CN204405784U - 基于广域测量信息的配网故障检测定位装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于广域测量信息的配网故障检测定位装置，其包括：A相故障检测定位装置、B相故障检测定位装置和C相故障检测定位装置，该三相故障检测定位装置均分别具有近距离通讯模块，该三相故障检测定位装置相互之间通过各自的近距离通讯模块数据连接，该三相故障检测定位装置的至少其中之一具有远程通讯模块，具有所述远程通讯模块的故障检测定位装置将其采集到的数据以及接收自其他故障检测定位装置的数据远程传输出去；控制主站，其与具有所述远程通讯模块的故障检测定位装置远程数据连接，以向故障检测定位装置发送控制指令，并根据接收自故障检测定位装置的数据确定故障发生点。本装置成本低，体积小，精度高，可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及输电线路故障检测定位领域，具体为一种配网故障检测定位装置。
背景技术
配电网的故障定位是配电自动化的关键组成部分。在配电网发生故障后，对故障点及时、准确的定位是快速消除配电网故障的基础，对于保障用户供电有着重大意义。统计数据显示，我国配电网中发生的故障主要为单相接地故障，其中架空线配网故障中，单相接地故障所占比例高达80％以上。因此，包括可定位单相接地故障功能的配电网故障定位装置对配电网安全而稳定地运行、提高供电可靠性有重大意义。
当前用于配电网单相接地故障定位的装置主要包括FTU(Feeder Terminal Unit，馈线终端单元)和故障指示器。其中，FTU成本巨大，且体积较大，需要安装在线柱或配电柜内，无法安装在架空线上，难以在配电网大规模高密度布局；故障指示器一般不具有数据存储的功能，且由于故障指示器的电源所限，通常无法负担远距离通讯模块所需功率。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服上述不足以提供一种基于广域测量信息的配网故障检测定位装置。
基于上述目的，本实用新型提供了一种基于广域测量信息的配网故障检测定位装置，其包括：
A相故障检测定位装置、B相故障检测定位装置和C相故障检测定位装置，该三相故障检测定位装置均分别具有近距离通讯模块，该三相故障检测定位装置相互之间通过各自的近距离通讯模块无线数据连接，该三相故障检测定位装置的至少其中之一具有远程通讯模块，具有所述远程通讯模块的故障检 测定位装置将其采集到的数据以及接收自其他故障检测定位装置的数据远程传输出去；
控制主站，其与具有所述远程通讯模块的故障检测定位装置远程无线数据连接，以向故障检测定位装置发送控制指令，并根据接收自故障检测定位装置的数据确定故障发生点。
本实用新型所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置中，该三相故障检测定位装置之间均采用无线的方式实现数据连接，这是因为，广域测量需要获得每个故障定位节点的三相同步电流数据，从而提取故障信息，若使用信号线缆将三相的故障检测定位装置连接，则会增大相间短路的风险，为线路安全考虑，三相间不宜使用有线的方式进行连接。
本实用新型所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置的一种工作过程是：在配网设置若干个检测点，每一个检测点都设置一组三相故障检测定位装置，各组三相故障检测定位装置实时持续对检测点的电流进行采样，对采样数据附加绝对时间信息，并将采集到的信息集中到至少其中一相故障检测定位装置后，由该相故障检测定位装置将采集到的信息传输给控制主站，控制主站根据接收到的信息判断哪一个检测点发生了故障以及是否发生了故障。
进一步地，本实用新型所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置中，该三相故障检测定位装置中的每一个故障检测定位装置均包括：
电流传感单元，其设于线路上，以检测与其对应的数据；
数据采集终端，其与所述电流传感单元连接，以对电流传感单元传输的数据进行采集，所述数据采集终端包括所述近距离通讯模块；
供电单元，其与所述数据采集终端连接，以为数据采集终端供电。
更进一步地，上述基于广域测量信息的配网故障检测定位装置中，所述电流传感单元包括：
罗氏线圈，其套设于线路外围，以感应线路电流并产生相应的电压信号；
