CN211603405U

CN211603405U - 一种电缆远传型故障指示器

Info

Publication number: CN211603405U
Application number: CN201921687391.3U
Authority: CN
Inventors: 宋彧
Original assignee: Shengxi Power Technology Co ltd
Current assignee: Shengxi Power Technology Co ltd
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2020-09-29
Anticipated expiration: 2029-10-10

Abstract

本实用新型涉及一种电缆远传型故障指示器，其特征在于，包括：通过电连接的采集单元和汇集单元，所述汇集单元为采集单元供电；所述采集单元包括A相采集单元、B相采集单元、C相采集单元、零序采集单元、显示面板表；所述汇集单元包括主控及MCU处理板、操作与显示面板、网络通信模块、电源管理模块。通过对现有技术中汇集单元与采集单元的改进，可以准确、快速的定位故障地点，并可以将故障工况和位置等相关信息传输到供电局相关平台，为故障的修复、恢复供电提供有效的帮助。

Description

一种电缆远传型故障指示器

技术领域

本实用新型涉及故障指示技术领域，更具体地说，涉及一种电缆远传型故障指示器。

背景技术

电力系统配电网络的供电方式很多采用地埋电缆供电。当线路发生短路或接地故障时，系统跳闸断电，此时要确定故障发生的准确位置有一定的难度。为了查找故障点，往往需要花费大量的人力和时间。现有设计中因为对采集单元部件防护等级的要求，必须对其整体灌胶密封，从而造成电池无法更换。一旦采集单元内部的电池耗尽，整个采集单元部件报废等。

因此，现有技术亟待有很大的进步。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述的缺陷，提供一种电缆远传型故障指示器，包括：通过电连接的采集单元和汇集单元，所述汇集单元为采集单元供电；所述采集单元包括A相采集单元、B相采集单元、C相采集单元、零序采集单元、显示面板表；所述汇集单元包括主控及MCU处理板、操作与显示面板、网络通信模块、电源管理模块。

优选地，所述汇集单元与采集单元采用单线1:n组网的通讯方式。

优选地，所述汇集单元与采集单元采用主从通信方式。

优选地，所述汇集单元为主，采集单元为从。

优选地，所述汇集单元与采集单元之间的通讯采用数字键控调幅方式。

优选地，通讯由汇集单元发起，需要通讯时，汇集单元停止向采集单元供电，让出双绞线供通讯使用。

优选地，所述汇集单元内部配置有开关电源。

优选地，所述开关电源输出3.6V和5V两路直流电源。

优选地，所述采集单元通过变压器从所述汇集单元取电。

优选地，当所述电缆远传型故障指示器在配电线路的电流>20A时，取电电流互感器感应输出电流，经电源管理模块输出最大13.6V直流电对蓄电池充电，同时为汇集单元提供电源；当配电线路的电流小于10A时，汇集单元的电源由后备电源蓄电池提供；当配电线路的电流大于10A，同时小于20A时，取电电流互感器感应输出电流，经电源管理模块输出13.6V 直流电，仅为汇集单元提供电源。

实施本实用新型的电缆远传型故障指示器，具有以下有益效果：由汇集单元为采集单元提供电源，舍弃了采集单元中的电池，提高了采集单元的使用寿命；采用交流变压器隔离2线1:n的通讯方式，简化了系统结构，降低了安装的工艺要求，提高了通讯的可靠性；方便系统汇集单元的扩容，原设计汇集单元可接入采集单元的容量与配备的光纤接口的数量有关，采用2线1:n的通讯方式，则可取消了这个限制；舍弃了大量的光纤及接口电路，使成本降低，具有较高的经济价值。通过对现有技术中汇集单元与采集单元的改进，可以准确、快速的定位故障地点，并可以将故障工况和位置等相关信息传输到供电局相关平台，为故障的修复、恢复供电提供有效的帮助。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1、现有现有技术中配电网络系统结构及故障指示器示意图。

