CN207502661U - 输电线路双电源诊断终端及输电线路分布式故障诊断系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种输电线路双电源诊断终端及具有其的输电线路分布式故障诊断系统。所述输电线路双电源诊断终端包括：电流波形监测单元、数据高速采集分析单元、通信单元和电源单元，所述电源单元对所述电流波形监测单元、数据高速采集分析单元和通信单元供电，其中，所述电源单元同时包括太阳能取电子单元和感应取电子单元。本实用新型的输电线路双电源诊断终端同时采用感应取电与太阳能取电两种供电方式，提高了诊断终端供电系统的可靠性，延长免维护时间。另外，在输电线路故障或输电线路断电检修期间，整个输电线路双电源诊断终端也能继续正常工作较长时间。

Description

输电线路双电源诊断终端及输电线路分布式故障诊断系统

技术领域

本实用新型涉及输变电技术领域，特别是涉及一种输电线路双电源诊断终端及具有其的输电线路分布式故障诊断系统。

背景技术

由于输电线路分布区域广，尤其是有部分线路分布在山区等偏远区域，巡检困难。为此，需要采用现代技术手段来代替或至少部分代替人工巡检，以降低巡检的劳动强度，提高故障诊断的效率。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种输电线路双电源诊断终端来提高故障诊断的效率，并使得所述输电线路双电源诊断终端具有较高的可靠性与较长的免维护周期。

为实现上述目的，本实用新型提供一种输电线路双电源诊断终端，所述输电线路双电源诊断终端包括：一种输电线路双电源诊断终端，其特征在于，包括：电流波形监测单元、数据高速采集分析单元、通信单元和电源单元，所述电流波形监测单元包括罗氏线圈电流传感器，所述罗氏线圈电流传感器环绕输电线路设置，检测输电线路的电流信号，所述电流信号包括工频负荷电流信号、工频故障电流信号和行波电流信号，所述数据高速采集分析单元与所述电流波形监测单元连接，对罗氏线圈电流传感器检测的各种信号进行采集、分析和诊断；所述通信单元和所述数据高速采集分析单元连接，以无线方式将所述数据高速采集分析单元的分析与诊断结果上传，并下传控制命令，所述电源单元对所述电流波形监测单元、数据高速采集分析单元和通信单元供电，其中，所述电源单元同时包括太阳能取电子单元和感应取电子单元。

优选地，所述输电线路双电源诊断终端具有用于与架空的输电导线相连接的安装部。

优选地，所述电源单元包括充电电池，所述太阳能取电子单元和所述感应取电子单元以并联方式对所述充电电池充电，其中，所述感应取电子单元输出的充电电压高于所述太阳能取电子单元输出的充电电压。

优选地，所述感应取电子单元包括环绕输电线路的换能器，卷绕在所述换能器上的感应取电线圈，所述感应取电线圈的输出端经过整流器与所述充电电池连接；所述太阳能取电子单元包括太阳能电池板，所述太阳能电池板的输出端与所述充电电池连接。

优选地，所述太阳能电池板的输出端与所述充电电池之间设置有第一控制开关，在所述感应取电子单元的输出端与所述充电电池之间设置有第二控制开关，所述数据高速采集分析单元根据所述罗氏线圈电流传感器检测的电流信号和所述充电电池的输出电压来控制所述第一控制开关与第二控制开关的通断。

优选地，所述输电线路双电源诊断终端包括内壳体和外壳体，所述内壳体由两个半圆形的内半壳卡扣拼合而成，且夹紧输电线路的外周表面，所述外壳体包括两个半圆形的外半壳，且所述外半壳在轴向端部处固定连接至所述内半壳，所述太阳能取电子单元的太阳能电池板为弧形且铺设在所述外半壳的外侧表面上。

优选地，所述内半壳在轴向两端处设置有径向延伸的第一固定凸耳；所述外半壳在轴向两端处设置有半径收缩部，所述半径收缩部的半径设置为与所述内半壳相配合，且在所述半径收缩部处设置有第二固定凸耳，所述第一固定凸耳和所述第二固定凸耳通过螺钉相互连接在一起。

优选地，所述太阳能电池板包括方向朝下的部分.

