CN203178400U - 短路及接地故障指示器及配电网自动化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种短路及接地故障指示器及配电网自动化系统，短路及接地故障指示器包括：主机；设置在三相电缆上的短路传感器；设置在三芯电缆上的接地传感器；其中，主机包括主处理器、与短路传感器连接的短路故障输入单元、与接地传感器连接的接地故障输入单元、以及串行通讯单元；串行通讯单元包括与外电源连接的电源转化单元、与电源转化单元连接的RS485串行通讯电路，以及与串行通讯电路连接的两个航空插座；串行通讯单元、短路故障输入单元、以及接地故障输入单元分别与主处理器连接。配电网自动化系统包括配电网自动化设备，与所述配网自动化设备连接的数据采集器、以及与所述数据采集器连接的多台所述短路及接地故障指示器。本实用新型中的指示器能够使短路及接地故障指示器长期有效工作，以及减少信号线的数量，使布线简单方便。本实用新型还公开了一种包含上述短路及接地故障指示器的配电网自动化系统。

Description

短路及接地故障指示器及配电网自动化系统

技术领域

本实用新型涉及电气设备领域，尤其涉及一种短路及接地故障指示器以及配电网自动化系统。

背景技术

在电力系统配电网络中，特别是大量使用环网负荷开关的系统中，如果下一级配电网络系统中发生了短路故障或接地故障，上一级的供电系统必须在规定的时间内进行分断，以防止发生重大事故，短路及接地故障指示器即是一种用来检测短路及接地故障的设备，通过短路及接地故障指示器的使用，可以标出发生故障的部分，维修人员可以根据此指示器的报警信号迅速找到发生故障的区段，分断开故障区段，从而及时恢复无故障区段的供电，节约大量的工作时间，减少停电时间和停电范围。

目前的短路及接地故障指示器主要采用锂电池供电和继电器干接点的信号远程传输方式。采用锂电池供电，锂电池的电池容量小，因此不能保证其长期有效工作；采用继电器干接点实现信号远传，其安装布线复杂，容易接错线。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种能够长期有效工作，且布线简单的短路及接地故障指示器以及包括上述短路及接地故障指示器的配电网自动化系统。

本实用新型提供的短路及接地故障指示器，包括：

主机；

设置在三相电缆上的短路传感器；

设置在三芯电缆上的接地传感器；

其中，

所述主机包括主处理器、与所述短路传感器连接的短路故障输入单元、与所述接地传感器连接的接地故障输入单元、以及串行通讯单元；

所述串行通讯单元包括与外电源连接的电源转化单元、与所述电源转化单元连接的RS485串行通讯电路，以及两个航空插座；

所述RS485串行通讯电路与所述航空插座连接，所述电源转化单元通过所述航空插座与外电源连接；

所述串行通讯单元、短路故障输入单元、以及接地故障输入单元分别与所述主处理器连接。

优选的，在上述的短路及接地故障指示器中，所述电源转化单元包括两个隔离型DC/DC电源转化电路。

优选的，在上述的短路及接地故障指示器中，所述短路传感器包括：

分别设置在三相电缆上的第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路传感器。

优选的，在上述的短路及接地故障指示器中，

所述第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路传感器分别通过塑料光纤与所述主机连接。

优选的，在上述的短路及接地故障指示器中，所述主机还包括：

与所述主处理器连接的报警单元。

本实用新型还公开一种配电网自动化系统，包括配电网自动化设备，与所述配网自动化设备连接的数据采集器、以及与所述数据采集器连接的多台短路及接地故障指示器，所述短路及接地故障指示器，包括：

