CN214201648U - 一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置 - Google Patents

一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置，包括故障监测终端，所述故障监测终端通过电缆连接有近端天线、远端天线；所述近端天线、远端天线用于监测架空线下不同高度的空间电磁波；所述故障监测终端通过电缆连接有通信天线，所述通信天线用于发射信号；所述故障监测终端通过电缆连接有太阳能电池板，所述太阳能电池板向整个故障监测终端供电。通过采用本装置，实现了架空线路故障预警，提高了运维人员的工作效率；通过对电力线路的运行状态实时监测，提高了电力系统线路监测自动化水平，做到了线路故障前有效预警，故障后快速定位及维修的效果；系统响应时间短，通信装置将分析结果在5秒内发送至管理人员。

Description

一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置
技术领域
本实用新型涉及输电领域，特别是涉及一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置。
背景技术
现有10kV架空线路的故障定位设备主要是暂态录波型故障指示器，主要通过采集10kV各相线路的电流信号，进行故障判断。通常故障指示器要全线路安装，即10kV线路从变电站出线上杆至末端，以及所有分支线路。另外安装间距一般为2-3个电线杆间距。
背景技术中存在的问题和缺陷：
对于目前大量使用的暂态录波型故障指示器使用中主要的问题如下：
1、电流采样频率为4kHz，不能采集到完整故障信号，对接地故障的判断只能达到60％的准确率。
2、安装数量大，一条10km的线路需要安装几十个故障指示器。
3、安装于10kV架空线上，对线路有一定压迫影响。
4、10kV线路电流低于5A时，故障指示器不能正常工作。
5、故障分析时，需要全线路上所有故障指示器进行综合数据分析才可获取到故障点大概位置区域(即2故障指示器之间区域)，无法准确定位至故障点。
实用新型内容
本实用新型的实用新型目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置，实现了架空线路故障预警，提高了运维人员的工作效率；通过对电力线路的运行状态实时监测，提高了电力系统线路监测自动化水平，做到了线路故障前有效预警，故障后快速定位及维修的效果；系统响应时间短，当架空线路发生故障产生行波信号后，近端/远端天线会在5S内将采集到的故障信号交于故障监测终端分析，通过4G模块将分析结果包括故障线路、故障波形及故障点位置发送至管理人员快速处理。
本实用新型采用的技术方案如下：
一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置，包括故障监测终端，所述故障监测终端通过电缆连接有近端天线、远端天线；所述近端天线、远端天线用于监测架空线下不同高度的空间电磁波；所述故障监测终端通过电缆连接有通信天线，所述通信天线用于发射信号；所述故障监测终端通过电缆连接有太阳能电池板，所述太阳能电池板向整个故障监测终端供电。
进一步地，本实用新型公开了一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置的优选结构，所述近端天线设置于所述故障监测终端的上方，所述远端天线设置于所述故障监测终端的下方，所述故障监测终端设置于所述架空线的下方。
进一步地，所述故障监测终端包括MCU，所述MCU连接有若干ADC模块，所述ADC模块均连接有信号调理模块；所述MCU连接有通信模块；所述MCU连接有电源管理模块，所述电源管理模块连接有蓄电池。
进一步地，所述近端天线通过电缆与所述信号调理模块的输入端信号相连，所述远端天线通过电缆与所述信号调理模块的输入端信号相连，所述信号调理模块的输出端与所述ADC模块的模拟输入端信号相连，所述ADC模块的数字信号输出端与所述MCU信号连接。
进一步地，所述信号调理模块包括带通滤波器，所述带通滤波器的输入端与所述近端天线或远端天线相连，所述带通滤波器的输出端连接有初级放大电路，所述初级放大电路的输出端连接有次级放大电路，所述次级放大电路的输出端通过直流隔离电路连接ADC模块。
进一步地，所述故障监测终端通过485接口与所述通信模块信号相连，所述通信模块为4G通信模块，所述通信天线为4G天线；所述4G通信模块的通信端子与所述4G天线电连接。
进一步地，所述近端天线、远端天线的结构相同，所述近端天线、远端天线是一个正方形线圈，所述线圈由导线绕制而成，所述线圈的边长20cm，线圈匝数为50匝。
进一步地，所述电源管理模块包括稳压电路，所述稳压电路的输入端电连接太阳能电池板，所述稳压电路的输出端连接有DC-DC转换模块，所述DC-DC转换模块的输出端向整个故障监测终端供电；所述稳压电路的输出端连接有充电管理模块，所述充电管理模块的输出端连接有蓄电池。
进一步地，所述太阳能电池板的输出端设置有保护电路，所述太阳能电池板通过保护电路与所述稳压电路的输入端电连接。
进一步地，所述蓄电池通过电缆连接有过放电控制电路，所述过放电控制电路的输出端与所述DC-DC转换模块的输入端电连接。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：
