电路供电，同时给锂电池充电，所述锂电池在太阳能电池供电单元无法给后续电路供电时，继续给后续电路供电。
进一步的，所述汇集单元还包括4G/5G通讯单元、北斗/GPS定位单元和RS232串行接口；
所述4G/5G通讯单元用于将故障信息传输至配电主站；
所述北斗/GPS定位单元用于绝对时标的同步；
所述RS232串行接口用于作为接口进行本地维护功能。
本发明所达到的有益效果：
本发明的一种采用塑料光纤进行同步对时的配电网录波型故障指示器，在使用塑料光纤同步对时后，所采集的信号同步精度有很大提高，合成的零序信号误差很小，有利于提高小电流单相接地系统接地故障研判准确性。
附图说明
图1是本发明的一个配电网录波型故障指示器的实施例；
图2是本发明的采集单元原理示意图；
图3是本发明的汇集单元原理示意图；
图4是本发明的另一个配电网录波型故障指示器的实施例。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明实施例中提供了一种配电网录波型故障指示器，如图1所示，具体包括：采集单元、汇集单元、塑料光纤等。采集单元可实时采样配网线路相电流、相电场、相电缆温度、环境参数等数据并存储；汇集单元可与多只采集单元通过塑料光纤相连，同步各采集单元的采样时刻，读取各采集单元存储的采样数据并分析。塑料光纤，每根塑料光纤为双芯，带色标。黄、绿、红色标光纤分别对应连接A相采集单元、B相采集单元、C相采集单元，每安装在一条线路A、B、C三相的三只采集单元为一路。
采集单元采用坡莫合金做为取能磁芯，取电能力满足线路负荷电流大于10A时，采集单元可全功能工作。采集单元采用PCB板罗氏线圈实现电流信号获取，采用电容极板分压（不接地）实现电场信号获取，实时数据采样频率不低于12K，采样电流精度达到1.0级，电场精度不低于5P。采集单元采用锂电池和超级电容作为备用电源，超级电容单独供电时，采集单元全功能工作时间不低于12小时。采集单元采用高亮度LED指示灯进行短路和接地故障的显示，每5秒内至少闪亮一次，每次闪亮超过5毫秒。短路故障时，持续闪烁时间可设，分别为4h，8h，12h，16h，24h；限时时间到或恢复正常供电后，闪烁中止。接地故障时，持续闪烁时间可设，分别为4h，8h，12h，16h，24h，36h；限时时间到闪烁中止。
汇集单元采用光纤接口模块，插入光纤后与采集单元通讯。光纤接口模块具有A、B、C三个光纤连接口，可以连接1路采集单元。汇集单元最多可插入6个光纤接口模块，与6路采集单元通讯。汇集单元采用太阳能电池或交流市电供电，锂电池做为备用电源。可读取单路或多路采集单元数据，具备边缘计算能力，就地研判短路和接地故障，通过5G/4G/2G无线VPN专网，采用平衡式101规约与配电主站进行通讯。采用北斗/GPS对时，实现广域空间内采样数据绝对时标的同步性。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述采集单元原理图如图2所示，具体包括取能组件、罗氏线圈、电容极板、AC/DC转换电路、超级电容、锂电池、积分电路、电场信号调理电路、主处理单元、光-电转换电路、LED指示灯等。取能组件采用开合式坡莫合金做为取能磁芯，取电能力满足线路负荷电流大于10A时，获取功率不低于40mW。取能组件所获取的电能，通过充放电管理电路对超级电容进行充电。取能组件可以采用特殊的安装工具，实现在配网线路的不停电安装。罗氏线圈采用PCB板罗氏线圈，固定于取能组件内。PCB罗氏线圈信号经过积分电路的放大、滤波和相位补偿，输出到主处理单元进行采样。电容极板实现电场信号的感应，再经过电场信号调理电路，获得放大后的电场信号，输出到主处理单元进行采样。主处理单元数据采样频率不低于12K，采样的电流精度达到1.0级，电场精度不低于5P。主处理单元输出控制高亮LED指示灯进行短路和接地故障的显示，每5秒内至少闪亮一次，每次闪亮超过5毫秒。光电转换电路实现光电、电光信号的转换，实现光纤信号的接收和发送。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述汇集单元原理图如图3所示，具体包括太阳能电池供电单元、锂电池、至少1个光纤接口模块、主处理单元、RS232维护接口、4G/5G通讯单元等。所述太阳能电池供电单元包括太阳能电池板、太阳能电源输出自动调节和锂电池充放电管理电路、同时具备太阳能电池最大功率跟踪调节能力。太阳能电池供电单元输出直流12V给后续电路供电，同时给锂电池充电。当太阳能电池因黑夜无法取能时，锂电池作为后备电源可以无缝给后续电路供电。汇集单元具有最多6个光纤接口模块插槽，可插入最多6个光纤接口模块。光纤接口模块具备光电转换能力，采用中断响应方式处理光脉冲信号，保证光电转换时延很低，提高同步精度。光纤接口模块具备电光转换能力，汇集单元下发的同步命令被光纤接口模块接收后，接口模块会同时将电信号转换为光脉冲信号，通过塑料光纤传输给采集单元。采集单元具有光纤接口模块同等功能的电路，实现光信号的接收和发送。采集单元接收到光脉冲信号后，转化为电信号，采用中断响应的方式同步A/D采样时刻，保证采用数据时标的同步性。所述主处理单元根据采集单元上送的录波数据，采用故障研判算法，分析出故障信息，通过4G/5G通讯单元远传至配电主站。所述汇集单元具有北斗/GPS单元，用于绝对时标的同步。所述汇集单元具有RS232串行接口，用于设备参数读写，状态本地监测等本地维护功能。