本实用新型还提供一种输电线路分布式故障诊断系统，所述输电线路分布式故障诊断系统包括：工作终端、数据中心和设置在输电线路上的输电线路双电源诊断终端，其中，所述输电线路双电源诊断终端以无线通讯方式与所述数据中心通讯连接，所述工作终端以无线通讯和/或有线通讯方式与所述数据中心连接，所述输电线路双电源诊断终端是如上所述的输电线路双电源诊断终端，所述数据中心接收并分析所述输电线路双电源诊断终端输出的信息，并基于所述信息来定位故障点位置及确定故障原因，所述工作终端以短信方式或通过互联网与所述数据中心通讯，以获取所述故障点位置及故障原因。

本实用新型的输电线路双电源诊断终端同时采用感应取电与太阳能取电两种供电方式，提高了供电系统的可靠性，延长免维护时间。另外，在输电线路故障或输电线路断电检修期间，整个输电线路双电源诊断终端也能继续正常工作较长时间。此外，本实用新型的输电线路双电源诊断终端采用罗氏线圈来检测输电线路的工频负荷电流信号、工频故障电流信号和行波电流信号，能够准确地确定故障原因和故障位置。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施例的输电线路双电源诊断终端的示意框图。

图2是所述输电线路双电源诊断终端的电源单元的示意图。

图3是所述输电线路双电源诊断终端的电源单元的另一示意图。

图4是根据本实用新型的输电线路双电源诊断终端的自积分式罗氏线圈的示意性原理图。

图5是所述输电线路双电源诊断终端的数据高速采集分析单元的示意图。

图6是根据本实用新型一实施例的输电线路双电源诊断终端的示意结构图。

图7是根据本实用新型的输电线路分布式故障诊断系统的示意图。

附图标记：

1	输电导线	3	内壳体
				2	外壳体	23	径向突出部

具体实施方式

在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

图1是根据本实用新型一实施例的输电线路双电源诊断终端的示意框图。图2是所述输电线路双电源诊断终端的电源单元的示意图。图1和图2所示的输电线路双电源诊断终端适于直接安装在架空的输电导线上，而不是必须安装在高塔上。换句话说。所述输电线路双电源诊断终端具有用于与架空的输电导线相连接的安装部。所述输电线路双电源诊断终端通过所述安装部安装至架空的输电导线，并从输电导线取电。安装部的具体形状及其安装结构，可以根据需要设置。例如，可以采用夹紧、粘接、胶带缠绕等任何适当的方式安装至输电线路上，具体地，安装至输电线路的输电导线上。需要指出的是，本实用新型的输电线路双电源诊断终端也可以安装在输电铁塔上。

如图1和图2所示，本实用新型的输电线路双电源诊断终端包括：电流波形监测单元、数据高速采集分析单元、通信单元和电源单元。所述电流波形监测单元包括罗氏线圈电流传感器，所述罗氏线圈电流传感器环绕输电线路设置，检测输电线路的电流信号，所述电流信号包括工频负荷电流信号、工频故障电流信号和行波电流信号，所述数据高速采集分析单元与所述电流波形监测单元连接，对罗氏线圈电流传感器检测的各种信号进行采集、分析和诊断；所述通信单元和所述数据高速采集分析单元连接，以无线方式将所述数据高速采集分析单元的分析与诊断结果上传，并下传控制命令，所述电源单元对所述电流波形监测单元、数据高速采集分析单元和通信单元供电，其中，所述电源单元同时包括太阳能取电子单元和感应取电子单元。

需要指出的是，输电线路的工频负荷电流、工频故障电流和行波电流都是同样导线中的电流，在正常情况下，是负荷电流；在系统故障时，就会流过故障电流；在故障电流起始时会呈现为脉冲信号，脉冲信号沿着导线行进，就表现为行波电流。可以利用电流的折反射的时间差，来确定故障位置。

如图2所示，所述电源单元包括充电电池。所述太阳能取电子单元和所述感应取电子单元以并联方式对所述充电电池充电。所述感应取电子单元输出的充电电压高于所述太阳能取电子单元输出的充电电压。在输电线路正常输电的情况下，优先以感应取电方式对充电电池供电。

参见图2，所述感应取电子单元包括环绕输电线路的换能器和卷绕在所述换能器上的感应取电线圈。可以理解的是，感应取电线圈还可以直接卷绕在输电导线的外周。所述感应取电线圈的输出端经过整流器与所述充电电池连接。所述太阳能取电子单元包括太阳能电池板，所述太阳能电池板的输出端与所述充电电池连接。

可选的是，如图2所示，所述太阳能电池板的输出端与所述充电电池之间设置有第一控制开关K1，在所述感应取电子单元的输出端与所述充电电池之间设置有第二控制开关K2。所述数据高速采集分析单元根据所述输电线路中的电流情况来控制所述第一控制开关与第二控制开关的通断。或者，所述数据高速采集分析单元根据所述罗氏线圈电流传感器检测的电流信号和所述充电电池的输出电压来控制所述第一控制开关与第二控制开关的通断。

