CN2876796Y - 一种配电线路故障检测器 - Google Patents

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Abstract

一种配电线路故障检测器。该检测器包括连接在配电线路上的电压互感器、与电压互感器连接的瞬时检测电路、以及由配电线路供电的检测控制单元、与检测控制单元中的CPU连接的闭锁合闸单元。电压互感器与检测控制单元中的CPU之间连接有作为瞬时电压检测电路核心的(微功耗的)纳瓦级单片机。该纳瓦级单片机由电池供电。检测控制单元中的CPU的电源接入端连接有在电池和由配电线路供电的变压整流装置之间进行电源切换的电路。其优点是：采用自供电、纳瓦级微功耗、可靠性高，能在线路失电后长期工作；采用至少一个数据窗的计算方式，可以有效滤出雷击时出现的尖峰脉冲，灵敏度高、抗雷电干扰能力强；使用期内免维护、监控简单、性价比高、扩展性强。

Description

一种配电线路故障检测器
技术领域：
本实用新型涉及配电系统的故障检测装置。
背景技术：
在配电系统中，基于配电线路电压的故障检测方式得到了广泛应用。当配电线路发生永久性故障时，馈出线保护动作，一定时限后重合闸动作，重合于永久性故障点，保护后加速动作，此时会出现几个周波的残余电压，然后消失。出现的电压有明显的故障特征，称之为“瞬时电压”。一般的基于电压的故障检测装置，系统电源失去后，不能检测、判断瞬时电压；而采用储能方式记忆瞬时电压，又容易出现停电时间稍长而闭锁失效的情况，并且极容易受雷击影响出现误闭锁。因此，现有的故障检测器不能达到有效检测线路永久性故障，准确实现终端闭锁的功能。
实用新型内容：
本实用新型的目的在于提供一种在系统电源失去后，仍能检测、判断出瞬时电压；不会产生闭锁失效和误闭锁的配电线路故障检测器。
实现所述目的的是这样一种配电线路故障检测器。该检测器包括连接在配电线路上的电压互感器、与电压互感器连接的瞬时检测电路、以及由配电线路供电的检测控制单元、与检测控制单元中的CPU(在本案中，也称为主CPU)连接的闭锁合闸单元。其改进之处是，电压互感器与检测控制单元中的CPU之间连接有作为瞬时电压检测电路核心的(微功耗的)纳瓦级单片机——电压互感器的输出信号线直接与该纳瓦级单片机连接，该纳瓦级单片机通过串行通信芯片与检测控制单元中的CPU连接。该纳瓦级单片机由电池供电。检测控制单元中的CPU(主CPU)的电源接入端连接有电源切换电路，该电源切换电路的另两端中的一端与电池连接、其另一端与由配电线路供电的变压整流装置连接。其中，电池的电压为3.6V，变压整流装置的输出电压为3.3V。
进一步的特征是，纳瓦级单片机是PIC18F1220型单片机，串行通信芯片是MAX202E型芯片，该纳瓦级单片机的RX端和TX端分别与串行通信芯片的R21N端和T20UT对应连接。与电压互感器输出信号线连接的是该纳瓦级单片机的ANO端，该纳瓦级单片机的VDD端和VRFF+端并联后与所述电池连接、其VSS端接地、其OSC1端与OSC2端通过连接以晶振芯片为核心的晶振电路后接地。由于瞬时电压只能持续几个周波，故障检测器可能是在完全失电时检测瞬时电压，故采集电路采用最新的微功耗的纳瓦级单片机PIC18F1220，可以大大降低电源功耗，在休眠状态所需电流为0.1uA，电池采用普通的钮扣电池。
更进一步的特征是，检测控制单元中的CPU是TMS320LF2407型的DSP芯片，该DSP芯片的VCC端与由配电线路供电的变压整流装置连接、其GND端接地。电源切换电路包括电路开关三极管，该开关三极管的基极串联一个基极电阻后与该DSP芯片的IOPEO端连接，其发射极与由配电线路供电的变压整流装置连接、并通过一个接地电阻接地，其集电极与所述电池连接、该电池的负极接地。
检测器工作时(参考图1)，当互感器及其采集电路产生电压脉冲时，单片机被唤醒、对输入脉冲进行A/D转换，采集停电后出现的瞬时残余电压，再根据计算，确定带电时间判别是否瞬时电压，并将瞬时电压闭锁信息保存，等待主CPU查询。主CPU上电后，查询微功耗单片机确定是否有瞬时电压存在，并决定闭锁方式，以达到可靠闭锁开关设备，避免系统再次受到冲击，缩小停电损失的目的。
