CN204374358U - 配电线路智能故障精确定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种配电线路智能故障精确定位系统，包括多个故障检测装置、多个通信终端以及一系统主站，每一故障检测装置包括三个故障检测终端；每一个故障检测装置中的每一个故障检测终端用于检测三相配电线路中的对应一相导线的电流和电压信号；所述通信终端，用于接收对应的故障检测装置发送的电流和电压信号；所述系统主站，用于接收所有通信终端发送的电流和电压信号。本实用新型能快速精确定位配电线路故障点，还能准确检测故障类型，同时故障检测终端结构简单、功耗低、安装方便，因此可有效降低工程建设难度和成本。

Description

配电线路智能故障精确定位系统

技术领域

本实用新型属于配电线路监控领域，具体涉及一种故障精确定位系统。

背景技术

目前，中压配电线路的故障指示器技术是较成熟的配电线路故障检测技术。配电线路故障指示器主要采用注入法、首半波法、五次/七次谐波法、暂态电容电流幅值法等检测线路接地故障，采用大电流突变法、幅值法或零序电流幅值法等方法检测短路故障。而这些方法仅能使故障指示器检测到故障发生在线路的前端或者后端，即使通过系统主站利用多个故障指示器也仅能判断故障发生在某个监测点之后，无法精确判断故障点位置，而且故障定位精度取决于故障指示器在线路上分布密度，不仅建设成本高、施工难度大，而且由于自身无法获取地理位置信息，在线路改造或位置更换时，系统主站无法自动修改相关数据。

由此可见，现有技术中，配电线路故障指示器、配电自动化终端无法进行配电线路的故障点测距，因此很难精确定位配电线路故障点。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型旨在提供一种不仅能快速精确定位配电线路故障点，还能准确检测故障类型的配电线路智能故障精确定位系统。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

配电线路智能故障精确定位系统，包括多个故障检测装置、多个通信终端以及一系统主站，每一故障检测装置包括三个故障检测终端；每一个故障检测装置中的每一个故障检测终端用于检测三相配电线路中的对应一相导线的电流和电压信号；所述通信终端，用于接收对应的故障检测装置发送的电流和电压信号；所述系统主站，用于接收所有通信终端发送的电流和电压信号。

优选的，配电线路的主干线出口和各分支线路出口均安装有一个故障检测装置。

优选的，所述故障检测终端包括电磁场感应单元、与电磁场感应单元连接的电流电压检测单元、本地通信单元、供电单元和主处理单元，电流电压检测单元和本地通信单元均与主处理单元连接，供电单元用于给主处理单元、电流电压检测单元、本地通信单元和电磁场感应单元供电，本地通信单元用于与通信终端连接。

优选的，所述电流电压检测单元包括故障电流判决电路和导线对地电压变化测量电路；所述故障电流判决电路，其输入端与电磁感应单元连接，其输出端与主处理单元连接；所述导线对地电压变化测量电路，其输入端与导线连接，其输出端与主处理单元连接。

优选的，所述故障电流判决电路包括信号放大电路、直流检波电路、直流分量判决电路、交流检波电路、工频信号判决电路和高频信号判决电路，信号放大电路的输入端与电磁感应单元连接，直流检波电路的输入端和交流检波电路的输入端均与信号放大电路的输出端连接，直流分量判决电路的输入端与直流检波电路的输出端连接，工频信号判决电路的输入端和高频信号判决电路的输入端均与交流检波电路的输出端连接，直流分量判决电路的输出端、工频信号判决电路的输出端和高频信号判决电路的输出端均与主处理单元连接。

优选的，所述导线对地电压变化测量电路包括依次连接的电容电路、放电电流测量电路和均值取样电路，电容电路与导线连接，均值取样电路与主处理单元连接。

优选的，所述故障检测终端还包括与主处理单元连接的GPS信号采集单元。

优选的，所述故障检测终端还包括与GPS信号采集单元连接的时钟单元，所述时钟单元也与主处理单元连接。

优选的，所述故障检测终端还包括数据存储单元和/或状态显示单元。

优选的，所述通信终端包括用于与故障检测终端连接的本地通信单元、数据接口单元、状态显示单元、供电单元、数据存储单元、用于与系统主站连接的远程通信单元和主处理单元，本地通信单元、数据接口单元、状态显示单元、数据存储单元和远程通信单元均与主处理单元连接，供电单元用于给本地通信单元、数据接口单元、状态显示单元、数据存储单元、远程通信单元和主处理单元供电。