主机；

设置在三相电缆上的短路传感器；

设置在三芯电缆上的接地传感器；

其中，

所述主机包括主处理器、与所述短路传感器连接的短路故障输入单元、与所述接地传感器连接的接地故障输入单元、以及串行通讯单元；

所述串行通讯单元包括与外电源连接的电源转化单元、与所述电源转化单元连接的串行通讯电路、以及两个航空插座；

所述RS485串行通讯电路与所述航空插座连接，所述电源转化单元通过所述航空插座与外电源连接；

所述串行通讯单元、短路故障输入单元以及接地故障输入单元分别与所述主处理器连接。

目前的短路及接地故障指示器主要采用锂电池供电和继电器干接点的信号远程传输方式，本实用新型中的短路及接地故障指示器具有串行通讯单元，串行通讯单元包括电源转化单元，RS485串行通讯电路以及两个航空插座。电源转化单元采用外电源供电，其能够使短路及接地故障指示器长期有效工作，RS485串行通讯电路采用串行通信的方式，其能够减少信号线的数量，使得布线简单方便。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的短路及接地故障指示器的一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的短路及接地故障指示器中的电源转换单元的一种结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的短路及接地故障指示器中的RS485串行通讯电路的一种结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的短路及接地故障指示器中的两个航空插座的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的短路及接地故障指示器的另一结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的配电网自动化系统的一种结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1，图1为本实用新型实施例提供的短路及接地故障指示器的一种结构示意图。

一种短路及接地故障指示器，其特征在于，包括：

主机100；

设置在三相电缆上的短路传感器200；

设置在三芯电缆上的接地传感器300；

其中，

主机100包括主处理器110、与短路传感器200连接的短路故障输入单元120、与接地传感器300连接的接地故障输入单元130、以及串行通讯单元140；

串行通讯单元140包括与外电源连接的电源转化单元141、与电源转化单元141连接的RS485串行通讯电路142，以及两个航空插座143、144；

RS485串行通讯电路142与航空插座143、144连接，电源转化单元141通过航空插座143、144与外电源连接；

串行通讯单元140、短路故障输入单元120、以及接地故障输入单元130分别与主处理器110连接。

串行通讯单元140包含电源转化单元141、RS485串行通讯电路142和航空插座143、144。其中，电源转化单元141完成外输入电源到主机内部电路供电的转换，RS485串行通讯电路142实现通讯信号的隔离和信号转换，使其符合RS485信号传输的要求，两个航空插座143、144为串行信号和外输入电源的连接接口，详细介绍可参见图2、图3、图4。

目前的短路及接地故障指示器主要采用锂电池供电和继电器干接点的信号远程传输方式，本实用新型中的短路及接地故障指示器具有串行通讯单元130，串行通讯单元140包括电源转化单元141，RS485串行通讯电路142以及两个航空插座143、144。电源转化单元141采用外电源供电，其能够使短路及接地故障指示器长期有效工作，RS485串行通讯电路142采用串行通信的方式，其能够减少信号线的数量，使得布线简单方便。

本实用新型中采用航空插座，其供电和通讯共用一条线路，也即供电线路和通讯信号线共用一根线路，在实际应用中，该线路可以选择屏蔽电缆。现有的短路及接地故障指示器采用继电器干接点的信号远程传输方式，这种方式传输短路和接地故障两种故障类型需要至少3根信号线（共用一根COM端），而本实用新型采用串行通讯方式实现信号的传输，其减少了信号线的数量，布线简单方便。

现有的短路及接地故障指示器采用锂电池供电，锂电池容量有限，最常用的容量是2.2安时。由于短路及接地故障指示器工作环境较恶劣，下部有电缆沟槽，很多沟槽内长期有积水，水雾会蒸发进入短路及接地故障指示器内部，混合灰尘覆盖住内部的电路板，导致电路板的漏电流增大，假设漏电流为0.5毫安，短路及接地故障指示器最小工作电流为5微安，则短路及接地故障指示器工作一年需要的耗电量为：

（工作电流+漏电流）×1年＝（5微安+0.5毫安）×8670小时/年＝4.378安·时/年；

而该耗电量远大于短路及接地故障指示器用锂电池的容量，短路及接地故障指示器仅用半年左右就会因没电而报废。本实用新型实施例提供的短路及接地故障指示器采用外电源供电，外电源可以由配网自动化设备提供，也可以由交流电经过转换提供，提供来的输入电源为直流12伏，24伏或48伏。本实用新型采用外电源供电，交流电源从市电取得，并采用大容量的蓄电池作后备电源，从而保证其不会因漏电流的影响而无法工作。