1.通过采用本装置，实现了架空线路故障预警，提高了运维人员的工作效率；通过对电力线路的运行状态实时监测，提高了电力系统线路监测自动化水平，做到了线路故障前有效预警，故障后快速定位及维修的效果；系统响应时间短，当架空线路发生故障产生行波信号后，近端/远端天线会在5S内将采集到的故障信号交于故障监测终端分析，通过4G模块将分析结果包括故障线路、故障波形及故障点位置发送至管理人员快速处理。
2.本装置的采样频率为10MHz，能够采集到完整的故障信号，对接地故障的判断达到100％的准确率；设备安装量小，一条10km的线路仅需安装两台设备；与线路无接触，不会对线路造成任何影响，也不会给电线带来压迫；供电方式为太阳能及蓄电池供电，不受线路影响；能够提供准确的故障点位置；响应速度快，系统能在极短的时间内上报故障信息，使管理人员快速分析处理经济性好。
附图说明
图1是本实用新型基于无线感应的架空线路故障定位装置的结构框图；
图2是本实用新型天线的等效电路图；
图3是本实用新型信号调理及AD转换电路原理图；
图4是本实用新型系统供电原理图；
图5是本实用新型故障监测终端连接4G模块原理图；
图6是本实用新型差分滤波示意图；
图7是本实用新型故障测距主要原理图；
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1：
如图1-图7所示，本实用新型公开了一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置的优选实施方式，在架空线路上，每隔5km安装装一台故障监测终端，其中近端天线靠近架空线路，位于故障监测终端上方，远端天线远离架空线路，位于故障监测终端下方，近端/远端天线通过同轴电缆连接至故障监测终端。
所述故障监测终端通过电缆连接有近端天线、远端天线；所述近端天线、远端天线用于监测架空线下不同高度的空间电磁波；所述近端天线设置于所述故障监测终端的上方，所述远端天线设置于所述故障监测终端的下方，所述故障监测终端设置于所述架空线的下方。所述近端天线、远端天线的结构相同，所述近端天线、远端天线是一个正方形线圈，所述线圈由导线绕制而成，所述线圈的边长20cm，线圈匝数为50匝。
所述故障监测终端包括MCU，所述MCU连接有若干ADC模块，所述ADC模块均连接有信号调理模块；所述MCU连接有通信模块；所述MCU连接有电源管理模块，所述电源管理模块连接有蓄电池。
所述故障监测终端通过电缆连接有通信天线，所述通信天线用于发射信号；所述故障监测终端通过485接口与所述通信模块信号相连，所述通信模块为4G通信模块，所述通信天线为4G天线；所述4G通信模块的通信端子与所述4G天线电连接。
所述近端天线通过电缆与所述信号调理模块的输入端信号相连，所述远端天线通过电缆与所述信号调理模块的输入端信号相连，所述信号调理模块的输出端与所述ADC模块的模拟输入端信号相连，所述ADC模块的数字信号输出端与所述MCU信号连接。所述信号调理模块包括带通滤波器，所述带通滤波器的输入端与所述近端天线或远端天线相连，所述带通滤波器的输出端连接有初级放大电路，所述初级放大电路的输出端连接有次级放大电路，所述次级放大电路的输出端通过直流隔离电路连接ADC模块。
所述故障监测终端通过电缆连接有太阳能电池板，所述太阳能电池板向整个故障监测终端供电。所述电源管理模块包括稳压电路，所述稳压电路的输入端电连接太阳能电池板，所述稳压电路的输出端连接有DC-DC转换模块，所述DC-DC转换模块的输出端向整个故障监测终端供电；所述稳压电路的输出端连接有充电管理模块，所述充电管理模块的输出端连接有蓄电池。
所述太阳能电池板的输出端设置有保护电路，所述太阳能电池板通过保护电路与所述稳压电路的输入端电连接。所述蓄电池通过电缆连接有过放电控制电路，所述过放电控制电路的输出端与所述DC-DC转换模块的输入端电连接。
具体使用时，当发生线路故障时，近端天线、远端天线将采集到故障信号传入故障监测终端，近端天线和远端天线将采集到的电磁波信号送入故障监测终端，首先经过信号调理电路，信号经过滤波、放大、跟随等电路处理，有ADC模块进行模数转换，将数据送入MCU中进行分析。线路上相邻的两个故障监测终端会对故障信号进行分析，利用双端测距原理计算故障点位置，故障监测终端将近、远端天线采集的电磁波放入信号调理模块进行放大滤波处理，保留500kHz-2MHz的信号；然后通过ADC模块进行数字化梳理，其ADC采样频率为10MHz，可保持信号完整性；之后将数字化的2路信号传送至MCU进行数据处理，MCU首先对2路信号进行差分分析，筛选出10kV架空线路的行波辐射信号后，进行故障判断；若发现为故障波形则通过通信模块将故障发生时100个周波信号发送至后台。
系统主电源为蓄电池，太阳能电池板通过电源管理模块对电池进行充电，同时终端也通过电源管理模块进行供电。当太阳能供电功率足够时，会优先通过电源管理模块为故障监测终端进行供电并对蓄电池进行充电；当太阳能功率不足时，蓄电池会为故障监测终端进行供电，同时，太阳能通过充电芯片为蓄电池充电。
当架空线路某点发生故障时，会产生行波，行波以故障点为起点，向线路两侧传输，通过两端的故障检测终端采集到信号的时间差以及线路两端的总长度，已知行波在架空线路的传播速度为260m/s，从而可计算出故障点的位置。
结合双端测距原理，故障点距离计算公式如下：
