CN210894484U - 一种低压故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低压故障检测装置，包括分别与线路连接的CT取电模块和电压传感模块，电压传感模块还分别连接有CT取电模块和数据处理模块；CT取电模块包括电流互感器、整流电路、控制开关电路以及电容，电流互感器与线路连接，整流电路分别与电流互感器、电压传感模块以及电容连接，用于将电流互感器取得的感应电流整流为直流电源，并直接对电压传感模块供电或对所述电容充电；控制开关电路分别与整流电路和电容连接，用于控制电容充电或放电的切换。通过CT取电模块进行取电供电，电压传感模块采集线路的电压信号传输至数据处理模块从而得到线路的故障信息，解决了现有的低压故障检测装置取电不便、测量精度不足以及成本高等问题。

Description

一种低压故障检测装置

技术领域

本实用新型涉及电力线路故障检测技术领域，尤其涉及一种低压故障检测装置。

背景技术

10kV配变台区至用户电表之间0.4kV供用电设备自动化水平一直较低，运行状态基本属于监控忙点。而0.4kV低压电网故障占比最大，设备故障信息只能通过客户报修95598工单得知，运维单位不能第一时间掌握停电范围、受影响用户数量及客户等具体情况，故障抢修率低。为解决该问题，目前利用台区终端设备和分支监测单元、主站系统现低压各分支线的故障监测与定位是一种行之有效的方法，然而现有的故障检测产品存在以下问题：

1、装置采用一次性干电池镍氢电池，为保障较长运行寿命，不支持实时测量，并且装置的寿命较短，导致故障检测装置取电不便以及使用成本高；

2、电流互感器获取的能量及其二次电压不稳定：能取到的能量的多少取决于取电CT的取电能力及电网负荷的大小，即电网电流的大小。在取电CT取电能力一定的情况下，在一次电流大的时候,获取的能量多,巨大的能量可能会导致装置烧毁；而在一次电流小的时候获取的能量小，则可能导致装置无法持续运行。

3、电流采集的精度低、范围小、传变特性较差，暂态量无法采集、大电流铁心饱和导致信号失真严重。

实用新型内容

本实用新型为解决现有的低压故障检测装置取电不便、测量精度不足以及成本高等问题，提供了一种低压故障检测装置。

为实现以上实用新型目的，而采用的技术手段是：

一种低压故障检测装置，包括分别与线路连接的CT取电模块和电压传感模块，所述电压传感模块还分别连接有所述CT取电模块和数据处理模块；

所述CT取电模块包括电流互感器、整流电路、控制开关电路以及电容，所述电流互感器与线路连接，所述整流电路分别与电流互感器、电压传感模块以及电容连接，用于将所述电流互感器取得的感应电流整流为直流电源，并直接对所述电压传感模块供电或对所述电容充电；所述控制开关电路分别与所述整流电路和电容连接，用于控制所述电容充电或放电的切换。

在上述方案中，通过CT取电模块进行取电供电，电压传感模块采集线路的电压信号传输至数据处理模块从而得到线路的故障信息，其中CT取电模块还可实现保护电容的充电过程并且管理电容的充电开关和充电电流。

优选的，所述电压传感模块包括与所述整流电路连接的分压电容，所述分压电容的上极板通过导体结构与线路连接，所述分压电容的下极板接地，所述分压电容的上极板还连接第一电压反馈电路和滤波电路，所述分压电容的下极板还连接第二电压反馈电路和所述滤波电路，所述第一电压反馈电路、第二电压反馈电路和滤波电路均与所述信号调理电路连接，所述信号调理电路与所述数据处理模块连接。在本优选方案中，第一电压反馈电路、第二电压反馈电路分别用于检测分压电容的高端电压和低端电压并反馈到信号调理电路，从而保证信号的完整性；滤波电路用于滤去整流输出电压中的波纹。