例如，在输电线路工作正常时，断开第一控制开关，而在输电线路停止输电时，断开第二控制开关。从而，优先以感应方式取电，提高充电的效率。

再例如，在感应取电模块的输出电压为零或低于设定阈值时，接通第一控制开关K1，在感应取电模块的输出电压大于等于设定阈值时，断开第一控制开关K1。在充电电池的输出电压大于等于满充电压时，断开第一控制开关 K1和第二控制开关K2。这有利于避免充电电池的浮充。

可以理解的是，可以取消图示的第二控制开关K2。代之以与感应取电模块的次级线圈并联的并联控制开关S。在短接该并联控制开关S时，感应取电模块的次级线圈的输出电压为零，从而不再对充电电池供电。此种技术方案有利于防止在充电电池充满电之后充电电池两端的电压过高而损坏。

在图3所示的实施例中，设置比较器或比较电路来比较充电电池的输出电压与参考电压(例如满充电压)。如果充电电池的输出电压大于等于满充电压，短接并联控制开关S，从而感应取电模块的次级线圈的输出电压为零，不再对充电电池充电。所述比较器或比较电路可以是独立器件，也可以集成在数据高速采集分析单元中。该比较器还可以同时控制第一控制开关的断开，以停止太阳能取电子模块对充电电池供电。

类似地，可以设置附加比较器或附加比较电路来比较感应取电模块的输出电压与设定电压，或者比较所述罗氏线圈电流传感器检测的电流信号与设定电流，由此来控制第一控制开关K1和第二控制开关K2或并联控制开关S，以选择太阳能取电子模块或感应取电子模块对充电电池供电。

图2中示出的负载例如包括：电流波形监测单元、数据高速采集分析单元和通信单元。这还可以参见图1。

图3中的二极管D1和D2阻止电流从充电电池向次级线圈或太阳能电池板倒灌。

优选地，如图3所示，感应取电模块中的整流桥之后设置一个LC滤波电路，以优化对充电电池的充电电压。整流桥由桥接的四个二极管D11、D12、 D13和D14组成。

参见图6，所述输电线路双电源诊断终端包括圆筒状外壳，所述圆筒状外壳由两个半环形壳体卡扣拼合而成，所述太阳能取电子单元的太阳能电池板为弧形且铺设在所述半环形壳体的外侧表面上。

更具体地，如图6所示，所述输电线路双电源诊断终端包括内壳体3和外壳体2。所述内壳体3由两个半圆形的内半壳(第一内半壳31和第二内半壳32)卡扣拼合而成，且夹紧输电线路的外周表面。所述外壳体2包括两个半圆形的外半壳(第一外半壳和第二外半壳)。所述外半壳在轴向端部处固定连接至所述内半壳。在图示实施例中，所述外壳体包括半径收缩部(即径向突出部23)，所述半径收缩部套接在内壳体之外，且通过螺纹连接件与第一内半壳和第二内半壳固定连接在一起，由此夹紧内侧的输电导线1，从而实现内壳体和外壳体在输电导线1上的固定。换句话说，所述内半壳在轴向两端处设置有径向延伸的第一固定凸耳；所述外半壳在轴向两端处设置有半径收缩部，所述半径收缩部的半径设置为与所述内半壳相配合，且在所述半径收缩部处设置有第二固定凸耳，所述第一固定凸耳和所述第二固定凸耳通过螺钉相互连接在一起。

有利的是，在径向突出部23处，在内壳体和外壳体之间设置有橡胶密封垫，由此，对内壳体和外壳体之间限定的环状空间进行密封。

所述太阳能取电模块的太阳能电池板为弧形且铺设在所述半环形壳体的外侧表面上。从而，太阳能电池板能够很好地得到支撑，不会由于大风、雨雪等恶劣天气而损坏。

优选地，所述太阳能电池板包括方向朝下的部分。从而，不容易被冰雪或灰尘覆盖，能够提高吸取电能的效率。

本实用新型还提供一种输电线路分布式故障诊断系统，所述输电线路分布式故障诊断系统包括设置在输电线路上的输电线路双电源诊断终端、数据中心和工作终端，其中，所述输电线路双电源诊断终端以无线通讯方式与所述数据中心通讯连接，所述工作终端以无线通讯和/或有线通讯方式与所述数据中心连接，所述输电线路双电源诊断终端是如上所述的输电线路双电源诊断终端，所述数据中心接收并分析所述输电线路双电源诊断终端输出的信息，并基于所述信息来定位故障点位置及确定故障原因，所述工作终端以短信方式或通过互联网与所述数据中心通讯，以获取所述故障点位置及确定故障原因。