实施例2
本发明实施例中提供了一种6路型采用塑料光纤进行同步对时的配电网录波型故障指示器，如图4所示，包括：
第1路采集单元，通过塑料光纤分别与汇集单元的光纤接口模块1相连，所述采集单元、汇集单元、塑料光纤、光纤接口模块具有实施例1中所述功能；
所述采集单元，分别安装在配电线路第一路的线路A、线路B、线路C上，所述汇集单元安装在共箱式环网柜、间隔式环网柜或架空线路电线杆上。采集单元通过塑料光纤与汇集单元相连。
第2路采集单元，通过塑料光纤分别与汇集单元的光纤接口模块2相连，所述采集单元、汇集单元、塑料光纤、光纤接口模块具有实施例1中所述功能；
第3、4、5、6路采集单元，通过塑料光纤分别与汇集单元的光纤接口模块3、4、5、6相连，所述采集单元、汇集单元、塑料光纤、光纤接口模块具有实施例1中所述功能。
塑料光纤具有带宽高、抗干扰、绝缘、抗弯曲、易于在空间狭窄的区域敷设、性价比高等优势。小电流接地系统单相接地故障研判技术经过近百年的发展，理论日趋完善，特别是基于故障零序信号暂态特征的各种判据，具有较高的准确性。本发明采用低成本塑料光纤连接汇集单元和采集单元，实现各采集单元的采样同步对时和相互间数据通讯，配合采集单元高精度数据采样，可较大幅度提高零序信号合成精度，提高接地故障研判准确性。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述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 (10)

1.一种配电网录波故障指示器，其特征在于，包括：
采集单元，用于实时采样配网线路相电流、相电场、相电缆温度、环境参数数据并存储；
汇集单元，与多只采集单元通过塑料光纤相连，用于同步各采集单元的采样时刻，读取各采集单元存储的采样数据并分析。
2.根据权利要求1所述的配电网录波故障指示器，其特征在于，每安装在一条线路A、B、C三相上的三只采集单元为一路，所述采集单元的路数至少有一路。
3.根据权利要求2所述的配电网录波故障指示器，其特征在于，所述汇集单元根据连接采集单元的路数分为单路型、2路型、4路型、6路型。
4.根据权利要求1所述的配电网录波故障指示器，其特征在于，所述塑料光纤为双芯塑料光纤，塑料光纤上设有黄、绿、红三种色标的一种，其中黄、绿、红色标光纤分别对应连接A相采集单元、B相采集单元、C相采集单元。
5.根据权利要求4所述的配电网录波故障指示器，其特征在于，所述塑料光纤的色标为黄黑色、绿黑色、红黑色条纹，或整体黑色两端带黄、绿、红色色环；塑料光纤的纤芯两端采用光纤切割刀进行切割，切割面平整、光滑。
6.根据权利要求1所述的配电网录波故障指示器，其特征在于，所述采集单元包括取能模块、电流信号获取模块、电场信号获取模块、处理单元一和电源模块一；
所述取能模块用于获取交流电，经过整流后转换为直流电，给指示器供电，多余电能存储到超级电容内备用；
所述电流信号获取模块用于获取电流信号，并传输给处理单元一进行采样；
所述电场信号获取模块用于获取电场信号，并传输给处理单元一进行采样；
所述电源模块一用于给采集单元中的各个模块或单元供电。
7.根据权利要求6所述的配电网录波故障指示器，其特征在于，所述取能模块采用坡莫合金作为取能磁芯，取电能力满足线路负荷电流大于10A时，采集单元可全功能工作；
所述电流信号获取模块采用PCB板罗氏线圈实现电流信号获取；
所述电场信号获取模块采用电容极板分压实现电场信号获取；
所述处理单元一的采样频率不低于12K，采样电流精度达到1.0级，电场精度不低于5P；
所述电源模块一采用锂电池作为主电源，采用超级电容作为备用电源，超级电容单独供电时，采集单元全功能工作时间不低于12小时。
8.根据权利要求1所述的配电网录波故障指示器，其特征在于，所述汇集单元包括电源模块二、控制单元二和至少一个光纤接口模块、；
所述光纤接口模块用于通过塑料光纤进行信号传输；
所述控制单元二用于根据采集单元上送的录波数据，采用故障研判算法，分析出故障信息；
所述电源模块二用于给汇集单元中的各模块或者单元供电。
9.根据权利要求8所述的配电网录波故障指示器，其特征在于，所述电源模块二包括太阳能电池供电单元和锂电池；
所述太阳能电池供电单元用于给后续电路供电，同时给锂电池充电，所述锂电池在太阳能电池供电单元无法给后续电路供电时，继续给后续电路供电。
10.根据权利要求8所述的配电网录波故障指示器，其特征在于，所述汇集单元还包括4G/5G通讯单元、北斗/GPS定位单元和RS232串行接口；
所述4G/5G通讯单元用于将故障信息传输至配电主站；
所述北斗/GPS定位单元用于绝对时标的同步；
所述RS232串行接口用于作为接口进行本地维护功能。
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