CN207882356U - 一种应用于配电网的故障指示器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于配电网的故障指示器，包括主控单元、传输线路、信号传感器、显示驱动单元和显示屏，所述信号传感器通过传输线路与主控单元连接；所述主控单元包括数据分析单元和故障列表单元，数据分析单元与故障列表单元连接，故障列表单元与显示驱动单元连接，所述显示驱动单元与显示屏连接；所述线路故障指示器还包括载波通信单元，所述载波通信单元一方面与主控单元连接，另一方面与电网连接；所述信号传感器至少包括水平磁场检测单元、竖直磁场检测单元和中性电场检测单元。本实用新型的有益效果是：(1)线路故障指示器能够自动分析和显示故障；(2)能够综合水平磁场、竖直磁场和中性电场进行分析和显示报警。

Description

一种应用于配电网的故障指示器

技术领域

本实用新型涉及故障检测领域，具体的涉及一种应用于配电网的故障指示器。

背景技术

随着城乡居民生活水平的不断提高，对电力的依赖程度电能质量要求也随之提升，这就对线路的供电能力和供电质量提出了更高的要求。配电线路是电力系统的终端，是电力系统的重要组成部分，直接面对用户端，与人们的生活息息相关，因此，配网线路故障更加引起人们的关注。

现有技术中，通故障指示器主要是通过线路电压来确定是否发生故障，具体是，将线路电压为零作为跳闸停电的主要依据，因为线路电压为零是线路跳闸停电的充分必要条件。但是，只能指示是否发生故障与发生故障后进行提示，不能追查到故障发生的时间与多次重复发生的故障记录；并且更为重要的是，无法对电缆的温度实时监控与记录，发生超温无法及时报警。并且，对于故障信息的解析只能够通过有经验的工程人员来确定，不利于便捷分析和操作。

实用新型内容

本实用新型的一个目的在于提供一种应用于配电网的故障指示器，使得故障指示器能够自动分析和显示故障。

具体地，本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种应用于配电网的故障指示器，包括主控单元、传输线路、信号传感器、显示驱动单元和显示屏，所述信号传感器通过传输线路与主控单元连接；所述主控单元包括数据分析单元和故障列表单元，数据分析单元与故障列表单元连接，故障列表单元与显示驱动单元连接，所述显示驱动单元与显示屏连接；所述线路故障指示器还包括载波通信单元，所述载波通信单元一方面与主控单元连接，另一方面与电网连接；所述信号传感器至少包括水平磁场检测单元、竖直磁场检测单元和中性电场检测单元。

较佳的，所述线路故障指示器还包括电源检测控制单元，所述电源检测控制单元与主控单元连接，用于检测和管理所述线路故障指示器的电能使用情况。

较佳的，所述电源检测控制单元由电池供电管理模块和太阳板供电管理模块组成；所述电池供电管理模块为锂电池或外接直流电源。

较佳的，所述太阳板为10W太阳板供电；所述外接直流电源是DC12V电源；所述锂电池是相互串联的3节3.6V锂电池。

较佳的，所述传输线路为光纤，在主控单元与光纤的连接线上，还设置有滤波电路和模数转换芯片。

较佳的，所述滤波电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和运算放大器U1；第一电阻R1的第一端连接水平磁场检测单元、竖直磁场检测单元和中性电场检测单元的信号输出端，第一电阻R1的第二端连接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端连接运输放大器U1的同相输入端，第二电阻R2的第二端还通过第一电容C1接地；运输放大器U1的反相输入端连接运输放大器U1的输出端，运输放大器U1的输出端连接模数转换芯片的信号输入端，运输放大器U1的输出端还通过第二电容C2连接第一电阻R1的第二端。

较佳的，在水平磁场检测单元、竖直磁场检测单元和中性电场检测单元的连接处设有湿度传感器，湿度传感器将检测到的湿度信息通过光纤传输到主控单元。

较佳的，所述主控单元还包括存储单元，所述存储单元与数据分析单元连接，所述存储单元与时钟芯片连接。

较佳的，所述显示驱动单元包括主控MCU和显示驱动单片机，所述显示驱动单片机与主控MCU之间通过SPI/IIC接口连接以后，显示驱动单片机即可根据所述主控MCU发送的信息帧来控制显示屏。