信号调理放大电路，其与所述罗氏线圈连接，以对罗氏线圈传输的电压信号进行调理和放大。
更进一步地，上述基于广域测量信息的配网故障检测定位装置中，所述数据采集终端包括：GPS模块、所述近距离通讯模块、以及与GPS模块和所 述近距离通讯模块分别连接的主控制器；其中主控制器根据GPS传输的同步信号同步采集各故障检测定位装置中的各电流传感单元传输的数据。
上述装置中，为了同步测量电流相量，给采样数据附加绝对时间信息，GPS模块需要给主控制器提供绝对时间信息。当相位测量的精度要求为50Hz下0.1°时，GPS模块的时间误差应在5μs以下。
更进一步地，上述基于广域测量信息的配网故障检测定位装置中，所述数据采集终端还包括存储器，其与所述主控制器连接。所述主控制器控制所述存储器存储包括采样数据及其绝对时间信息。
更进一步地，上述基于广域测量信息的配网故障检测定位装置中，具有所述远程通讯模块的故障检测定位装置中的远程通讯模块与所述主控制器连接。所述主控制器控制所述远程通讯模块与控制主站进行远程通信。
更进一步地，上述基于广域测量信息的配网故障检测定位装置中，所述供电单元包括：
感应取能线圈，其套设于线路外围，以从线路中感应取电；
电源管理模块，其与所述感应取能线圈和数据采集终端分别连接，所述感应取能线圈在电源管理模块的控制下向数据采集终端供电。
上述方案中，所述电源管理模块的控制可包括整流滤波及稳压输出。
更进一步地，上述基于广域测量信息的配网故障检测定位装置中，所述远程通讯模块包括GPRS模块。
更进一步地，上述基于广域测量信息的配网故障检测定位装置中，所述近距离通讯模块包括Zigbee通讯模块。
本实用新型所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置，具有下述优点：
1)相对FTU成本较低，体积较小，可以安装在架空线上，可以在配电网大规模高密度布局；
2)相对故障指示器具有数据存储的功能，且其供电单元可以负担远距离通讯模块所需功率；
3)可定位占架空线配网故障80％以上的单相接地故障功能，对配电网安全而稳定地运行、提高供电可靠性有重大意义。
附图说明
图1为本实用新型所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置在一种实施方式下的结构框图。
图2为本实用新型所述的装置在一种实施方式下的三相故障检测定位装置的结构框图。
图3为本实用新型所述的装置在一种实施方式下的GPS模块的电路连接关系图。
图4为本实用新型所述的装置在一种实施方式下的GPRS模块的电路连接关系图。
图5为本实用新型所述的装置在一种实施方式下主控制器执行的控制流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步说明本实用新型。但是下述具体实施方式并不作为对本技术方案的限定。
图1显示了本实用新型所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置在一种实施方式下的结构框图。
如图1所示，本实施例的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置包括：A相故障检测定位装置、B相故障检测定位装置和C相故障检测定位装置，该三相故障检测定位装置均分别具有Zigbee通讯模块，该三相故障检测定位装置相互之间通过各自的Zigbee通讯模块数据连接，该三相故障检测定位装置的A相故障检测定位装置具有GPRS模块，其将采集到的数据以及接收自其他故障检测定位装置的数据远程传输出去；控制主站，其与A相故障检测定位装置远程数据连接，以向故障检测定位装置发送控制指令，并根据接收自故障检测定位装置的数据确定故障发生点。
图2显示了本实用新型所述的装置在一种实施方式下的三相故障检测定位装置的结构。图3和图4分别显示了本实用新型所述的装置在一种实施方式下的GPS模块和GPRS模块的电路连接关系。
如图2所示，本实施例的三相故障检测定位装置包括：电流传感单元，其设于线路上，以检测与其对应的数据；数据采集终端，其与电流传感单元 连接，以对电流传感单元传输的数据进行采集；供电单元，其与数据采集终端连接，以为数据采集终端供电。