图2、现有技术中电缆远传型故障指示器组成结构示意图。

图3、现有技术中塑料光纤通讯原理框图。

图4、现有技术中通讯电子线路原理图。

图5、本实用新型的电缆远传型故障指示器组成结构示意图。

图6、本实用新型的电缆远传型故障指示器工作原理框图。

图7、本实用新型的电缆远传型故障指示器汇集单元供电、通讯接口电路原理图。

图8、本实用新型的电缆远传型故障指示器采集单元供电、通讯接口电路原理图。

图9是本实用新型的电缆远传型故障指示器汇集单元供电电路原理图。

图10是本实用新型的电缆远传型故障指示器汇集单元供电电路中波点示意图。

图11是本实用新型的电缆远传型故障指示器采集单元供电电路原理图。

图12是数字键控调幅(ASK)通讯原理图。

图13为本实用新型的电缆远传型故障指示器采集单元调制电路。

图14为本实用新型的电缆远传型故障指示器汇集单元、采集单元解调电路。

图15为本实用新型的电缆远传型故障指示器供电、通讯接口时序图。

具体实施方式

图1为现有技术中配电网络系统结构及故障指示器示意图。图2为现有技术中电缆远传型故障指示器组成结构示意图。如图1、图2所示，变电站将输电线路的高电压(如：110KV、35KV等)转变为配电线路的电压等级 (如：10KV)经配电网络的地埋电缆输送到箱式变/环网柜/开关站。经分支或接续后，再送到下一级箱式变/环网柜/开关站，直至配电变压器，经变压输出400V电压供用户使用。

当配电线路某点如图1所示故障点发生短路或接地故障，故障线路电流将发生变化，并具有故障的特征。这些特征在故障点的前方和后方有明显的区别。

安装在每台箱式变/环网柜/开关站的故障指示器采集单元通过电流变送器(CT)采集线路的电流信息，根据判据算法判别是否满足故障特征，即可确定配电线路发生故障的区段。

电缆远传型故障指示器每线路分支安装1套采集单元。含：3只相采集单元、1只零序采集单元、1只显示面板表。每台箱式变/环网柜/开关站安装1台汇集单元。可接入1～12套采集单元。汇集单元与采集单元各部件之间采用Φ2mm塑料光纤通讯。现有技术中电缆远传型故障指示器组成结构示意如图2所示。当发生2相短路故障(如B、C相间短路)时，线路会出现很大的短路电流；同时因为该线路的保护装置动作而造成停电。相采集单元(如B、C相采集单元)采集到满足此特征的电流变化过程，即判断为短路故障发生。当发生单相接地故障(如B相接地)时，稳态后因线路分布电容和电感的存在造成三相电流不平衡。零序采集单元采集到零序电流大于预定值时，即判断为接地故障发生。采集单元判定有故障发生时，通过光纤通讯将故障的信息发送到汇集单元。汇集单元再将信息发送至调度端。相关人员即可快速知晓线路故障发生的时间、位置和故障性质。采集单元使用不可充电锂电池供电。汇集单元使用蓄电池或可充电锂电池供电。在没有低压电源的环网柜和开关站，采用电流互感器(CT)取电，经电流-电压转换后为电池充电。通常环网柜和开关站内没有低压电源，所以现有的产品采集单元线路板的电源采用电池供电。因为对采集单元部件防护等级的要求，必须对其整体灌胶密封，从而造成电池无法更换。这种设计的弊端是：一旦采集单元内部的电池耗尽，整个采集单元部件报废。

现有产品汇集单元与采集单元之间的通讯采用Φ2mm塑料光纤通讯。通信原理框图如图3所示。图3为现有技术中塑料光纤通讯原理框图。电子线路原理图如图4所示。图4为现有技术中通讯电子线路原理图。如图3、图4所示，接线复杂：如1台环网柜6条出线，每套采集单元需要8根光纤，则需要48根光纤连接；接线要求高：光纤两端需要切割平整，对接准确，密闭不透光；衰耗大：塑料光纤光传输衰耗大，当传输距离远时，可造成通讯误码率增大。