优选的，所述电压传感模块具体包括：第八电容～第十二电容、第八电阻～第十二电阻、第四二极管～第七二极管、仪表放大器；

第八电容的上极板通过导体结构与线路连接，所述第八电容依次与所述第九电容、第十电容并联，所述第十电容的一端与第四二极管的正极、第五二极管的负极、第八电阻的一端连接，所述第十电容的另一端与所述第十电阻的一端、第六二极管的正极、第七二极管的负极连接，所述第八电阻的另一端与第十一电容的一端、仪表放大器的第二端连接，所述第十电阻的另一端与第十二电容的一端、仪表放大器的第三端连接，所述第五二极管的正极与第十一电容的另一端、仪表放大器的第四端连接后接地，所述第七二极管的正极与第十二电容的另一端连接后接地，所述第九电阻的一端与仪表放大器的第四端连接，所述第九电阻的另一端与仪表放大器的第一端连接，所述仪表放大器的第六端与第十一电阻连接后与所述仪表放大器的第七端连接，所述仪表放大器的第七端与第十二电阻连接后与仪表放大器的输出端连接，所述第四二极管的负极、第六二极管的负极、仪表放大器的第五端均连接所述CT取电模块的电源输出端所述仪表放大器的输出端与所述数据处理模块连接。

优选的，所述CT取电模块包括电流互感器、整流电路、开关电路、控制电路以及电容，具体包括：

电流互感器、整流器、第一电容～第七电容、第一电阻～第七电阻、第一电容～第五电容、第一二极管、第二二极管、第一开关器、第二开关器、第一比较器、第二比较器；

所述整流器的一端与电流互感器连接，所述整流器的另一端分别与第一开关器的漏极、第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极分别与第三电阻的一端、第二开关器的源级、第三二极管的负极、第七电容的一端连接后作为所述CT取电模块的电源输出端，所述第一开关器的栅极分别与第一比较器的输出端、第一电阻的一端、第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与第一开关器的源级连接后接地，所述第一比较器的正极分别与第一电阻的另一端、第二电阻的一端以及第三电容连接后接地，所述第一比较器的负极与所述第二电容的一端连接后接地，所述第一比较器的负极还与第三电阻的另一端、第六电阻的一端、第四电阻的一端连接在一起后与第二比较器的负极连接，所述第四电阻的另一端与第二电阻的另一端、第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端接地，所述第二比较器的正极与所述第六电阻的另一端、第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端与第二比较器的输出端、第二开关器的栅极、第五电容的一端连接，所述第二开关器的漏极与第三二极管的另一端、第六电容、第五电容的另一端连接后接地，所述第七电容的另一端接地。

优选的，所述第六电容和第七电容均为超级电容。

优选的，所述数据处理模块采用MSP430单片机。

优选的，所述装置还包括与所述数据处理模块相连的无线通信模块，用于将所述数据处理模块输出的数据传输至后台终端。

优选的，所述电流互感器为隧道磁阻式电流互感器。

与现有技术相比，本实用新型技术方案的有益效果是：

本实用新型通过CT取电模块进行取电供电，其中设置电容并控制电容充放电的切换从而有控制地、稳定地对装置进行供电，解决了现有低压故障检测装置的取电问题；同时电压传感模块基于空间电容分压原理对导线的电压进行测量，保证了电压信号的精准度，从而提高了装置对于故障的测量精度。

附图说明

图1为实施例1中低压故障检测装置的电路框图。

图2为实施例1中电压传感模块的电路框图。

图3为实施例1中电压传感模块的具体电路图。

图4为实施例1中CT取电模块的具体电路图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种低压故障检测装置，如图1所示，包括分别与线路连接的CT取电模块1和电压传感模块2，所述电压传感模块2还分别连接有所述CT取电模块1和数据处理模块3，所述数据处理模块3还连接有无线通信模块4，用于将所述数据处理模块3输出的数据传输至后台终端；其中数据处理模块3采用MSP430单片机，电流互感器11为隧道磁阻式电流互感器11；

