CN217467067U - 一种环网柜单相接地故障选线装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种环网柜单相接地故障选线装置，包括模拟量采集模块、信号处理及存储模块和中央处理模块，模拟量采集模块用于采集高频暂态行波电流信号并转化为数字信号传输至信号处理及存储模块，信号处理及存储模块用于检测高频暂态行波的数字信号的方向和幅值并传输至中央处理模块，中央处理模块用于接收高频暂态行波数字信号的方向和幅值并进行比较获得结果，根据结果确认故障线路信息并将故障线路信息传输至通信模块。本实用新型采用实时采集环网柜各条进出线的高频暂态行波电流信号，并通过比较各条线路高频暂态行波电流的方向和幅值，形成查找故障线路的判据来确定故障线路，操作更方便、且准确性更高、检测速度更快。

Description

一种环网柜单相接地故障选线装置

技术领域

本实用新型涉及单相接地故障检测技术领域，尤其涉及一种环网柜单相接地故障选线装置。

背景技术

我国的配电系统大多为小电流接地系统，配网线路点多面广，分支线较多，当发生单相接地故障时，由于变电站消弧线圈补偿作用，变电站保护装置及配电自动化终端设备经常发生误判、错判、漏判等现象，严重影响供电可靠性。其次，目前的单相接地故障选线装置利用暂态法大多使用在变电站选线，即在变电站内选出故障线路，但是变电站出线后就是配网线路，配网线路上有很多环网柜节点，一个环网柜所带多条馈出线，配套环网柜上使用的站所终端及故障指示器等配电自动化终端设备利用传统的零序电流有效值来判断单相接地故障，准确性不高，故障出现在哪条线路上仍然无法确定和查找，导致目前供电公司故障查找时间长，运维工作量繁重，严重影响供电可靠性。

发明内容

为解决上述背景技术中涉及的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种操作方便且耗时短、准确率高的环网柜单相接地故障选线装置，该装置基于高频暂态行波法实现故障选线，能降低运维成本，提高配电网的整体供电可靠性。

本实用新型采用如下的技术方案：一种环网柜单相接地故障选线装置，包括壳体，所述壳体内设置有模拟量采集模块、信号处理及存储模块、中央处理模块、通信模块和电源模块，其中，所述模拟量采集模块通过同轴电缆与安装在环网柜的每条线路上的高频电流传感器连接，用于采集所述每条线路上产生的高频暂态行波电流信号并转化为数字信号传输至所述信号处理及存储模块，所述模拟量采集模块包括与每个所述高频电流传感器依次对应连接的过压保护单元、信号调理单元和模数转换器；所述信号处理及存储模块采用可编程逻辑门阵列芯片，内置有静态存储单元和同步时钟编码单元和可编程逻辑单元，所述静态存储单元用于存储所述模拟量采集模块传输的每条线路产生的所述高频暂态行波数字信号，所述同步时钟编码单元用于向所述可编程逻辑单元发送时间基准信号以对每条线路产生的所述高频暂态行波数字信号进行时间戳标记，所述可编程逻辑单元用于检测每条线路产生的所述高频暂态行波的数字信号的方向和幅值并传输至所述中央处理模块；所述中央处理模块采用DSC芯片，用于接收所述信号处理及存储模块传输的所述每条线路的高频暂态行波数字信号的方向和幅值并进行比较获得结果，根据所述结果确认故障线路信息并将所述故障线路信息传输至所述通信模块；所述通信模块用于接收所述故障线路信息并将其传输至远程主站，所述通信模块包括与所述远程主站连接的远程通信网口。

作为优化方案，还包括与所述中央处理单元连接的故障显示模块，所述故障显示模块包括设置在所述壳体上的液晶显示屏和指示灯组。

作为优化方案，还包括与所述中央处理单元连接的操作模块，所述操作模块包括设置在所述壳体上的操作键组。

作为优化方案，所述通信模块还包括调试接口，所述调试接口用于与外部调试计算机连接。

作为优化方案，所述故障显示模块、操作模块与所述中央处理单元通过高速光耦合器进行连接。

作为优化方案，所述壳体侧边设有用于所述模拟量采集模块与同轴电缆连接的接线端子。

作为优化方案，所述壳体上还设置有网卡插槽。

作为优化方案，所述壳体采用不锈钢材质制成。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

本实用新型的环网柜单相接地故障选线装置，采用实时采集环网柜各条进出线路的高频暂态行波电流信号，并通过比较各条进出线路高频暂态行波电流的方向和幅值，形成查找故障线路的判据来确定故障线路，即可实现环网柜故障选线，操作更方便、且准确性更高、检测速度更快。