具体请继续参考图2，上述三相故障检测定位装置中，电流传感单元包括：罗氏线圈，其套设于线路外围，以感应线路电流并产生相应的电压信号；信号调理放大电路，其与罗氏线圈连接，以对罗氏线圈传输的电压信号进行调理和放大；数据采集终端包括：GPS模块、Zigbee通讯模块、存储器、GPRS模块以及与GPS模块、Zigbee通讯模块、存储器和GPRS模块分别连接的主控制器；主控制器根据GPS传输的同步信号从信号调理放大电路的输出同步采集各故障检测定位装置中的各电流传感单元传输的数据；供电单元包括：感应取能线圈，其套设于线路外围，以从线路中感应取电；电源管理模块，其与感应取能线圈和数据采集终端分别连接，感应取能线圈在电源管理模块的控制下向数据采集终端供电；电源管理模块的控制包括整流滤波及稳压输出。
在本实施例中，上述三相故障检测定位装置中，主控制器选择美国德州仪器生产的16位精简指令集处理器MSP430F5438，该芯片具备了4个通用串行通讯接口，可满足ZIGBEE、GPS等模块对串口资源的需求；12位A/D转换器可用于电流传感单元输入的模拟信号；SPI接口可外围存储波形数据的铁电存储器同步通信；其内置的DMA控制器可用于CPU在低功耗状态时将采样数据写入到铁电存储器内，25MIPS的高性能使得对电流数据波形的FFT计算成为可能。电源管理模块包括芯片TPS76801。存储器选择铁电存储器FM25H20。GPS模块选用瑞士U-blox公司的Fastrax IT530微型GPS模块，该模块的PPS秒脉冲误差仅为1us，可以很好地满足同步采样的需求，其与主控制器及电源管理模块的接口连接如图3所示。Zigbee通讯模块选择美国Digi公司生产的XBee DM2.4嵌入式射频模块，其管脚连接与功能如表1所示。
表1 XBee DM2.4的管脚连接及功能
| 管脚连接 | 管脚功能 |
| P8.5-Zigbee_RTS | 请求发送 |
| P8.6-Zigbee_RST | 模块重启 |
| P8.7-Zigbee_Ctrl | 测试端 |
[0045]
| P9.4-Zigbee_TXD | 模块数据输入 |
| P9.5-Zigbee_RXD | 模块数据输出 |
| P9.6-Zigbee_DTR | 休眠控制 |
| P9.7-Zigbee_CTS | 清除发送 |
GPRS模块选择Motorola公司的G24模块作为GPRS模块的主要部分；G24工作时需连接SIM卡，故在电路板上需要加装SIM卡槽，其与主控制器及电源管理模块的接口连接如图4所示，其中G24的RI连接主控制器的中断源，当G24收到信息后会向主控制器提请中断。
图5显示了本实用新型所述的装置在一种实施方式下主控制器执行的控制流程。
三相故障检测定位装置的主控制器基于与其连接的各模块传输的信息按图5所示流程对与其连接的各模块进行相应的控制。具体来说，初始化配置完成后，主循环中，依次查询装置电源状态、控制主站状态并执行相应动作；主控制器以DMA方式持续对来自电流传感单元的电流进行采样，通过结合GPS秒脉冲、GPS报文和主控制器的RTC时钟对采样数据附加绝对时间信息，在系统供电不正常时保存采样数据至存储器；接到控制主站的命令后，A相故障检测定位装置通过Zigbee通讯模块向其余相的故障检测定位装置请求故障时间点前后的数据，存储至存储器并整体打包通过GPRS模块上传至控制主站。主控制器本身可根据采集到的电流数据通过FFT获得电流幅值并在发生阈值越限时报警。
下面通过对本实施例装置进行测试，以检验其基于表2的功能指标是否能满足精度和可靠性的需求。
表2装置功能指标
| 短距离无线通信距离 | 不低于10m |
| 工作电流 | 10～1000A |
| 采样率 | 1k～4kHz |
| 供电方式 | 自供电 |
| 通讯方式 | GPRS |
| 录波长度 | 10周波 |
1)精度测试
数据采集终端以4k的采样频率进行采集，将采样数据通过数据采集终端的串口输出到PC并保存，使用matlab计算电流幅值，将所得结果与实际电 流幅值对比，结果如表3所示。
表3电流采集测试结果
可见在50A至800A范围内，采集所得的电流幅值的精确度在2％以内。
2)相间通讯测试
通常配电线路的相间距为数十厘米到三米以内，装置若要正常通讯，需保证两相间的Zigbee通讯模块的可通信距离大于相间距。本装置工作于配电线路的架空线上，可能遇到较复杂的电磁环境。为了模拟实际线路的情况，用高压发生器产生6kV的电压，将A相故障检测定位装置挂装于线路，测试人员手持B相故障检测定位装置，与A相故障检测定位装置距离5米，两机均离地面130cm。编写程序使A相故障检测定位装置向B相故障检测定位装置发送200个包，记录收到的包总数，计算丢包率，改变测试距离重复试验，结果如表4所示。