所述CT取电模块1包括电流互感器11、整流电路12、控制开关电路14以及电容，所述电流互感器11与线路连接，所述整流电路12分别与电流互感器11、电压传感模块2以及电容连接，用于将所述电流互感器11取得的感应电流整流为直流电源，并直接对所述电压传感模块2供电或对所述电容充电；所述控制开关电路14分别与所述整流电路12和电容连接，用于控制所述电容充电或放电的切换。

其中，如图2所示，所述电压传感模块2包括与所述整流电路12连接的分压电容，所述分压电容的上极板通过导体结构与线路连接，所述分压电容的下极板接地，所述分压电容的上极板还连接第一电压反馈电路和滤波电路，所述分压电容的下极板还连接第二电压反馈电路和所述滤波电路，所述第一电压反馈电路、第二电压反馈电路和滤波电路均与所述信号调理电路连接，所述信号调理电路与所述数据处理模块3连接。

其中，如图3所示，所述电压传感模块2具体包括：第八电容～第十二电容、第八电阻～第十二电阻、第四二极管～第七二极管、仪表放大器；

第八电容的上极板通过导体结构与线路连接，所述第八电容依次与所述第九电容、第十电容并联，所述第十电容的一端与第四二极管的正极、第五二极管的负极、第八电阻的一端连接，所述第十电容的另一端与所述第十电阻的一端、第六二极管的正极、第七二极管的负极连接，所述第八电阻的另一端与第十一电容的一端、仪表放大器的第二端连接，所述第十电阻的另一端与第十二电容的一端、仪表放大器的第三端连接，所述第五二极管的正极与第十一电容的另一端、仪表放大器的第四端连接后接地，所述第七二极管的正极与第十二电容的另一端连接后接地，所述第九电阻的一端与仪表放大器的第四端连接，所述第九电阻的另一端与仪表放大器的第一端连接，所述仪表放大器的第六端与第十一电阻连接后与所述仪表放大器的第七端连接，所述仪表放大器的第七端与第十二电阻连接后与仪表放大器的输出端连接，所述第四二极管的负极、第六二极管的负极、仪表放大器的第五端均连接所述CT取电模块的电源输出端，即3.3V；所述仪表放大器的输出端与所述数据处理模块3连接。

在本实施1中，电压传感模块2的第八电容～第十电容直接焊于PCB板上，用于分压后采样，采集到的电压信号经过滤波后接入至仪表放大器数模转换芯片，能顾消除共模干扰信号并实现放大功能，其参考电压是1.5V，使用仪表放大器能够加入1.5V的直流偏置，信号的放大比例通过第十一电阻和第十二电阻进行控制。

其中，如图4所示，所述CT取电模块1包括电流互感器11、整流电路12、开关电路、控制电路以及电容，具体包括：

电流互感器11、整流器、第一电容～第七电容、第一电阻～第七电阻、第一电容～第五电容、第一二极管、第二二极管、第一开关器、第二开关器、第一比较器、第二比较器；

所述整流器的一端与电流互感器11连接，所述整流器的另一端分别与第一开关器的漏极、第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极分别与第三电阻的一端、第二开关器的源级、第三二极管的负极、第七电容的一端连接后作为CT取电模块1的电源输出端，所述第一开关器的栅极分别与第一比较器的输出端、第一电阻的一端、第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与第一开关器的源级连接后接地，所述第一比较器的正极分别与第一电阻的另一端、第二电阻的一端以及第三电容连接后接地，所述第一比较器的负极与所述第二电容的一端连接后接地，所述第一比较器的负极还与第三电阻的另一端、第六电阻的一端、第四电阻的一端连接在一起后与第二比较器的负极连接，所述第四电阻的另一端与第二电阻的另一端、第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端接地，所述第二比较器的正极与所述第六电阻的另一端、第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端与第二比较器的输出端、第二开关器的栅极、第五电容的一端连接，所述第二开关器的漏极与第三二极管的另一端、第六电容、第五电容的另一端连接后接地，所述第七电容的另一端接地。