在本实用新型的其他实施例中，电源转化单元131可以包括两个隔离型DC/DC电源转化电路1311、1312，参见图2。

主机电源需要两种类型电源，一种是直流5.0伏，主要供串行通讯单元使用；另一种是直流3.3伏，供主机中除串行通讯单元外的其他单元使用。此处采用两个隔离型DC/DC模块电源实现。采用隔离电源可以有效消除来自总线电缆上的干扰。采用两个隔离型DC/DC电源转化电路，还可以将串行通讯单元和主处理器的电源进行隔离，这样有效隔离来自通讯电缆线上的干扰对主处理器、短路故障输入单元和接地故障输入单元的干扰，提高系统的工作可靠性。为适应不同的输入电源，可以选择宽输入型电源模块，输入型电源模块需要对输入输出进行滤波，可以采用电解电容进行滤波处理。

参见图3，图3提供一种RS485串行通讯电路的结构示意图。

目前通用型的短路及接地故障指示器采用继电器触点的信号远传方式不适合智能电网的要求。本实用新型采用串行通讯实现故障信息的远程传输，其提供的短路及接地故障指示器具有RS485串行通讯功能。

RS485串行通讯电路包含信号隔离单元1421和RS485信号转换单元1422。下面分别对这两个单元进行描述。

信号隔离单元1421实现主处理器和RS485串行通讯电路的信号隔离，有效消除来自通讯线缆的干扰信号对主处理器的影响。

信号隔离单元1421采用光电耦合芯片TLP181和一些电阻、三极管等组成。光电耦合芯片TLP181可以实现正常通讯信号准确传输到主处理器，而尖而窄的脉冲干扰信号则可以被有效滤除，降低通讯传输的误码率。

RS485信号转换单元1422采用SN75176串行通讯芯片，它将输入的数据信号转换为符合RS485通讯规范的串行通讯信号。

在本实用新型的其他实施例中，串行通讯单元的两个航空插座的结构示意图如图4所示。

参见图4，图中，1表示Vin+，输入电源正极，与图2中的Vin+连接；2表示Vin-，输入电源负极，与图2中的Vin-连接；3表示RS485+，RS485串行通讯信号DATA+，与图3中的485+连接；4表示RS485－，RS485串行通讯信号DATA－，与图3中的485－连接。

在本实用新型的其他实施例中，短路传感器可以包括：分别设置在三相电缆上的第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路传感器。第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路传感器分别通过塑料光纤与主机连接。采用塑料光纤与主机连接，因塑料光纤是绝缘体，这样可以有效消除高低压区域的隔离，预防高压触电的危险。

参见图5，本实用新型实施例提供的短路及接地故障指示器中的主机还可以包括报警单元150。其中，报警单元可以由5个LED指示灯组成，分别对应第一短路传感器、第二短路传感器、第三短路传感器、接地传感器和通讯状态单元，通信状态单元为检测通信是否故障的单元，当发生某项故障后，对应的LED指示灯会闪亮报警。

参见图6，本实用新型实施例还提供一种配电网自动化系统，包括配电网自动化设备，与配网自动化设备连接的数据采集器、以及与数据采集器连接的多台短路及接地故障指示器，图中以三个为例，需要说明的是，并不限定于三个，该短路及接地故障指示器，包括：