表4通讯测试结果
| 测试距离 | 收到数据包 | 丢包率 |
| 5m | 200 | 0％ |
| 9m | 200 | 0％ |
| 13m | 199 | 0.5％ |
由测试结果可见，在9米距离内，丢包率为0。配电网的相间距通常为几十厘米至三米以内，测试结果验证了配电网故障定位装置使用Zigbee通讯 模块进行相间通讯的可行性。
通过以上测试，得出结论：
1.本实施例装置在电流幅值为50A至800A的范围内，采集效果均很理想，误差可保持在允许范围之内；
2.本实施例装置相间通过Zigbee通讯模块进行通讯的设计可保证在实际距离内安全通信，丢包率接近于零。
因此，本实施例装置具有较好的数据采集的精度以及通讯的可靠性，可很好解决目前大多数配电网数据采集装置存在的问题，具有很大的应用前景。
当然，在其他的实施方式中，也可以将GPRS模块设置在B相或C相故障定位检测装置。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于广域测量信息的配网故障检测定位装置，其特征在于，包括：
A相故障检测定位装置、B相故障检测定位装置和C相故障检测定位装置，该三相故障检测定位装置均分别具有近距离通讯模块，该三相故障检测定位装置相互之间通过各自的近距离通讯模块无线数据连接，该三相故障检测定位装置的至少其中之一具有远程通讯模块，具有所述远程通讯模块的故障检测定位装置将其采集到的数据以及接收自其他故障检测定位装置的数据远程传输出去；
控制主站，其与具有所述远程通讯模块的故障检测定位装置远程无线数据连接，以向故障检测定位装置发送控制指令，并根据接收自故障检测定位装置的数据确定故障发生点。
2.如权利要求1所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置，其特征在于，该三相故障检测定位装置中的每一个故障检测定位装置均包括：
电流传感单元，其设于线路上，以检测与其对应的数据；
数据采集终端，其与所述电流传感单元连接，以对电流传感单元传输的数据进行采集，所述数据采集终端包括所述近距离通讯模块；
供电单元，其与所述数据采集终端连接，以为数据采集终端供电。
3.如权利要求2所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置，其特征在于，所述电流传感单元包括：
罗氏线圈，其套设于线路外围，以感应线路电流并产生相应的电压信号；
信号调理放大电路，其与所述罗氏线圈连接，以对罗氏线圈传输的电压信号进行调理和放大。
4.如权利要求2所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置，其特征在于，所述数据采集终端包括：GPS模块、所述近距离通讯模块、以及与GPS模块和所述近距离通讯模块分别连接的主控制器；其中主控制器根据GPS传输的同步信号同步采集各故障检测定位装置中的各电流传感单元传输的数据。
5.如权利要求4所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置，其特征 在于，所述数据采集终端还包括存储器，其与所述主控制器连接。
6.如权利要求4所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置，其特征在于，具有所述远程通讯模块的故障检测定位装置中的远程通讯模块与所述主控制器连接。
7.如权利要求2所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置，其特征在于，所述供电单元包括：
感应取能线圈，其套设于线路外围，以从线路中感应取电；
电源管理模块，其与所述感应取能线圈和数据采集终端分别连接，所述感应取能线圈在电源管理模块的控制下向数据采集终端供电。
8.如权利要求1所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置，其特征在于，所述远程通讯模块包括GPRS模块。
9.如权利要求1所述的基于广域测量信息的配网故障检测定位装置，其特征在于，所述近距离通讯模块包括Zigbee通讯模块。
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