从方案披露及其检测过程的简单介绍中，可以看出本实用新型是基于瞬时电压检测的配电线路故障检测器，它在系统电源失去后，仍能检测、判断出瞬时电压；不会产生闭锁失效和误闭锁，与现有的配电故障检测装置相比有以下优点：
1、采用自供电、纳瓦级微功耗、可靠性高，能在线路失电后长期工作。
2、采用至少一个数据窗的计算方式，可以有效滤出雷击时出现的尖峰脉冲，灵敏度高、抗雷电干扰能力强。
3、使用期内免维护、监控简单、性价比高、扩展性强。
附图说明
图1——本实用新型的系统框图
图2——本实用新型的瞬时电压采集电路及与主CPU通信电路
图3——本实用新型的电源转换及闭锁控制和报警电路
具体实施方式
一种配电线路故障检测器(参考图2、3)，该检测器包括连接在配电线路上的电压互感器PT(见图1)、与电压互感器连接的瞬时检测电路、以及由配电线路供电的检测控制单元、与检测控制单元中的CPU(IC2)连接的闭锁合闸单元。在电压互感器与检测控制单元中的CPU(IC2)之间连接有作为瞬时电压检测电路核心的纳瓦级单片机IC1——电压互感器的输出信号线直接与该纳瓦级单片机IC1连接(即与该单片机的A/D输出口直接连接)，该纳瓦级单片机IC1通过串行通信芯片U6与检测控制单元中的CPU(IC2)连接，该纳瓦级单片机IC1由电池供电。也就是说，本配电线路故障检测器的瞬时电压检测单元由电压互感器PT、微功耗的纳瓦级单片机及其采集电路和电池组成。检测控制单元中的CPU(IC2)的电源接入端连接有电源切换电路，该电源切换电路的另两端中的一端与所述电池连接、其另一端与由配电线路供电的变压整流装置连接。电池的电压为3.6V，变压整流装置的输出电压为3.3V。
其中，与检测控制单元中的CPU(IC2)连接的闭锁合闸单元的驱动器(U10)是74LS245型的8位总线驱动器。该8位总线驱动器的A0端、A2端、A4端和A6端分别对应地连接在检测控制单元中的CPU(IC2)的OUT1端、OUT2端、OUT3端和OUT4端，其B0端、B2端、B4端和B6端分别连接闭锁机构LOCK、解锁机构UNLOCK、合闸机构CLOSE和显示设备LED——鉴于闭锁机构LOCK、解锁机构UNLOCK、合闸机构CLOSE和显示设备LED中，均是现有的装置，其中几个装置在现有的故障检测装置中就存在。故不赘述。
看了上述两个自然段所披露的具体实施方式后，本领域的技术人员完全能够正确地再现本实用新型了。故该部分也是以下各例的总述；在以下各例中，与该部分相同的内容不赘述。
实施例1(参考图2)：
本例是具体实施方式总述部分的基础上，涉及其中微功耗的纳瓦级单片机及其相关电路的更具体的实例。在本例中，纳瓦级单片机IC1是PIC18F1220型单片机，串行通信芯片U6是MAX202E型芯片。该纳瓦级单片机IC1的RX端和TX端分别与串行通信芯片U6的R2IN端和T2OUT对应连接；与电压互感器输出信号线连接的是该纳瓦级单片机IC1的ANO端，该纳瓦级单片机IC1的VDD端和VRFF+端并联后与3.6V的电池连接、该纳瓦级单片机的VSS端接地、该纳瓦级单片机的OSC1端与OSC2端通过连接以晶振芯片XL2为核心的晶振电路后接地——该晶振XL2为2MHz的振荡器，它的两接线脚分别连接在纳瓦级单片机的OSC1端与OSC2端，它的两接线脚与接地点之间分别各串联了一个15pF的滤波电容(C11、C12)。
实施例2(参考图2)：
本例是具体实施方式总述部分或实施例1的基础上，涉及其中串行通信芯片及其相关电路的更具体的实例。在本例中，串行通信芯片U6的VCC端与3.6V的电池连接、其V+端与该电池之间串联有一个电解电容C15；该串行通信芯片U6的GND端直接接地、其V-端串联了一个电解电容C16后接地：该串行通信芯片U6的C1+端与C1-端之间、C2+端与C2-端之间分别串联有各一个电解电容(C13、C14)。在本例中，四个电解电容(C13、C14、C15、C16)的参数均为0.1μF、24V。
实施例3(参考图3)：