较佳的，所述显示驱动单片机包括：链路建立单元和显示控制单元；链路建立单元与所述主控MCU之间通过SPI/IIC接口连接，用于根据所述主控MCU发送的信息帧来建立与解除所述主控MCU和所述显示驱动单片机之间的通信链路。

本实用新型的有益效果是：(1)线路故障指示器能够自动分析和显示故障；(2)能够综合水平磁场、竖直磁场和中性电场进行分析和显示报警。

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为本实用新型第一实施例所示的一种应用于配电网的故障指示器结构示意图；

图2为本实用新型第二实施例所示的一种应用于配电网的故障指示器结构示意图；

图3为本实用新型第三实施例所示的一种应用于配电网的故障指示器结构示意图；

图4为本实用新型提供的滤波电路结构示意图；

图5为本实用新型第四实施例所示的一种应用于配电网的故障指示器结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本实用新型使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本实用新型可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本实用新型范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。

以下将通过实施例对本实用新型进行详细描述。

一种应用于配电网的故障指示器，如图1所示，包括主控单元、传输线路、信号传感器、显示驱动单元和显示屏，所述信号传感器通过传输线路与主控单元连接；所述主控单元包括数据分析单元和故障列表单元，数据分析单元与故障列表单元连接，故障列表单元与显示驱动单元连接，数据分析单元将采集到的信号与多个预设的故障信号相比较，得到所述采集到的信号的最相似的故障信号，将所述最相似的故障信号发送到故障列表单元，通过所述最相似的故障信号查找故障列表中的可能的故障情况，并将所述故障情况发送至显示驱动单元，所述显示驱动单元与显示屏连接；所述线路故障指示器还包括载波通信单元，所述载波通信单元一方面与主控单元连接，另一方面与电网连接，用于接收电网发送的故障信号更新信息，并将所述故障信号更新信息发送给主控单元中的数据分析单元中；所述信号传感器至少包括水平磁场检测单元、竖直磁场检测单元和中性电场检测单元。

具体的，三相合成的磁场中，水平磁场信号比较强，水平磁场采用特殊的材料和结构进行绕制加工，当三相合成的电流磁场中的采集的信号转换成了电流信号，经过传输线路传输到主控单元；三相合成的磁场中，在远离导线地方磁场信号比较强，竖直磁场采用特殊的材料和结构进行绕制加工，其中和水平磁场采用的材料相当，当三相合成的电流磁场中的采集的信号转换成了电流信号，经过传输线路传输到主控单元；三相合成的零序电场对大地有一个基本恒定的电场。在两个极板之间便感应出相应的电压，通过探测电压的大小便可以对应外部的零序电场的探测；线路上面采用两个极板之间采用采样电容作为电压的采集信号，将电压进行信号的调制处理之后，进行采集和处理便得到了外部三相线路的零序电压的数据，最后完成中性电场检测单元的信号检测，将相应数据经过传输线路传输到主控单元；主控单元中的数据分析单元通过对水平磁场信号、竖直磁场信号以及中性电场信号进行特征分析，并将特征分析的结果与故障列表单元中的故障特征进行对比，来确定具体的线路故障。

进一步的，如图2所示，所述应用于配电网的故障指示器还包括电源检测控制单元，所述电源检测控制单元与主控单元连接，用于检测和管理所述线路故障指示器的电能使用情况，具体的，所述电源检测控制单元是由电池供电管理模块和太阳板供电管理模块组成；所述电池供电管理模块是锂电池或外接直流电源。所述太阳板为10W太阳板供电，输入主控单元5V；所述外接直流电源是DC12V电源；所述锂电池是相互串联的3节3.6V锂电池。