在本实施例1中，第六电容C6为储能超级电容，其容量为4000F，第七电容C7为启动超级电容，其容量为1F，其余第一电容～第五电容的容量均为0.1μF，本实施例1中CT取电模块1的工作过程具体如下：

1.快速启动主电路阶段：

初始第六电容C6和第七电容C7都处于空的状态，电压接近为0V，第一比较器U1A、第二比较器U1B输出端为低电平，第一开关器Q1和第二开关器Q2截止；当电流互感器11有电时，电流互感器11的二次电流经VI整流成直流电流后只能对容量为IF的启动超级第七电容C7充电；当启动超级第七电容C7的电压达到DCDC最低可工作电压0.3V时，DCDC启动电路建立正常工作电压，保证主电路电压传感模块2先行工作；

2.给第六电容C6充电阶段：

主电路电压传感模块2启动后，如果取电电流互感器11取出的电能还有剩余，这时第七电容C7的电压会持续上升，当第七电容C7电压达到2.58V时，第二比较器U1B输出端输出高电平，第二开关器Q2导通，从而对第六电容C6充电。由于第六电容C6的电压很低，因此第七电容C7的电压也被迅速拉下来，当第七电容C7的电压被拉到2.49V时，第二比较器U1B输出端恢复为低电平，第二开关器Q2截止，整流后的电流互感器11二次电流停止对第六电容C6充电，转而对第七电容C7继续充电；在第六电容C6被充电到2.58V之前，该过程会持续进行。在这个过程中，由于第七电容C7的电压一直远高于0.3V，因此DCDC—直为正常工作状态，从而保证了主电路的持续正常工作。

3.第六电容C6、第七电容C7同时充电阶段:

当第六电容C6的电压也达到2.58V时，第二比较器U1B的输出持续保持为高电平，因而第二开关器Q2也一直保持为导通状态，此时经过整流后的电流互感器11二次电流一同为第六电容C6和第七电容C7充电；只要电流互感器11的二次线圈有足够的能量，第六电容C6和第七电容C7的电压就会持续上升；

4.多余能量的泄放阶段：

当电容完全充满电后，也就是第六电容C6和第七电容C7的电压达到2.7V时，第一比较器U1A的输出端变为高电平，第一开关器Q1导通，电流互感器11的二次电流直接经整流器流回去，电流互感器11二次电压会降到很低，不再对第六电容C6和第七电容C7充电，此时仅由第六电容C6和第七电容C7为主电路供电，其电压会下降；当电压降到2.6V时，第一比较器U1A输出电平恢复为低电平，第一开关器Q1截止，电流互感器11的二次电流重新经整流器VI对第六电容C6和第七电容C7充电。只要电流互感器11的二次线圈有足够的能量，本阶段过程将一直持续进行下去，第六电容C6和第七电容C7两端的电压也会一直在2.6V和2.7V之间变化，处在一个动态的稳定过程中。

5.当电网负荷下降到一定程度，电流互感器11二次输出无法维持测量装置的正常工作所需要的电能时，则由第六电容C6和第七电容C7放电来补充装置的电能需要，直到电网负荷回升；当电流互感器11二次输出能量除了维持装置正常工作还有剩余时，又会重新进行第1阶段或第2阶段并为第六电容C6和第七电容C7充电。

本实施例1的低压故障检测装置可以安装在电力线路上，通过CT取电模块1进行取电并有控制地给装置的各个模块供电，增强了数据采集的稳定性以及正确率，数据处理模块3通过无线传感模块4实时采集线路的电压信号从而进行故障检测，数据还可通过无线通信模块4传输至后台终端如PC、手机等设备，便于保存和后续的分析。

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低压故障检测装置，其特征在于，包括分别与线路连接的CT取电模块和电压传感模块，所述电压传感模块还分别连接有所述CT取电模块和数据处理模块；

所述CT取电模块包括电流互感器、整流电路、控制开关电路以及电容，所述电流互感器与线路连接，所述整流电路分别与电流互感器、电压传感模块以及电容连接，用于将所述电流互感器取得的感应电流整流为直流电源，并直接对所述电压传感模块供电或对所述电容充电；所述控制开关电路分别与所述整流电路和电容连接，用于控制所述电容充电或放电的切换。