本实用新型的环网柜单相接地故障选线装置，不受配网系统接地方式的影响，也不受接地故障性质的影响，原理简单可靠，同时，该装置无需停电安装，占地空间小，实施更便捷。

附图说明

图1为本实用新型环网柜单相接地故障选线装置实施例的内部结构示意图；

图2为本实用新型环网柜单相接地故障选线装置实施例的外部结构示意图；

图3为本实用新型环网柜单相接地故障选线装置的使用状态图；

图4为本实用新型环网柜单相接地故障选线装置的原理示意图；

其中，1-壳体、2-模拟量采集模块、21-过压保护单元、22-信号调理单元、23-模数转换器、3-信号处理及存储模块、31-静态存储单元、32-同步时钟编码单元、33-可编程逻辑单元、4-中央处理模块、5-通信模块、51-远程通信网口、52-调试接口、53-网卡插槽、6-电源模块、7-同轴电缆、8-故障显示模块、81-液晶显示屏、82-指示灯组、9-操作模块、91-操作键组、10-高速光耦合器、11-接线端子、12-远程主站、13-高频电流传感器、14-二次监控屛柜。

具体实施方式

以下，为了便于本领域技术人员理解本实用新型技术方案，现参照附图来做进一步说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。

在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本实用新型实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。

应当知道，在环网柜中通常存在多条进出线路，当某条线路发生单相故障时，在故障线路的故障点处会突然施加一个电压源，在该电压源的作用下，故障点将产生向母线运动的高频暂态行波，并在母线处发生折反射。由于母线上接有该环网柜的所有进出线路，行波反射非常强烈。其中，故障线路上的行波最强，它是来自于故障点的初始反向行波和反射后改变了方向的前行波的和，而其它非故障线路上的行波是来自于故障点和故障线路上的行波折射分量，而且仅有这一个分量。所以，幅值很小，方向也和故障线路相反，如图4所示，为本实用新型环网柜单相接地故障选线装置的原理示意图，假设某种环网柜为2进4出环网柜，线路A为环进线，线路B为环出线，线路C、线路D、线路E、线路F为馈出线，当线路D发生单相接地故障时，线路上会产生高频暂态行波向线路末端及母线传播，此时，Id电流的方向为线路流向母线，Ia，Ib，Ic，Ie，If电流方向均为母线流向线路。假设线路流向母线的方向为正方向，则Id电流的方向为正方向，Ia，Ib，Ic，Ie，If电流的方向为反方向，且Ia，Ib，Ic，Id，Ie，If的幅值也会存在如下大小关系：Id>Ia；Id>Ib；Id>Ic；Id>Ie；Id>If。此时，记录每个线路的电流行波，其中幅值最大、方向和其它线路行波方向相反者，也即本例中的线路D就是故障线路。本实用新型正是利用了故障线路和非故障线路行波幅值和方向的差别这一特征，形成查找环网柜的故障线路的判据，可以方便找到环网柜故障线路，提高准确性和速度。

请参阅图1，为本实用新型环网柜单相接地故障选线装置实施例的内部结构示意图，环网柜单相接地故障选线装置包括壳体1，壳体1内设置有模拟量采集模块2、信号处理及存储模块3、中央处理模块4、通信模块5和电源模块6，其中，模拟量采集模块2通过同轴电缆7与安装在环网柜的每条线路上的高频电流传感器13连接，用于采集每条线路上产生的高频暂态行波电流信号并转化为数字信号传输至信号处理及存储模块3，同轴电缆7为屏蔽双绞线，外敷设有铜屏蔽层，可以有效的防止信号在传输时产生的电磁干扰及衰减现象，具有较好的抗电磁干扰的效果。本实施例中，模拟量采集模块2包括与每个高频电流传感器13依次对应连接的过压保护单元21、信号调理单元22和模数转换器23，其中，过压保护单元21可将设备中的电压范围保持在12V左右,过压保护单元21的稳压部分可采用7805三端稳压器加接扩流三极管组成，其调整端电位可采用一稳压二极管和发光二极管串联压降抬高，过压保护可采用可控硅短路电源的方式迫使熔断器迅速熔断而保护后级电路安全，熔断时间为1～3微秒。信号调理单元22则将经过过压保护单元21传输的±3～5V的电压信号转化为±2～3mA的电流信号。模数转换器23可采用型号为AD9252的模数转换器，内置片内采样保持电路，具有价格低、功耗低、尺寸小和易用性等优点。当然，也可以采用其他型号的模数转换器，只要满足需求即可。