本实用新型的有益效果如下：能快速精确定位配电线路故障点，还能准确检测故障类型。同时故障检测终端可安装于导线上，无需外接电源或其他设备，且其结构简单、整体功耗低，可满足故障检测终端小型化、安装简单方便等要求。

附图说明

图1为本实用新型配电线路智能故障精确定位系统的电路模块图。

图2为本实用新型中故障检测终端的电路模块图。

图3为本实用新型中故障电流判决电路的模块图。

图4为本实用新型中导线对地电压变化测量电路的模块图。

图5为本实用新型中通信终端的电路模块图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述：

如图1所示，配电线路智能故障精确定位系统，包括多个故障检测装置、多个通信终端2以及一系统主站3，每一故障检测装置包括三个故障检测终端1；每一个故障检测装置中的每一个故障检测终端1用于检测三相配电线路中的对应一相导线的电流和电压信号；通信终端2，用于接收对应的故障检测装置1发送的电流和电压信号；系统主站3，用于接收所有通信终端2发送的电流和电压信号。

其中，可以在配电线路的主干线出口和各分支线路出口均安装有一个故障检测装置。故障检测装置可以安装于导线上，无需外接电源或者其他设备，其结构简单、整体的功耗低，可满足故障检测终端小型化、安装简单方便等需求。同时，每一故障检测装置中的每一个故障检测终端1分别对应地检测三相配电线路中的A相、B相以及C相导线的电流和电压信号，从而判决故障类型，并通过短距离无线通信或者光线通信传送给通信终端2。

通信终端2，用于接收故障检测终端1传来的数据，该数据包括:电流数据、电压数据、故障信息、故障发生时间等，该通信终端2可通过GPRS/3G无线通信、光纤通信等远距离通信方式将数据上传给系统主站3。

系统主站3，用于接收通信终端2上传的数据，分析得出故障点的具体位置。即系统主站3接收到通信终端2上传的各种数据后，基于各故障检测终端1的判决的故障类型、检测到的故障发生时间、各故障检测终端在线路上的位置、导线材料电波速度等，通过波速和各故障检测终端检测到的故障发生时间的差值，可算出故障点距离各故障检测终端1的距离，并通过拓扑结构分析得出故障点的具体位置。

具体的，如图2所示，故障检测终端1可以包括电磁场感应单元201、与电磁场感应单元201连接的电流电压检测单元202、本地通信单元206、供电单元204和主处理单元208，电流电压检测单元202和本地通信单元206均与主处理单元208连接，供电单元204用于给主处理单元208、电流电压检测单元202、本地通信单元206和电磁场感应单元201供电，本地通信单元206用于与通信终端2连接。这里的供电单元204，用于获取电能，并通过供电通路为各个功能单元提供电源，其获取电能的方式可以是感应取电、太阳能取电、电池或者外部市电。这里的本地通信单元206，用于为故障检测终端1提供数据通信通道，其支持短距离无线通信、光纤通信等通信方式；通过本地通信单元206，主处理单元208可以无线或者光纤方式将故障类型、故障发生时间和位置等信息传送给通信终端2。

其中，电磁场感应单元201可以利用导线周围的高压电磁场，获取感应电流；也可以利用导线对地电压和空气介质的电势差，获取导线空气放电电流。

电流电压检测单元202用于对从电磁场感应单元201传来的模拟信号进行判决或测量，其包括故障电流判决电路和导线对地电压变化测量电路；故障电流判决电路，其输入端与电磁感应单元201连接，其输出端与主处理单元208连接；导线对地电压变化测量电路，其输入端与导线连接，其输出端与主处理单元208连接。故障电流判决电路可以基于感应电流，计算导线交流分量和直流分量的大小，并将测量结果以模拟信号的方式传送给主处理单元208。导线对地电压变化测量电路可以通过测量导线对地放电电流，计算出导线对地电压变化量，并将测量结果以模拟信号的方式传送给主处理单元208。即主处理单元208可以基于电流电压检测单元202所检测的故障电流判定、导线对地电压变化等参数，进行接地、短路或雷击故障判定。