2.根据权利要求1所述的低压故障检测装置，其特征在于，所述电压传感模块包括与所述整流电路连接的分压电容，所述分压电容的上极板通过导体结构与线路连接，所述分压电容的下极板接地，所述分压电容的上极板还连接第一电压反馈电路和滤波电路，所述分压电容的下极板还连接第二电压反馈电路和所述滤波电路，所述第一电压反馈电路、第二电压反馈电路和滤波电路均与一信号调理电路连接，所述信号调理电路与所述数据处理模块连接。

3.根据权利要求1所述的低压故障检测装置，其特征在于，所述电压传感模块具体包括：第八电容～第十二电容、第八电阻～第十二电阻、第四二极管～第七二极管、仪表放大器；

第八电容的上极板通过导体结构与线路连接，所述第八电容依次与所述第九电容、第十电容并联，所述第十电容的一端与第四二极管的正极、第五二极管的负极、第八电阻的一端连接，所述第十电容的另一端与所述第十电阻的一端、第六二极管的正极、第七二极管的负极连接，所述第八电阻的另一端与第十一电容的一端、仪表放大器的第二端连接，所述第十电阻的另一端与第十二电容的一端、仪表放大器的第三端连接，所述第五二极管的正极与第十一电容的另一端、仪表放大器的第四端连接后接地，所述第七二极管的正极与第十二电容的另一端连接后接地，所述第九电阻的一端与仪表放大器的第四端连接，所述第九电阻的另一端与仪表放大器的第一端连接，所述仪表放大器的第六端与第十一电阻连接后与所述仪表放大器的第七端连接，所述仪表放大器的第七端与第十二电阻连接后与仪表放大器的输出端连接，所述第四二极管的负极、第六二极管的负极、仪表放大器的第五端均连接所述CT取电模块的电源输出端，所述仪表放大器的输出端与所述数据处理模块连接。

4.根据权利要求1所述的低压故障检测装置，其特征在于，所述CT取电模块包括电流互感器、整流电路、开关电路、控制电路以及电容，具体包括：

电流互感器、整流器、第一电容～第七电容、第一电阻～第七电阻、第一电容～第五电容、第一二极管、第二二极管、第一开关器、第二开关器、第一比较器、第二比较器；

所述整流器的一端与电流互感器连接，所述整流器的另一端分别与第一开关器的漏极、第一二极管的正极连接，所述第一二极管的负极分别与第三电阻的一端、第二开关器的源级、第三二极管的负极、第七电容的一端连接后作为所述CT取电模块的电源输出端，所述第一开关器的栅极分别与第一比较器的输出端、第一电阻的一端、第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与第一开关器的源级连接后接地，所述第一比较器的正极分别与第一电阻的另一端、第二电阻的一端以及第三电容连接后接地，所述第一比较器的负极与所述第二电容的一端连接后接地，所述第一比较器的负极还与第三电阻的另一端、第六电阻的一端、第四电阻的一端连接在一起后与第二比较器的负极连接，所述第四电阻的另一端与第二电阻的另一端、第五电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端接地，所述第二比较器的正极与所述第六电阻的另一端、第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端与第二比较器的输出端、第二开关器的栅极、第五电容的一端连接，所述第二开关器的漏极与第三二极管的另一端、第六电容、第五电容的另一端连接后接地，所述第七电容的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的低压故障检测装置，其特征在于，所述第六电容和第七电容均为超级电容。

6.根据权利要求1所述的低压故障检测装置，其特征在于，所述数据处理模块采用MSP430单片机。

7.根据权利要求1所述的低压故障检测装置，其特征在于，所述装置还包括与所述数据处理模块相连的无线通信模块，用于将所述数据处理模块输出的数据传输至后台终端。

8.根据权利要求1所述的低压故障检测装置，其特征在于，所述电流互感器为隧道磁阻式电流互感器。

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