进一步的，如图3所示，所述传输线路为光纤，在主控单元与光纤的连接线上，还设置有滤波电路和模数转换芯片。

如图4所示，所述滤波电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和运算放大器U1；第一电阻R1的第一端连接水平磁场检测单元、竖直磁场检测单元和中性电场检测单元的信号输出端，且连接线路为光纤，从而避免电缆故障对信号传输的影响，同时光纤传输，信号传输过程中的损耗较少。第一电阻R1的第二端连接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端连接运输放大器U1的同相输入端，第二电阻R2的第二端还通过第一电容C1接地；运输放大器U1的反相输入端连接运输放大器U1的输出端，运输放大器U1的输出端连接模数转换芯片的信号输入端，运输放大器U1的输出端还通过第二电容C2连接第一电阻R1的第二端。通过滤波电路可以对接收到的检测信号进行滤波和放大，从而降低杂波对信号的影响，同时可以对信号进行放大，降低信号损耗对判定结果的影响。

进一步的，如图5所示，为了提高判定结果的准确性，在水平磁场检测单元、竖直磁场检测单元和中性电场检测单元的连接处设有湿度传感器，湿度传感器将检测到的湿度信息通过光纤传输到主控单元，主控单元将所述湿度信息传送到显示驱动单元上，在显示屏上进行显示。湿度信息可以为光纤上的信号是否是电缆故障提供参考，不涉及软件程序的改进。

本实施例中，主控单元与各传感器之间的数据传输采用光纤通讯，光纤通讯具有以下优点：

1)电气性能、机械强度高，密封性、耐腐蚀性能好，在恶劣的环境下确保光纤的指标不下降，使用寿命长；

2)光纤抗电磁干扰性能优。光纤是绝缘体材料，所以不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受电气化铁路馈电线和高压设备等工业电器的干扰；

3)光纤损耗低，传输距离远。光纤损耗可低于0.2dB/km,这比目前任何传输媒质的损耗都低，在无中继传输距离可达几十、甚至上百公里；

4)信号串扰小、保密性能好，尺寸小、重量轻,便于敷设；

5)材料来源丰富，环境保护好，有利于节约有色金属铜；

6)无辐射，难于窃听，因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。

进一步的，如图5所示，所述主控单元还包括存储单元，所述存储单元与数据分析单元连接，所述存储单元与时钟芯片连接，利用所述时钟芯片掉电不影响时间准备性的特点，使得存储单元能够准确存储线路故障指示器掉电后的最相似的故障信号。这样，维护人员在线路故障指示器掉电时，也能够直接读取停电时最后记录下的最相似的故障信号，不会造成信息丢失。

进一步的，所述显示驱动单元包括主控MCU和显示驱动单片机，所述显示驱动单片机与主控MCU之间通过SPI/IIC接口连接以后，显示驱动单片机即可根据所述主控MCU发送的信息帧来控制显示屏。其中，主控MCU为主站，显示驱动单片机为从站，两者之间通过SPI/IIC接口连接，采用主-从结构的半双工通信方式进行通信，所述液晶显示驱动装置中的显示驱动单片机与所述液晶显示屏连接，根据主控MCU发送的信息帧来控制显示屏。

具体的，显示驱动单片机与所述主控MCU之间通过SPI/IIC接口连接，用于根据所述主控MCU发送的信息帧来控制液晶显示屏。

其中，所述显示驱动单片机包括：链路建立单元和显示控制单元。

链路建立单元与所述主控MCU之间通过SPI/IIC接口连接，用于根据所述主控MCU发送的信息帧来建立与解除所述主控MCU和所述显示驱动单片机之间的通信链路，其中每个信息帧由帧起始符(或从站地址)、帧数据信息、块校验字符、累加校验码4个域组成。每个域由若干字节组成，每字节含8位二进制码，先传高位，再传低位。

显示控制单元与所述链路建立单元连接和所述主控MCU分别连接，用于当所述通信链路成功建立后，接收所述主控MCU发送的待显示数据，并根据所述信息帧中的帧数据信息控制所述待显示数据显示在显示屏上。主控MCU发送的待显示数据为故障列表单元发送的故障文字信息。具体的，所述显示控制单元与所述主控MCU的P0口的显示握手信号接口连接。另外，所述显示驱动单片机还包括：与主控MCU连接，用于接收所述主控MCU发送的工作模式控制信号，并根据所述工作模式控制信号进入相应的工作模式的工作模式设置单元。具体主控MCU与显示驱动单片机的工作模式设置单元之间的交互过程为：