本实用新型的输电线路双电源诊断终端同时采用感应取电与太阳能取电两种供电方式，提高了供电系统的可靠性，延长免维护时间。另外，在输电线路故障或输电线路断电检修期间，整个输电线路双电源诊断终端也能继续正常工作较长时间。

在一个实施例中，本实用新型的输电线路双电源诊断终端具有下述主要技术参数。

监测终端直接安装于导线上，百公里监测点数量≤4；

故障区间定位可靠性>95％；

故障定位误差<土300米；

雷击与非雷击故障辨识准确率>95％；

雷击故障性质识别准确率>90％；

设备免维护时间>5年；

实时性指标：故障信号上传时间<60秒；故障诊断分析时间<20分钟。

感应耦合取电工作范围：30A-1000A；

行波采样频率：2-10MHz；

行波采样时长：≥1000us；

总重量：≤5kg；

平均无故障工作时间：≥26000h；

区间定位可靠性>99％

定位误差<300米

雷击与非雷击故障辨识准确率>95％

绕击故障与反击故障识别准确率>95％。

在本实用新型中，选用测量大电流的罗柯斯夫线圈来测量工频故障电流和行波电流，罗柯斯夫线圈是根据被测电流所产生的磁通势来确定电流大小和方向的测量装置。罗氏线圈无饱和，它采用塑料或陶瓷等非铁磁材料，其相对磁导率与空气磁导率相同，在被用于电力系统之前，罗氏线圈曾被广泛用于脉冲电流测量，交流大电流测量，电弧电流测量等方面，取得了很好的效果。

随着电网技术微机化，数字化的发展要求，基于罗氏线圈的电子式电流互感器开始应用于电力系统中它在插接式智能组合电器PASS，高压直流，SF6 气体绝缘开关等场合都有应用，效果良好。罗氏线圈传感器根据电磁感应原理传变交流信号，再经过后续模拟电路处理后就地完成A/D采样，直接以数字量的信号输出。与传统CT相比，罗氏线圈具有以下显著特点：

(1)消除了磁饱和现象。电力系统发生大电流接地故障或空投变压器时，常导致CT饱和，造成保护错误动作。罗氏线圈无饱和，暂态特性良好，基于这一特点可以改进传统差动保护算法，降低其门槛值和比率制动系数，获得更好的保护灵敏度。

(2)适应了电力系统数字化的发展。罗氏线圈传感器直接以数字信号输出，经光纤传输，不仅增强了抗干扰的能力，而且有利于实现数据共享，加速二次设备的系统集成，实现保护与计量的数字化，网络化和智能化。

(3)频率响应范围宽。据研究罗氏线圈的传变带宽可达百兆赫兹，线圈的上升时间短，几乎无延迟。

(4)测量的动态范围大。随着电网的发展，系统容量在不断的增加，短路电流也相应增加，要求互感器具有更宽的测量范围，罗氏线圈的电流测量范围可达几A～几十万A。

(5)绝缘特性好。罗氏线圈与导体间没有直接的电气联系，可以获得良好的绝缘特性。随着电压等级和系统容量的不断攀升，传统互感器的绝缘变得越来越困难，不仅设备越来越笨重，而且使用油等绝缘物时还存在爆炸危险。高压罗氏线圈传感头几乎无变化，且体积小，具有很好的经济性。

(6)罗氏线圈还具有安全性好，无二次开路的危险，节约铜、铁金属材料，更加经济环保。

参见图5，本实用新型采用自积分式罗氏线圈，并且采用大电感、小电阻积分方式，从而具有高频响应特性好等优点，能将流过线圈的雷电流信号转换成等比例的电压信号输出，转换比例为2000A/V。电流传感器使用的是开合式结构，外壳采用绝缘材料，净重约1kg，安装方便。

在图5中，L为线圈自感，Rs为线圈内阻，端口电阻R的阻抗Z远小于电缆波阻抗。端口电阻R在线圈感应电动势作用下生成的二次侧线圈感应电流为i₂，i₂在端口电阻R两端产生压降，提供给信号电压U_m。

由图3可以看出，本实用新型的数据高速采集分析单元包括A/D转换 (ADC)、系统控制逻辑(本实用新型中采用单片FPGA实现)、数据存储器 (本实用新型中采用DDR2-SDRAM实现)。

整个数据高速采集分析单元的设计目标如下：FPGA控制高速ADC进行数据采样，并将采样数据经过缓存后送到大容量DDR2-SDRAM中存储，所有采集数据存储完毕后由FPGA控制DDR2-SDRAM将采集数据读出。下面详细介绍各个组成部分的选型与设计。

