CN209356609U - 一种智能电压故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种智能电压故障检测装置，该装置包括浪涌电压检测模块、操作过压检测模块、故障报警模块、MCU芯片、通信模块和电源模块。浪涌电压检测模块和操作过压检测模块分别与电网中的同一线路连接，浪涌电压检测模块通过高速光耦分别与故障报警模块及MCU芯片连接，操作过压检测模块通过光耦分别与故障报警模块及MCU芯片连接，MCU芯片还通过通信模块与主站连接。本申请能够有针对性地分别检测电压值较小且持续时间较长的操作过压故障和电压值较大且瞬态的浪涌电压，并通过高速光耦启动故障报警模块，从而快速、自动识别线路中的过压状况，便于及时采取故障处理措施，有利于缩短故障检测时间，提高故障检测效率。

Description

一种智能电压故障检测装置

技术领域

本申请涉及输电线路检测技术领域，特别是涉及一种智能电压故障检测装置。

背景技术

在输电线路检测技术中，由于人为接线错误、仪器规格型号匹配错误以及雷击等原因，会导致回路巡检仪、电能表以及集线器等仪器过电压，从而引起线路过压故障。对线路的过压故障进行及时判断和检测，从而确认故障点和故障原因，是解决过压故障的重要问题。

目前并没有输电线路过压检测装置，只是在线路中设置过压保护装置，当线路发生过压故障时，通过过压保护装置切断线路，从而避免过压损坏用电设备。切断电路后，在故障区域内分别排查人为接线错误、仪器规格型号匹配错误以及雷击等故障原因。

然而，目前的过压保护装置属于事后保护，需要断电后逐一排查过压原因，检测周期长，响应慢。且目前的过压保护装置无法区分是人为操作错误导致过压还是雷击等原因导致过压，因此，无法及时进行过压判断和检测，不利于后续及时对过压故障采取相应的处理措施。

实用新型内容

本申请提供了一种智能电压故障检测装置，以解决现有技术中存在的过压检测周期长、响应慢、无法及时进行过压判断和检测的问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：

一种智能电压故障检测装置，所述智能电压故障检测装置包括：浪涌电压检测模块、操作过压检测模块、故障报警模块、MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)芯片、通信模块和电源模块，所述浪涌电压检测模块中设置有高速光耦，所述操作过压检测模块中设置有光耦，所述浪涌电压检测模块和操作过压检测模块分别与电网中的同一线路连接，所述浪涌电压检测模块通过所述高速光耦分别与故障报警模块及MCU芯片连接，所述操作过压检测模块通过所述光耦分别与故障报警模块及MCU芯片连接，所述MCU芯片还通过通信模块与主站连接，所述电源模块分别与操作过压检测模块、浪涌电压检测模块和故障报警模块连接。