图5是本实用新型的电缆远传型故障指示器组成结构示意图。图6、本实用新型的电缆远传型故障指示器工作原理框图。如图5、图6所示，当进线线路电流>20A时，取电CT感应输出电流，经“充电管理及保护模块”输出最大13.6V直流电对蓄电池充电，同时为汇集单元提供电源。当线路电流小时，汇集单元的电源由后备电源蓄电池提供。

汇集单元内部配置的“开关电源”输出3.6V和5V两路平稳的直流电源。1路3.6V供MCU处理板及其他电路使用，另1路5V送“供电&通讯扩展板”在“供电控制线”的控制下，输出频率为512Hz的交流脉冲方波。脉冲方波经变量器隔离后，用双绞线送采集单元和显示面板表为其供电。

此512Hz交流电在采集单元侧经整流桥、电解电容器整流滤波后，再经线性稳压器(LDO)稳压，输出5V直流电为采集单元供电。采集单元还安装容量为0.5F的超级电容，可保证在交流断电时，仍可持续工作数分钟。

汇集单元与采集单元之间采用1:n“主-从”通讯方式。汇集单元为主，采集单元为从。通讯由汇集单元发起。在需要通讯时，汇集单元停止向采集单元供电。让出双绞线供通讯使用。

通讯采用数字键控调幅(ASK)方式。载频2978.909Hz，用270.8波特率 (BPS)的异步通讯脉冲波对其调制。在停止供电的间歇时间，经双绞线传输。

图7是本实用新型的电缆远传型故障指示器汇集单元供电、通讯接口电路原理图。图9是本实用新型的电缆远传型故障指示器汇集单元供电电路原理图。图10是本实用新型的电缆远传型故障指示器汇集单元供电电路中波点示意图。如图7、图9、图10所示，当Ctl_P和Ctl_M都为低电平时，MOS管Qh1～Qh4均不导通。变量器Th1无电流。当Ctl_P为高电平，Ctl_M 为低电平时，MOS管Qh3导通，Qh2-'G'为低，Qh2导通。变量器Th1中产生如图虚线箭头所示方向的电流Ip。当Ctl_M为高电平，Ctl_P为低电平时，则变量器Th1中产生的电流Im方向与Ip相反。交替的ITH1经变量器 TH1感应可为负载RL提供电源。汇集单元的调制电路与供电电路共用。在供电时，电路持续送512Hz的交流。通讯时供电停止，MCU处理器用数字算法软件计算波特率(BPS)为270.8Hz的异步串行通讯信号对载频2978.9Hz 方波以键控调幅(ASK)方式调制的波形输出。

图8是本实用新型的电缆远传型故障指示器采集单元供电、通讯接口电路原理图。图11是本实用新型的电缆远传型故障指示器采集单元供电电路原理图。如图8、图11所示，来自于汇集单元的交流电信号经变量器Tc1(1:2) 在整流桥Bc1“～”端产生约7V交流电压,经整流桥Bc1、Ec1整流滤波后，由Uc1线性稳压器(LDO)稳压。在稳压器输出端即可获得5V/最大200mA的电源。Csup为容量为0.5F的超级电容。用于在失电时保证采集单元可继续工作一段时间。

图12是数字键控调幅(ASK)通讯原理框图及波形。ASK调制解调方式相对简单。本实用新型采用数字调制方式，其原理框图及波形如图12所示。

采集单元的调制电路与汇集单元类似。电路原理与汇集单元调制电路相同。详细电路如图13所示，图13为本实用新型的电缆远传型故障指示器采集单元调制电路。平时，MCU处理器Uc0的引脚5为高电平、6为低电平。三极管Qc1、Qc2均截止。Tc1线圈无电流。

MCU处理器Uc0用数字算法软件计算波特率(BPS)为270.8Hz的异步串行通讯信号对载频2978.9Hz方波以键控调幅(ASK)方式调制的波形输出。即交替转换引脚5、6的电平，使得Qc1、Qc2的集电极产生相应的脉冲波形。隔直电容滤除直流分量，变量器Tc1线圈即有交流键控调幅(ASK)信号输入。