本实用新型的ADC采用美国AD公司新推出的12bit模数转换器AD9430，实际使用中有效位是8bit，它具有最高210MSPS转换速率，同时保持±0.3LSB 优良的微分线性误差(DNL)。该DNL技术指标比具有相同转换速率的同类IC 高两倍。DNL在数字存储示波器和网络分析仪等要求精确显示小输入信号的应用中至关重要。这一新款ADC非常适合要求高采样率和宽带宽的应用场合。

FPGA芯片选用Xilinx公司的Virtex-4系列芯片XC4VLX25，它负责缓存来自高速ADC的采样数据，并将它们转存到DDR2-SDRAM中，并且对 DDR2-SDRAM进行直接控制，是整个系统数据中转的枢纽，也是整个设计中最为核心的部分。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：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；这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种输电线路双电源诊断终端，其特征在于，包括：电流波形监测单元、数据高速采集分析单元、通信单元和电源单元，所述电流波形监测单元包括罗氏线圈电流传感器，所述罗氏线圈电流传感器环绕输电线路设置，检测输电线路的电流信号，所述电流信号包括工频负荷电流信号、工频故障电流信号和行波电流信号，所述数据高速采集分析单元与所述电流波形监测单元连接，对罗氏线圈电流传感器检测的各种信号进行采集、分析和诊断；所述通信单元和所述数据高速采集分析单元连接，以无线方式将所述数据高速采集分析单元的分析与诊断结果上传，并下传控制命令，所述电源单元对所述电流波形监测单元、数据高速采集分析单元和通信单元供电，其中，所述电源单元同时包括太阳能取电子单元和感应取电子单元。

2.如权利要求1所述的输电线路双电源诊断终端，其特征在于，所述输电线路双电源诊断终端具有用于与架空的输电导线相连接的安装部。

3.如权利要求1所述的输电线路双电源诊断终端，其特征在于，所述电源单元包括充电电池，所述太阳能取电子单元和所述感应取电子单元以并联方式对所述充电电池充电，其中，所述感应取电子单元输出的充电电压高于所述太阳能取电子单元输出的充电电压。

4.如权利要求3所述的输电线路双电源诊断终端，其特征在于，所述感应取电子单元包括环绕输电线路的换能器，卷绕在所述换能器上的感应取电线圈，所述感应取电线圈的输出端经过整流器与所述充电电池连接；所述太阳能取电子单元包括太阳能电池板，所述太阳能电池板的输出端与所述充电电池连接。

5.如权利要求4所述的输电线路双电源诊断终端，其特征在于，所述太阳能电池板的输出端与所述充电电池之间设置有第一控制开关，在所述感应取电子单元的输出端与所述充电电池之间设置有第二控制开关，所述数据高速采集分析单元根据所述罗氏线圈电流传感器检测的电流信号和所述充电电池的输出电压来控制所述第一控制开关与第二控制开关的通断。

6.如权利要求1-5中任一项所述的输电线路双电源诊断终端，其特征在于，所述输电线路双电源诊断终端包括内壳体和外壳体，所述内壳体由两个半圆形的内半壳卡扣拼合而成，且夹紧输电线路的外周表面，所述外壳体包括两个半圆形的外半壳，且所述外半壳在轴向端部处固定连接至所述内半壳，所述太阳能取电子单元的太阳能电池板为弧形且铺设在所述外半壳的外侧表面上。

7.如权利要求6所述的输电线路双电源诊断终端，其特征在于，所述内半壳在轴向两端处设置有径向延伸的第一固定凸耳；所述外半壳在轴向两端处设置有半径收缩部，所述半径收缩部的半径设置为与所述内半壳相配合，且在所述半径收缩部处设置有第二固定凸耳，所述第一固定凸耳和所述第二固定凸耳通过螺钉相互连接在一起。

8.如权利要求1-5中任一项所述的输电线路双电源诊断终端，其特征在于，所述太阳能电池板包括方向朝下的部分。

9.一种输电线路分布式故障诊断系统，其特征在于，包括：工作终端、数据中心和设置在输电线路上的输电线路双电源诊断终端，其中，所述输电线路双电源诊断终端以无线通讯方式与所述数据中心通讯连接，所述工作终端以无线通讯和/或有线通讯方式与所述数据中心连接，所述输电线路双电源诊断终端是如权利要求1-8中任一项所述的输电线路双电源诊断终端，所述数据中心接收并分析所述输电线路双电源诊断终端输出的信息，并基于所述信息来定位故障点位置及确定故障原因，所述工作终端以短信方式或通过互联网与所述数据中心通讯，以获取所述故障点位置及故障原因。