DMF＝[L+v(TM-TN)]/2
DNF＝[L-v(TM-TN)]/2
如图7中，中DMF是中线缆M端和故障点F的距离，DNF是中线缆N端和故障点F的距离，L是线缆总程度(即DMF+DNF),v是行波在架空线路中传播速度为260m/s，TM是故障行波到达线缆M端的时间，TN是故障行波到达线缆N端的时间。
当故障监测终端分析完故障信号，计算出故障点的位置后，通过4G模块将数据发送至后台，通过告警弹窗的方式将故障点位置通知管理人员，使管理人员尽快找到故障点并消除故障。
这样，通过设置本装置，实现了架空线路故障预警，提高了运维人员的工作效率；通过对电力线路的运行状态实时监测，提高了电力系统线路监测自动化水平，做到了线路故障前有效预警，故障后快速定位及维修的效果；系统响应时间短，当架空线路发生故障产生行波信号后，近端/远端天线会在5S内将采集到的故障信号交于故障监测终端分析，通过4G模块将分析结果包括故障线路、故障波形及故障点位置发送至管理人员快速处理。
采样频率为10MHz，能够采集到完整的故障信号，对接地故障的判断达到100％的准确率；设备安装量小，一条10km的线路仅需安装两台设备；与线路无接触，不会对线路造成任何影响，也不会给电线带来压迫；供电方式为太阳能及蓄电池供电，不受线路影响；能够提供准确的故障点位置；响应速度快，系统能在极短的时间内上报故障信息，使管理人员快速分析处理经济性好。
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作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置，其特征在于：包括故障监测终端，所述故障监测终端通过电缆连接有近端天线、远端天线；所述近端天线、远端天线用于监测架空线下不同高度的空间电磁波；所述故障监测终端通过电缆连接有通信天线，所述通信天线用于发射信号；所述故障监测终端通过电缆连接有太阳能电池板，所述太阳能电池板向整个故障监测终端供电。
2.如权利要求1所述的一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置，其特征在于：所述近端天线设置于所述故障监测终端的上方，所述远端天线设置于所述故障监测终端的下方，所述故障监测终端设置于所述架空线的下方。
3.如权利要求2所述的一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置，其特征在于：所述故障监测终端包括MCU，所述MCU连接有若干ADC模块，所述ADC模块均连接有信号调理模块；所述MCU连接有通信模块；所述MCU连接有电源管理模块，所述电源管理模块连接有蓄电池。
4.如权利要求3所述的一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置，其特征在于：所述近端天线通过电缆与所述信号调理模块的输入端信号相连，所述远端天线通过电缆与所述信号调理模块的输入端信号相连，所述信号调理模块的输出端与所述ADC模块的模拟输入端信号相连，所述ADC模块的数字信号输出端与所述MCU信号连接。
5.如权利要求4所述的一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置，其特征在于：所述信号调理模块包括带通滤波器，所述带通滤波器的输入端与所述近端天线或远端天线相连，所述带通滤波器的输出端连接有初级放大电路，所述初级放大电路的输出端连接有次级放大电路，所述次级放大电路的输出端通过直流隔离电路连接ADC模块。
6.如权利要求5所述的一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置，其特征在于：所述故障监测终端通过485接口与所述通信模块信号相连，所述通信模块为4G通信模块，所述通信天线为4G天线；所述4G通信模块的通信端子与所述4G天线电连接。
7.如权利要求6所述的一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置，其特征在于：所述近端天线、远端天线的结构相同，所述近端天线、远端天线是一个正方形线圈，所述线圈由导线绕制而成，所述线圈的边长20cm，线圈匝数为50匝。
8.如权利要求7所述的一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置，其特征在于：所述电源管理模块包括稳压电路，所述稳压电路的输入端电连接太阳能电池板，所述稳压电路的输出端连接有DC-DC转换模块，所述DC-DC转换模块的输出端向整个故障监测终端供电；所述稳压电路的输出端连接有充电管理模块，所述充电管理模块的输出端连接有蓄电池。
9.如权利要求8所述的一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置，其特征在于：所述太阳能电池板的输出端设置有保护电路，所述太阳能电池板通过保护电路与所述稳压电路的输入端电连接。
10.如权利要求9所述的一种基于无线感应的10kV架空线故障定位装置，其特征在于：所述蓄电池通过电缆连接有过放电控制电路，所述过放电控制电路的输出端与所述DC-DC转换模块的输入端电连接。
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