进一步的，如图3所示，故障电流判决电路可以包括信号放大电路301、直流检波电路302、直流分量判决电路304、交流检波电路303、工频信号判决电路305和高频信号判决电路306，信号放大电路301的输入端与电磁感应单元201连接，直流检波电路302的输入端和交流检波电路303的输入端均与信号放大电路301的输出端连接，直流分量判决电路304的输入端与直流检波电路302的输出端连接，工频信号判决电路305的输入端和高频信号判决电路306的输入端均与交流检波电路303的输出端连接，直流分量判决电路304的输出端、工频信号判决电路305的输出端和高频信号判决电路306的输出端均与主处理单元208连接。

具体的，信号放大电路301将通过导线周围的电磁场变化获取的感应电流通过线形放大器进行放大，并分出两路采用不同方法进行判决：

分路1：直流检波电路302通过波形匹配电路，获取该分路中的暂态电容电流信号分量，滤除工频、高频及其它信号分量，直流分量判决电路304通过开关电路对获取的暂态电容电流信号分量进行幅值比较，判决该信号是否为故障电流信号。

分路2：交流检波电路303通过波形匹配电路，获取该分路中的工频信号分量和高频信号分量。其中，工频信号判决电路305通过开关电路对获取的工频信号分量进行幅值比价，判决该信号是否为故障电流信号。高频信号判决电路306通过开关电路对获取的高频信号分量进行幅值比价，判决该信号是否为故障电流信号。

如图4所示，导线对地电压变化测量电路包括依次连接的电容电路401、放电电流测量电路402和均值取样电路403，电容电路401与导线连接，均值取样电路403与主处理单元208连接。

导线对地之间的空气介质在导线和大地存在电压的情况下，存在微弱的放电电流。首先利用电容电路401将交变微弱电流转为电容放电电流，便于测量；然后，放电电流测量电路402通过高精度电流测量电路测量电容电流大小；最后，均值取样电路403获取设定周期内的电容电流平均幅值，当平均幅值变化超过设定门限时，由主处理单元208通过所测电容电流平均幅值变化量，对导线对地电压变化值进行估算，作为故障判决的依据之一。

优选的，故障检测终端1还包括与主处理单元208连接的GPS信号采集单元203。GPS信号采集单元203，用于获取故障检测终端1的地理位置信息、GPS时钟数据。目前，已有很多GPS信号采集芯片投入商用，很多1pps误差均可小于100ns，且功耗较低(10～20mA)，因此适用于小体积、低功耗要求高的设备使用。

更为优选的，故障检测终端1还包括与GPS信号采集单元203连接的时钟单元209，时钟单元209也与主处理单元208连接。时钟单元209通过数字信号由GPS信号采集单元203授时，其在获取GPS时钟信息后，为主处理单元208提供准确的时钟。在GPS授时周期内，时钟误差小于100ns。由于故障检测终端1采用的GPS时钟系统的时钟误差小于100ns，且电波在导线中传导速度小于3*10^8m/s,因此该系统的定位误差小于300m。

更为优选的，故障检测终端1还包括数据存储单元205和/或状态显示单元207。数据存储单元205，用于存储所检测到的相关数据，其在本地通信中断时，可支持断点续传或者重发。状态显示单元207，用于接收主处理单元208传送的模拟信号，受主处理单元208的控制，用于显示相应的故障状态，其具有LED灯或者颜色显示窗口。

具体的，如图5所示，通信终端2包括用于与故障检测终端1连接的本地通信单元501、数据接口单元502、状态显示单元506、供电单元503、数据存储单元504、用于与系统主站3连接的远程通信单元505和主处理单元507，本地通信单元501、数据接口单元502、状态显示单元506、数据存储单元504和远程通信单元505均与主处理单元507连接，供电单元503用于给本地通信单元501、数据接口单元502、状态显示单元506、数据存储单元504、远程通信单元505和主处理单元507供电。