可选地，所述智能电压故障检测装置中还设置有电源电压检测模块，所述电源电压检测模块的输入端与电源模块的输出端连接，所述电源电压检测模块的输出端与MCU芯片连接。

可选地，所述浪涌电压检测模块中包括有浪涌电压采样电路，所述浪涌电压采样电路中包括依次连接的压敏电阻、热敏电阻和比较器，所述比较器的输出端与高速光耦连接。

可选地，所述操作过压检测模块的监测电压范围为0-380V。

可选地，所述通信模块为微功率无线通信模块。

可选地，所述MCU芯片中设置有存储器，用于存储故障信息，所述故障信息包括：故障事件、故障发生时间以及故障性质。

可选地，所述电源模块中包括主电源和备用电源。

可选地，所述MCU芯片的型号为T3280。

本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本申请提供一种智能电压故障检测装置，该检测装置主要包括浪涌电压检测模块、操作过压检测模块、故障报警模块、MCU芯片、通信模块和电源模块六部分。浪涌电压检测模块中设置有高速光耦，操作过压检测模块中设置有光耦，浪涌电压检测模块和操作过压检测模块分别与电网中的同一线路连接，浪涌电压检测模块通过高速光耦分别与故障报警模块及MCU芯片连接，操作过压检测模块通过光耦分别与故障报警模块及MCU芯片连接，MCU芯片还通过通信模块与主站连接，电源模块分别与操作过压检测模块、浪涌电压检测模块和故障报警模块连接。通过操作过压检测模块能够检测人工误操作产生的电压和/或电流信号；通过浪涌电压检测模块能够检测瞬态短时过电压；通过MCU芯片能够获取操作过压检测模块和浪涌电压检测模块的检测结果，根据设定的阈值对检测结果进行分析和判断，以及将判定为故障的信息通过通信模块传输至主站。本实施例中通过设置操作过压检测模块和浪涌电压检测模块，能够有针对性地分别检测电压值较小且持续时间较长的操作过压故障和电压值较大且瞬态的浪涌电压，分别通过光耦和高速光耦启动故障报警模块，从而实现快速、自动识别线路中的过压状况，便于后续及时对故障采取相应的处理措施，有利于缩短故障检测时间，提高故障检测效率。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。

为了更清楚地说明本申请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，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例所提供的一种智能电压故障检测装置的结构示意图；

图2为本申请实施例中电压故障检测的电路原理示意图；

图3为本申请实施例中MCU芯片的管脚示意图；

图4为本申请实施例中微功率无线通信模块的电路原理示意图；

图5为本申请实施例中电池的电路原理示意图；

图6为本申请实施例所提供的另一种智能电压故障检测装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

为了更好地理解本申请，下面结合附图来详细解释本申请的实施方式。

实施例一

参见图1，图1为本申请实施例所提供的一种智能电压故障检测装置的结构示意图。由图1可知，本实施例中的智能电压故障检测装置主要包括：浪涌电压检测模块、操作过压检测模块、故障报警模块、MCU芯片、通信模块和电源模块六个部分。浪涌电压检测模块中设置有高速光耦，操作过压检测模块中设置有光耦，浪涌电压检测模块和操作过压检测模块分别与电网中的同一线路连接，浪涌电压检测模块通过高速光耦分别与故障报警模块及MCU芯片连接，操作过压检测模块通过光耦分别与故障报警模块及MCU芯片连接，MCU芯片还通过通信模块与主站连接，电源模块分别与操作过压检测模块、浪涌电压检测模块和故障报警模块连接。

其中，操作过压检测模块用于检测人工误操作产生的电压和/或电流信号，操作过电压一般由人为的接线错误、仪器规格型号匹配错误等人为误操作造成。操作过压检测模块的监测电压范围小于等于400V，通常为0-380V，且操作过电压一般持续时间比浪涌电压长。本实施例可以通过设定操作过压检测模块的监测电压阈值进行电压检测，在实际应用中，当电压超过设定的监测电压阈值时，智能电压故障检测装置通过光耦启动故障报警模块进行报警。监测电压阈值的设置可以根据需要检测过压故障的设备来确定，能够在极宽的输入电压范围内设置监测电压阈值，设置灵活，有利于分析用电线路过压等级以及过压产生原因。

浪涌电压检测模块用于检测瞬态短时过电压。瞬态短时过电压一般为雷击过电压，该电压值较大且持续时间短暂，电压值通常为1000V-4000V。

操作过压检测模块的输入端和浪涌电压检测模块的输入端分别与电网中的同一线路连接。由于浪涌电压检测模块中高速光耦的响应级别为纳秒级，操作过压检测模块中普通光耦的响应级别为微秒级。当线路中过电压为0-380V时，线路中的过压故障为操作过电压故障，操作过压检测模块自动启动，浪涌电压检测模块检测不到该过电压；当线路中的过压故障为瞬态的浪涌电压时，浪涌电压检测模块快速启动故障报警，操作过压检测模块检测不到该过电压。

本实施例中操作过压检测模块利用半波整流电路控制光耦导通，进行过压检测，浪涌电压检测模块利用整流、滤波电路以及比较器控制高速光耦的导通，进行过压检测。其中，浪涌电压检测模块中包括一浪涌电压采样电路，该浪涌电压采样电路中包括依次连接的压敏电阻、热敏电阻和比较器，比较器的输出端与高速光耦连接。浪涌电压检测模块中设置有压敏电阻，压敏电阻的响应时间为纳秒级，配合高速光耦，当有浪涌电压时，浪涌电压检测模块能够迅速产生提示信号，压敏电阻和高速光耦的设置，能够极大地提高浪涌电压检测模块的检测效率，有利于提高整个智能电压故障检测装置的检测效率和准确性。