本实施例中，信号处理及存储模块3采用可编程逻辑门阵列芯片，用于对数字信号进行预处理和预运算，信号处理及存储模块3内置有静态存储单元31、同步时钟编码单元32和可编程逻辑单元33，静态存储单元31用于存储模拟量采集模块2传输的每条线路产生的高频暂态行波数字信号，同步时钟编码单元32用于向可编程逻辑单元33发送时间基准信号以对每条线路产生的高频暂态行波数字信号进行时间戳标记，时间基准信号是每秒脉冲信号，每秒脉冲信号可以来自于GPS全球定位系统，可编程逻辑单元33用于检测每条线路产生的高频暂态行波的数字信号的方向和幅值并传输至中央处理模块4进行进一步的数据运算和处理，本实施例中采用XC7Z020型号的FPGA，该FPGA能反复使用，无需专门的编程器，具有抗辐射、耐高低温、低功耗和速度快的优点。

本实施例中，中央处理模块4采用DSC芯片，用于接收信号处理及存储模块3传输的每条线路产生的高频暂态行波数字信号的方向和幅值并进行比较获得结果，根据结果确认故障线路信息并将故障线路信息传输至通信模块5，这里说的结果即为各线路中对应的高频暂态行波幅值最大、方向和其它线路行波方向相反的线路信息。

本实施例中，通信模块5用于接收故障线路信息并将其传输至远程主站12，通信模块5包括与远程主站12连接的远程通信网口51，本实施例中，远程通信网口51可采用RJ45网口与远程主站12系统相连。另外，通信模块5还可以包括调试接口52，调试接口52用于与外部调试计算机连接，用于对本装置进行程序安装或定值参数设定。

请参阅图2，为本实用新型环网柜单相接地故障选线装置实施例的外部结构示意图，在本实施例中，包括壳体1，还可以包括故障显示模块8，故障显示模块8与中央处理模块4连接，故障显示模块8包括设置在壳体1上的液晶显示器81和指示灯组82。液晶显示屏81用于进行人机交互，实时向操作者反映本装置的运行状态、电源模块6的运行状态的信息，指示灯组82可包含但不限于以下的几种灯型，如状态指示灯、电源指示灯、通信指示灯、故障指示灯、运行指示灯，用于向操作者反馈本装置的使用状态信息及对应的故障线路的序号。

本实施例中，还包括与中央处理模块4连接的操作模块9，操作模块9包括设置在壳体1上的操作键组91，操作键组91可以为包含有“上、下、左、右，取消、确定”的操作按键，供操作者进行选择使用。

另外，在本实施例中，壳体1的侧边设有用于模拟量采集模块2与同轴电缆7连接的接线端子11，同时，在壳体1上还设置有用于进行网络通信的网卡插槽53，可以放置4G或5G无线通信卡，同时为增强整个装置整体结构的稳定性，壳体1也可以采用不锈钢材质制成。

请继续参阅图1，为保证数据通信的稳定性和抗干扰性，本实施例中，将中央处理模块4与故障显示模块8、操作模块9之间通过高速光耦合器10进行连接，高速光耦合器10可采用TLP112型号，当然，也可以采用其他适配的型号。