其中，本地通信单元501，用于建立通信终端2与故障检测终端1之间的数据通信通道，其也可支持短距离无线通信、光纤通信等方式。

数据接口单元502，用于支持设备的本地维护、外部设备数据接入和本地数据输出功能，其具有Ethernet、RS232/485等接口。

供电单元503，用于获取电能，并通过供电通路为各个功能单元提供电源。其获取电能的方式可以是太阳能取电、电池或者外部市电等。

数据存储单元504，存储从故障检测终端1接收到的各种数据，其在远程通信中断时，可支持断点续传或者重发。

远程通信单元505，实现与系统主站3之间的双向通信。作为一种优选的方案，远程通信单元505可支持短信、GPRS、3G、光纤通信等方式。

状态显示单元506，接收主处理器507传送的模拟信号，受主处理器507的控制，用于显示相应的故障状态，其具有LED灯或者颜色显示窗口。

主处理器507，通过本地通信单元501，接收故障检测终端1上传的故障类型、故障发生时间等故障相关信息；控制状态显示单元506，显示通信终端2的工作状态；通过远程通信单元505，将故障相关信息和故障检测终端1的ID等远传给系统主站3。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.配电线路智能故障精确定位系统，其特征在于，包括多个故障检测装置、多个通信终端以及一系统主站，每一故障检测装置包括三个故障检测终端；每一个故障检测装置中的每一个故障检测终端用于检测三相配电线路中的对应一相导线的电流和电压信号；所述通信终端，用于接收对应的故障检测装置发送的电流和电压信号；所述系统主站，用于接收所有通信终端发送的电流和电压信号。

2.如权利要求1所述的配电线路智能故障精确定位系统，其特征在于，配电线路的主干线出口和各分支线路出口均安装有一个故障检测装置。

3.如权利要求1所述的配电线路智能故障精确定位系统，其特征在于，所述故障检测终端包括电磁场感应单元、与电磁场感应单元连接的电流电压检测单元、本地通信单元、供电单元和主处理单元，电流电压检测单元和本地通信单元均与主处理单元连接，供电单元用于给主处理单元、电流电压检测单元、本地通信单元和电磁场感应单元供电，本地通信单元用于与通信终端连接。

4.如权利要求3所述的配电线路智能故障精确定位系统，其特征在于，所述电流电压检测单元包括故障电流判决电路和导线对地电压变化测量电路；所述故障电流判决电路，其输入端与电磁感应单元连接，其输出端与主处理单元连接；所述导线对地电压变化测量电路，其输入端与导线连接，其输出端与主处理单元连接。

5.如权利要求4所述的配电线路智能故障精确定位系统，其特征在于，所述故障电流判决电路包括信号放大电路、直流检波电路、直流分量判决电路、交流检波电路、工频信号判决电路和高频信号判决电路，信号放大电路的输入端与电磁感应单元连接，直流检波电路的输入端和交流检波电路的输入端均与信号放大电路的输出端连接，直流分量判决电路的输入端与直流检波电路的输出端连接，工频信号判决电路的输入端和高频信号判决电路的输入端均与交流检波电路的输出端连接，直流分量判决电路的输出端、工频信号判决电路的输出端和高频信号判决电路的输出端均与主处理单元连接。

6.如权利要求4所述的配电线路智能故障精确定位系统，其特征在于，所述导线对地电压变化测量电路包括依次连接的电容电路、放电电流测量电路和均值取样电路，电容电路与导线连接，均值取样电路与主处理单元连接。

7.如权利要求3所述的配电线路智能故障精确定位系统，其特征在于，所述故障检测终端还包括与主处理单元连接的GPS信号采集单元。

8.如权利要求7所述的配电线路智能故障精确定位系统，其特征在于，所述故障检测终端还包括与GPS信号采集单元连接的时钟单元，所述时钟单元也与主处理单元连接。

9.如权利要求3所述的配电线路智能故障精确定位系统，其特征在于，所述故障检测终端还包括数据存储单元和/或状态显示单元。

10.如权利要求1所述的配电线路智能故障精确定位系统，其特征在于，所述通信终端包括用于与故障检测终端连接的本地通信单元、数据接口单元、状态显示单元、供电单元、数据存储单元、用于与系统主站连接的远程通信单元和主处理单元，本地通信单元、数据接口单元、状态显示单元、数据存储单元和远程通信单元均与主处理单元连接，供电单元用于给本地通信单元、数据接口单元、状态显示单元、数据存储单元、远程通信单元和主处理单元供电。