图14为本实用新型的电缆远传型故障指示器汇集单元、采集单元解调电路。汇集单元与采集单元的解调电路相同。以采集单元为例，详细电路如图14所示，键控调幅(ASK)信号由Tc1变量器输入。经Rc1、Cc1组成一阶的低通滤波器滤波。滤波器的截止频率fo＝2KHz。当ASK幅度为“0”时，因信号的高、低频分量均接近0，滤波器输出低电平；ASK幅度为“1”时，滤波器滤除了频率为2978.9Hz的载频信号，直流分量(约为信号幅值的二分之一)保留。再经放大比较器放大送入比较器。比较器的基准电压设为1V。信号经比较器比较判决后，由逻辑电路“非门”整形输出，即可获得解调后的原异步串行通讯信号。

图15为本实用新型的电缆远传型故障指示器供电、通讯接口时序图。本实用新型的电缆远传型故障指示器由汇集单元向采集单元供电2400ms，停止100ms让出双绞导线。汇集单元依次发送查询40ms(270.8BPS,1Byte)，采集单元和显示面板表分别回复(270.8BPS,2Bytes)。总计时间500ms。汇集单元对多条配网线路的采集单元、面板表的供电和通讯可以同时进行。

本实用新型通过以上实施例的设计，可以达到的有益效果是：由汇集单元为采集单元提供电源，舍弃了采集单元中的电池，提高了采集单元的使用寿命；采用交流变压器隔离2线1:n的通讯方式，简化了系统结构，降低了安装的工艺要求，提高了通讯的可靠性；方便系统汇集单元的扩容，原设计汇集单元可接入采集单元的容量与配备的光纤接口的数量有关，采用2线1:n的通讯方式，则可取消了这个限制；舍弃了大量的光纤及接口电路，使成本降低，具有较高的经济价值。通过对现有技术中汇集单元与采集单元的改进，可以准确、快速的定位故障地点，并可以将故障工况和位置等相关信息传输到供电局相关平台，为故障的修复、恢复供电提供有效的帮助。

本实用新型是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本实用新型范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本实用新型技术的特定场合，可对本实用新型进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本实用新型并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

Claims

1.一种电缆远传型故障指示器，其特征在于，包括：通过电连接的采集单元和汇集单元，所述汇集单元为采集单元供电；所述采集单元包括A相采集单元、B相采集单元、C相采集单元、零序采集单元、显示面板表；所述汇集单元包括主控及MCU处理板、操作与显示面板、网络通信模块、电源管理模块。

2.根据权利要求1所述的电缆远传型故障指示器，其特征在于，所述汇集单元与采集单元采用单线1:n组网的通讯方式。

3.根据权利要求1所述的电缆远传型故障指示器，其特征在于，所述汇集单元与采集单元采用主从通信方式。

4.根据权利要求3所述的电缆远传型故障指示器，其特征在于，所述汇集单元为主，采集单元为从。

5.根据权利要求3所述的电缆远传型故障指示器，其特征在于，所述汇集单元与采集单元之间的通讯采用数字键控调幅方式。

6.根据权利要求4所述的电缆远传型故障指示器，其特征在于，通讯由汇集单元发起，需要通讯时，汇集单元停止向采集单元供电，让出双绞线供通讯使用。

7.根据权利要求1所述的电缆远传型故障指示器，其特征在于，所述汇集单元内部配置有开关电源。

8.根据权利要求7所述的电缆远传型故障指示器，其特征在于，所述开关电源输出3.6V和5V两路直流电源。

9.根据权利要求1所述的电缆远传型故障指示器，其特征在于，所述采集单元通过电流互感器从10KV配电线路取电。

10.根据权利要求9所述的电缆远传型故障指示器，其特征在于，当所述配电线路的电流>20A时，取电电流互感器感应输出电流，经电源管理模块输出最大13.6V直流电对蓄电池充电，同时为汇集单元提供电源；当所述配电线路的电流小于10A时，汇集单元的电源由后备电源蓄电池提供；当所述配电线路的电流大于10A，同时小于20A时，取电电流互感器感应输出电流仅为汇集单元提供电源。