故障报警模块可以采用蜂鸣器，通过声音报警。本实施例中操作过压检测模块、浪涌电压检测模块的工作原理可以参见图2，图2为本申请实施例中电压故障检测的电路原理示意图，图2中VR3为压敏电阻。

由图2可知，本实施例中电压故障检测的原理和过程如下：

浪涌电压检测模块中，比较器的正输入端为预设的浪涌电压检测阈值，负输入端为实际浪涌电压。当线路通电工作时，浪涌电压检测模块经过整流、滤波后输出实际浪涌电压信号，比较器将实际浪涌电压值与浪涌电压检测阈值进行比较，如果实际浪涌电压值低于浪涌电压检测阈值，比较器输出高电平，高速光耦不导通，因此无法驱动故障报警模块，蜂鸣器不工作。当线路过压时，比较器负输入端的实际浪涌电压高于浪涌电压检测阈值，比较器输出低电平，比较器驱动高速光耦导通，高速光耦触发蜂鸣器报警。

操作过压检测模块是通过半波整流控制光耦导通。操作过压检测模块中的光耦为普通光耦，即图2中的光耦U17。在操作过压检测模块中，线路正常工作时处于正半周期，光耦U17的输入端为高电平，光耦U17输出低电平，无法驱动故障报警模块，即蜂鸣器不工作。当线路过压时，如果线路中存在过压保护装置，过压保护装置会切断线路从而保护用电设备防止过压损坏用电设备，此时操作过压检测模块处于负半周期，无半波整流信号，光耦U17的输入端接收低电平，光耦U17输出高电平信号，立即驱动蜂鸣器电路，蜂鸣器发声。

本实施例中的MCU芯片，用于获取操作过压检测模块和浪涌电压检测模块的检测结果，根据设定的阈值对检测结果进行分析和判断，以及将判定为线路异常的信息通过通信模块传输至主站。

操作过压检测模块和浪涌电压检测模块分别将检测到的操作过压和浪涌电压、浪涌电流传输给MCU芯片，MCU芯片根据预设的电压或电流阈值，对所获取的操作过压、浪涌电压和浪涌电流等信息进行分析和判断，确定线路是否有异常，当判定结果为线路异常时，将线路异常的信息通过通信模块上传至主站，主站获取到线路异常的信息后立即进行应答处理，如线路控制或负荷的投切等，从而在较短的时间内获取远程通信线路的工况。

进一步地，本实施例的MCU芯片还用于存储故障信息，所述故障信息包括：故障事件、故障发生时间以及故障性质。本实施例中的MCU芯片的管脚示意图详见图3，MCU芯片在本实施例中作为主控模块，主要执行分析、判断和存储等功能。本实施例中MCU芯片优选型号为：T3280。

本实施例中通信模块为微功率无线通信模块，微功率无线通信模块的电路原理图可以参见图4。由图4可知，微功率无线通信模块采用高性能扩频调制方式射频芯片，能够大幅提升同等传输速率下通信距离和通信的稳定可靠性。具有功耗低、通信距离远、通信稳定等特点，最远通信距离能达到1～3公里。通信模块采用微功率无线通信模块，有利于进一步提高电压故障检测的准确性和可靠性。

本实施例中的电源模块用于为操作过压检测模块、浪涌电压检测模块和故障报警模块供电，电源模块可以采用开关电源，开关电源的输入效率高，输入稳压范围宽，能够适用于25V至265V的电压范围。

进一步地，为提高供电的可靠性，本实施例的电源模块中设置有主电源和备用电源，正常情况下主电源能够输出VCC5.6V的电压，当主电源故障时启用备用电源，备用电源可以采用蓄电池，蓄电池作为辅助电源，确保智能电压故障检测装置能够正常运行。本实施例中备用电源的电路原理图可以参见图5。

综上所述，本实施例通过分别设置操作过压检测模块和浪涌电压检测模块，能够区分出线路过压是操作过压还是雷击等浪涌电压，能够为电压故障的处理提供有效而快速的指导。操作过压检测模块和浪涌电压检测模块的不同检测原理，使得该智能电压故障检测装置能够自动识别不同的线路过压状况，且该装置响应时间短，尤其是浪涌电压检测模块的响应时间在纳秒级，能够在用电线路切断之前检测出过压故障，大大提高了电压故障检测效率。