主控MCU作为主站，由其控制工作模式控制信号MODE。当主控MCU正常有电时，MODE输出为高，当主控MCU进入低功耗时，MODE输出为低。当显示驱动单片机中工作模式设置单元检测到主控MCU输入的MODE为高时，正常显示；检测到主控MCU输入的MODE为低时，进入停电显示状态(保证在停电时也能进行显示)，此时显示驱动单片机关闭与主控MCU的SPI或IIC通信接口，只进行显示处理。

在本实用新型实施例中，显示驱动单元中的显示驱动单片机与主控MCU之间通过SPI/IIC接口连接以后，显示驱动单片机即可根据所述主控MCU发送的信息帧来控制液晶显示屏，该液晶显示驱动装置可以替代市面上专用的液晶显示驱动芯片，大大节省了线路故障指示器的生产成本；另外，显示驱动单片机的工作模式可以受主控MCU的控制，在停电时，使显示驱动单片机入停电显示状态，只进行显示处理，节省了电能资源。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于配电网的故障指示器，其特征在于，包括主控单元、传输线路、信号传感器、显示驱动单元和显示屏，所述信号传感器通过传输线路与主控单元连接；所述主控单元包括数据分析单元和故障列表单元，数据分析单元与故障列表单元连接，故障列表单元与显示驱动单元连接，所述显示驱动单元与显示屏连接；所述线路故障指示器还包括载波通信单元，所述载波通信单元一方面与主控单元连接，另一方面与电网连接；所述信号传感器至少包括水平磁场检测单元、竖直磁场检测单元和中性电场检测单元。

2.根据权利要求1所述的应用于配电网的故障指示器，其特征在于，所述线路故障指示器还包括电源检测控制单元，所述电源检测控制单元与主控单元连接，用于检测和管理所述线路故障指示器的电能使用情况。

3.根据权利要求2所述的应用于配电网的故障指示器，其特征在于，所述电源检测控制单元由电池供电管理模块和太阳板供电管理模块组成；所述电池供电管理模块为锂电池或外接直流电源。

4.根据权利要求3所述的应用于配电网的故障指示器，其特征在于，所述太阳板为10W太阳板供电；所述外接直流电源是DC12V电源；所述锂电池是相互串联的3节3.6V锂电池。

5.根据权利要求2所述的应用于配电网的故障指示器，其特征在于，所述传输线路为光纤，在主控单元与光纤的连接线上，还设置有滤波电路和模数转换芯片。

6.根据权利要求5所述的应用于配电网的故障指示器，其特征在于，所述滤波电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2和运算放大器U1；第一电阻R1的第一端连接水平磁场检测单元、竖直磁场检测单元和中性电场检测单元的信号输出端，第一电阻R1的第二端连接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端连接运输放大器U1的同相输入端，第二电阻R2的第二端还通过第一电容C1接地；运输放大器U1的反相输入端连接运输放大器U1的输出端，运输放大器U1的输出端连接模数转换芯片的信号输入端，运输放大器U1的输出端还通过第二电容C2连接第一电阻R1的第二端。

7.根据权利要求6所述的应用于配电网的故障指示器，其特征在于，在水平磁场检测单元、竖直磁场检测单元和中性电场检测单元的连接处设有湿度传感器，湿度传感器将检测到的湿度信息通过光纤传输到主控单元。

8.根据权利要求7所述的应用于配电网的故障指示器，其特征在于，所述主控单元还包括存储单元，所述存储单元与数据分析单元连接，所述存储单元与时钟芯片连接。

9.根据权利要求8所述的应用于配电网的故障指示器，其特征在于，所述显示驱动单元包括主控MCU和显示驱动单片机，所述显示驱动单片机与主控MCU之间通过SPI/IIC接口连接以后，显示驱动单片机即可根据所述主控MCU发送的信息帧来控制显示屏。

10.根据权利要求9所述的应用于配电网的故障指示器，其特征在于，所述显示驱动单片机包括：链路建立单元和显示控制单元；链路建立单元与所述主控MCU之间通过SPI/IIC接口连接，用于根据所述主控MCU发送的信息帧来建立与解除所述主控MCU和所述显示驱动单片机之间的通信链路。