请参阅图3，为本实用新型环网柜单相接地故障选线装置的使用状态图，本装置G在使用时，将其安装在环网柜的二次监控屛柜14内，在环网柜的每条环进环出以及馈出线路上安装有高频电流传感器13，通过高频电流传感器13实时采集各条进出线的高频暂态行波电流信号，通过同轴电缆7线将采集的高频暂态行波电流信号传输到模拟量采集模块2，通过模拟量采集模块2将每条线路上产生的高频暂态行波电流信号并转化为数字信号传输至信号处理及存储模块3，通过信号处理及存储模块3将每条线路上产生的高频暂态行波电流信号进行时间戳标记，并检测每条线路产生的高频暂态行波的数字信号的方向和幅值同时传输至中央处理模块4，通过中央处理模块4对每条线路产生的高频暂态行波数字信号的方向和幅值并进行比较获得结果，根据结果确认故障线路信息并将故障线路信息传输至通信模块5。本实用新型环网柜单相接地故障选线装置利用暂态行波法，通过比较各条进出线的行波电流幅值和方向，即可准确判断出单相接地故障和故障线路，实现环网柜单相接地故障的判别和选线。操作更方便、且准确性更高、检测速度更快。本实用新型的环网柜单相接地故障选线装置，不受配网系统接地方式的影响，也不受接地故障性质的影响，原理简单可靠，同时，该装置无需停电安装，占地空间小，实施更便捷。

以上的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种环网柜单相接地故障选线装置，其特征在于，包括壳体(1)，所述壳体(1)内设置有模拟量采集模块(2)、信号处理及存储模块(3)、中央处理模块(4)、通信模块(5)和电源模块(6)，其中，

所述模拟量采集模块(2)通过同轴电缆(7)与安装在环网柜的每条线路上的高频电流传感器(13)连接，用于采集所述每条线路上产生的高频暂态行波电流信号并转化为数字信号传输至所述信号处理及存储模块(3)，所述模拟量采集模块(2)包括与每个所述高频电流传感器(13)依次对应连接的过压保护单元(21)、信号调理单元(22)和模数转换器(23)；

所述信号处理及存储模块(3)采用可编程逻辑门阵列芯片，内置有静态存储单元(31)、同步时钟编码单元(32)和可编程逻辑单元(33)，所述静态存储单元(31)用于存储所述模拟量采集模块(2)传输的每条线路产生的所述高频暂态行波数字信号，所述同步时钟编码单元(32)用于向所述可编程逻辑单元(33)发送时间基准信号以对每条线路产生的所述高频暂态行波数字信号进行时间戳标记，所述可编程逻辑单元(33)用于检测每条线路产生的所述高频暂态行波的数字信号的方向和幅值并传输至所述中央处理模块(4)；

所述中央处理模块(4)采用DSC芯片，用于接收所述信号处理及存储模块(3)传输的每条线路产生的所述高频暂态行波数字信号的方向和幅值并进行比较获得结果，根据所述结果确认故障线路信息并将所述故障线路信息传输至所述通信模块(5)；

所述通信模块(5)用于接收所述故障线路信息并将其传输至远程主站(12)，所述通信模块(5)包括与所述远程主站连接的远程通信网口(51)。

2.根据权利要求1所述的环网柜单相接地故障选线装置，其特征在于，还包括与所述中央处理模块(4)连接的故障显示模块(8)，所述故障显示模块(8)包括设置在所述壳体(1)上的液晶显示屏(81)和指示灯组(82)。

3.根据权利要求2所述的环网柜单相接地故障选线装置，其特征在于，还包括与所述中央处理模块(4)连接的操作模块(9)，所述操作模块(9)包括设置在所述壳体(1)上的操作键组(91)。

4.根据权利要求3所述的环网柜单相接地故障选线装置，其特征在于，所述通信模块(5)还包括调试接口(52)，所述调试接口(52)用于与外部调试计算机连接。

5.根据权利要求4所述的环网柜单相接地故障选线装置，其特征在于，所述故障显示模块(8)、操作模块(9)与所述中央处理模块(4)通过高速光耦合器(10)进行连接。

6.根据权利要求5所述的环网柜单相接地故障选线装置，其特征在于，所述壳体(1)侧边设有用于所述模拟量采集模块(2)与同轴电缆(7)连接的接线端子(11)。

7.根据权利要求6所述的环网柜单相接地故障选线装置，其特征在于，所述通信模块(5)还包括设置在所述壳体(1)上的网卡插槽(53)。

8.根据权利要求7所述的环网柜单相接地故障选线装置，其特征在于，所述壳体(1)采用不锈钢材质制成。

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