实施例二

在图1-图5所示实施例的基础之上参见图6，图5为本申请实施例所提供的另一种智能电压故障检测装置的结构示意图。由图6可知，本实施例中的智能电压故障检测装置中还包括有电源电压控制模块，用于检测电源模块的输出电压是否正常，电源电压检测模块的输入端与电源模块的输出端连接，电源电压检测模块的输出端与MCU芯片连接。

电源电压控制模块主要用于检测电源模块是否可以正常输出VDD5.5V电压，也就是检测电源模块输出的VDD5.5V电压是否一直存在。正常情况下，电源模块能够输出VDD5.5V的电压为浪涌电压检测模块、操作过压检测模块、故障报警模块以及电源电压检测模块供电。当线路发生过压时，电源模块会进行过压保护从而不能正常供电，如：为了保护智能电压故障检测装置中的比较器、MCU芯片等弱电模块不被损坏而停止供电。当线路断电时，电源电压检测模块将线路断电信息发送给MCU芯片，通过MCU芯片判断是线路正常断电还是操作过压或浪涌电压导致断电，同时判断是否启动报警，如果操作过压检测模块或浪涌电压检测模块的输出端电压异常，判定为操作过压或浪涌电压导致的异常断电，线路正常报警；如果操作过压检测模块和浪涌电压检测模块的输出端电压正常，判断为正常断电，MCU芯片控制故障报警模块不发出故障报警。

在实际应用中采用本申请中的智能电压故障检测装置，可以设计为智能电压故障检测仪。例如：检测仪主要由接线端子排和逻辑板两部分组成，逻辑板上设置：通信模块、电源电压控制模块、MCU主控芯片，蜂鸣器、浪涌电压检测模块、操作过压检测模块、以及开关电源，其中，浪涌电压检测模块、操作过压检测模块、开关电源这三种模块接到电网的220V线路中。

该实施例未详细描述的部分可以参照图1-图5所示的实施例一，两个实施例之间可以互相参照，在此不再赘述。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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 (8)

1.一种智能电压故障检测装置，其特征在于，所述智能电压故障检测装置包括：浪涌电压检测模块、操作过压检测模块、故障报警模块、MCU芯片、通信模块和电源模块，所述浪涌电压检测模块中设置有高速光耦，所述操作过压检测模块中设置有光耦，所述浪涌电压检测模块和操作过压检测模块分别与电网中的同一线路连接，所述浪涌电压检测模块通过所述高速光耦分别与故障报警模块及MCU芯片连接，所述操作过压检测模块通过所述光耦分别与故障报警模块及MCU芯片连接，所述MCU芯片还通过通信模块与主站连接，所述电源模块分别与操作过压检测模块、浪涌电压检测模块和故障报警模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种智能电压故障检测装置，其特征在于，所述智能电压故障检测装置中还设置有电源电压检测模块，所述电源电压检测模块的输入端与电源模块的输出端连接，所述电源电压检测模块的输出端与MCU芯片连接。

3.根据权利要求1所述的一种智能电压故障检测装置，其特征在于，所述浪涌电压检测模块中包括有浪涌电压采样电路，所述浪涌电压采样电路中包括依次连接的压敏电阻、热敏电阻和比较器，所述比较器的输出端与高速光耦连接。

4.根据权利要求1所述的一种智能电压故障检测装置，其特征在于，所述操作过压检测模块的监测电压范围为0-380V。

5.根据权利要求1所述的一种智能电压故障检测装置，其特征在于，所述通信模块为微功率无线通信模块。

6.根据权利要求1所述的一种智能电压故障检测装置，其特征在于，所述MCU芯片中设置有存储器，用于存储故障信息，所述故障信息包括：故障事件、故障发生时间以及故障性质。

7.根据权利要求1所述的一种智能电压故障检测装置，其特征在于，所述电源模块中包括主电源和备用电源。

8.根据权利要求1-7中任一所述的一种智能电压故障检测装置，其特征在于，所述MCU芯片的型号为T3280。