主机；

设置在三相电缆上的短路传感器；

设置在三芯电缆上的接地传感器；

其中，

主机包括主处理器、与短路传感器连接的短路故障输入单元、与接地传感器连接的接地故障输入单元、以及串行通讯单元；

串行通讯单元包括与外电源连接的电源转化单元、与电源转化单元连接的串行通讯电路，以及两个航空插座；

RS485串行通讯电路与航空插座连接，电源转化单元通过航空插座与外电源连接；

串行通讯单元、短路故障输入单元以及接地故障输入单元分别与主处理器连接；

多台短路及接地故障指示器通过带有航空插头的总线电缆连接，航空插头与航空插座相匹配。

本实施例中的短路及接地故障指示器可参见上述实施例中指示器的介绍，在此不做赘述。

配电网自动化设备、数据采集器、以及多台短路及接地故障指示器之间通过总线电缆进行供电和数据通讯。一根总线电缆分为多段，每段分别插入到两台设备上。短路及接地故障指示器主机后端具有两个航空底座，每个航空底座接一段总线电缆，实现和前后两台短路及接地故障指示器的连接。两个航空插头底座的电气性能完全相同，并且是连通的，航空插头可以插入到任意一个上。形式上，多台指短路及接地故障指示器和数据采集器是通过一根总线电缆的多段串接起来，但是电气特性上，各台设备实际上是并联的，每台设备分别并联到总线电缆上，从总线电缆上获得电源和通讯信号。这样设置，如果网络上的单台设备发生故障则不会影响其他设备的正常工作。为了使总线电缆具备更好的抗干扰性能，总线电缆的屏蔽层需要接地。为提高整个配电网自动化系统的抗干扰能力，还为整个系统的最后一个设备配备了终端匹配电阻，干扰信号通过两根通讯导线和终端匹配电阻形成了一个回路，这样就有效地降低了干扰信号对于系统中设备的影响。

系统中的多台短路及接地故障指示器通过总线电缆，接入到一台数据采集器，数据采集器与配网自动化设备FTU（Feeder Terminal Unit；馈线终端装置）/DTU（Data Transfer unit；数据传输单元）相连。数据采集器接收各短路及接地故障指示器的短路故障和接地故障信号，并将其存储到特定位置。FTU可以随时利用通讯命令查询数据采集器存储的短路及接地故障指示器的故障状态。理论上总线电缆可以和多达256台设备相连，但一般的开关站最多只有16面开关柜，而且通讯距离很短，这样能够保证通讯的高可靠性。系统中各台设备的通信地址不同，其是通过地址的不同进行区别的，每台短路及接地故障指示器上具有一个地址编码器，组网时按照指示器安装到的开关柜编号进行地址设置，只要各台指示器的地址不同，数据采集器就可以进行区分。配网自动化设备也通过总线电缆与数据采集器进行通讯，但不与各短路及接地故障指示器通讯。配网自动化设备还通过总线电缆向网络上的各台设备提供直流电源。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种短路及接地故障指示器，其特征在于，包括：

主机；

设置在三相电缆上的短路传感器；

设置在三芯电缆上的接地传感器；

其中，

所述主机包括主处理器、与所述短路传感器连接的短路故障输入单元、与所述接地传感器连接的接地故障输入单元、以及串行通讯单元；

所述串行通讯单元包括电源转化单元、与所述电源转化单元连接的RS485串行通讯电路，以及两个航空插座；

所述RS485串行通讯电路与所述航空插座连接，所述电源转化单元通过所述航空插座与外电源连接；

所述串行通讯单元、短路故障输入单元、以及接地故障输入单元分别与所述主处理器连接。

2.根据权利要求1所述的短路及接地故障指示器，其特征在于，所述电源转化单元包括两个隔离型DC/DC电源转化电路。

3.根据权利要求1所述的短路及接地故障指示器，其特征在于，所述短路传感器包括：

分别设置在三相电缆上的第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路传感器。

4.根据权利要求3所述的短路及接地故障指示器，其特征在于，

所述第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路传感器分别通过塑料光纤与所述主机连接。

5.根据权利要求1所述的短路及接地故障指示器，其特征在于，所述主机还包括：

与所述主处理器连接的报警单元。

6.一种配电网自动化系统，包括配电网自动化设备，与所述配网自动化设备连接的数据采集器、以及与所述数据采集器连接的多台短路及接地故障指示器，其特征在于，所述短路及接地故障指示器，包括：

主机；

设置在三相电缆上的短路传感器；

设置在三芯电缆上的接地传感器；

其中，

所述主机包括主处理器、与所述短路传感器连接的短路故障输入单元、与所述接地传感器连接的接地故障输入单元、以及串行通讯单元；

所述串行通讯单元包括与外电源连接的电源转化单元、与所述电源转化单元连接的串行通讯电路、以及两个航空插座；

所述RS485串行通讯电路与所述航空插座连接，所述电源转化单元通过所述航空插座与外电源连接；

所述串行通讯单元、短路故障输入单元以及接地故障输入单元分别与所述主处理器连接。

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