本例是具体实施方式总述部分、实施例1或实施例2的基础上，涉及其中检测控制单元中的CPU(IC2)及其相关电路的更具体的实例。在本例中，检测控制单元中的CPU(IC2)是TMS320LF2407型的DSP芯片，该DSP芯片的VCC端与由配电线路供电的(输出电压3.3V)变压整流装置连接、其GND端接地；所述电源切换电路包括电路开关三极管Q2(本例的型号为SC9014)，该开关三极管Q2的基极串联一个基极电阻R78(在本例中，其阻值为4.7KΩ)后与该DSP芯片的IOPEO端连接，其发射极与由配电线路供电的变压整流装置连接、并通过一个接地电阻R79接地，其集电极与3.6V的电池连接、该电池的负极接地。
实施例3(参考图3)：
本例是具体实施方式总述部分、实施例1、实施例2或实施例3的基础上，涉及进一步改进的实例。在本例中，DSP芯片的CPU(IC2)连接有一个振钤单元，其振钤BELL的一端连接在3.6V的电池上、另一端连接在一个开关三极管Q1(本例的型号也为SC9014)的集电极上，该的开关三极管Q1的发射极接地，其基极串联一个基极电阻R67(在本例中，其阻值为4.7KΩ)后与该DSP芯片的IOPEO端连接。
如图一所示，正常运行时，检测控制单元中的CPU(IC2)由系统电源（3.3V，通过本领域的技术人员均能设计出的变压整流装置从配电线路上取得)供电。当Uab或Ubc任意一侧有电时，电池都不工作，节省电能。如果无唤醒脉冲，微功耗单片机IC1处于休眠状态，此时所需电流仅为0.1uA，由钮扣电池(3.6V)长期供电。当Uab或Ubc出现电压时，通过电压互感器会触发休眠的微功耗的纳瓦级单片机，该采集电路开始工作，通过对输入脉冲的A/D转换，根据计算和带电的时间确定是否为瞬时电压，并将瞬时电压闭锁信息保存，等待主CPU(IC2)查询。本实用新型采用数据采集和至少一个数据窗的计算方式，能可靠的消除雷电干扰。由于雷电波电流的幅值很大，在很短的时间内(20微秒)将聚集一定的能量，如果以聚集的能量大小判别瞬时电压就会出现误闭锁。采用数据采集和计算的方式，通过至少一个周波的数据窗，因此可以可靠的消除类似的脉冲干扰。停电后主CPU(IC2)查询单片机，通过由串行通信芯片MAX202(U6)组成的通信电路得到微功耗单片机的检测数据。如确定有瞬时电压，则通过8位总线驱动器74LS245(U10)闭锁合闸，保护配电装置。同时通过振铃报警。
失电后单侧重新来电，由主CPU延时一定时间t1(延时可调)，确认系统已正常供电，通过驱动器合上负荷开关。在此时间段内，如果发生小于一个确定延时t3的停电事故后重新恢复供电，主CPU继续延时至t1，合上负荷开关。如果发生大于一个确定延时t3的停电事故，表明供电侧已发生故障，即闭锁检测器，防止另一侧来电后合闸于有故障的区段。开关合上后，启动另一延时t2(延时可调)，延时时间到没有再发生停电事故，表明本次合闸成功。单侧来电和两侧失电的情况下，如果检测到任何一端存在瞬时电压，则瞬时加压闭锁，在闭锁解除前，开关不能合闸。闭锁解除的条件为发生永久故障侧恢复正常供电，延时时间到满足闭锁解除的条件后，解除闭锁，允许重新合闸。通过以上动作逻辑，当配电线路出现故障时(发生永久性故障)，重合闸动作后，后加速保护动作，由于瞬时电压的存在，故障检测器能够可靠地判别永久故障并实现闭锁，从而保护了配电设备不再次受短路电流冲击，缩短了恢复供电时间。线路检修完成，故障排除后可由线路检修人员手动合闸。

Claims (7)

1、一种配电线路故障检测器，该检测器包括连接在配电线路上的电压互感器、与电压互感器连接的瞬时检测电路、以及由配电线路供电的检测控制单元、与检测控制单元中的CPU连接的闭锁合闸单元，其特征在于，电压互感器与检测控制单元中的CPU之间连接有作为瞬时电压检测电路核心的纳瓦级单片机；电压互感器的输出信号线直接与该纳瓦级单片机连接，该纳瓦级单片机通过串行通信芯片与检测控制单元中的CPU连接；该纳瓦级单片机由电池供电，所述检测控制单元中的CPU的电源接入端连接有电源切换电路，该电源切换电路的另两端中的一端与所述电池连接、其另一端与由配电线路供电的变压整流装置连接；其中，电池的电压为3.6V，变压整流装置的输出电压为3.3V。
2、根据权利要求1所述的配电线路故障检测器，其特征在于，所述纳瓦级单片机是PIC18F1220型单片机，所述串行通信芯片是MAX202E型芯片；该纳瓦级单片机的RX端和TX端分别与串行通信芯片的R2IN端和T2OUT对应连接；与所述电压互感器输出信号线连接的是该纳瓦级单片机的ANO端，该纳瓦级单片机的VDD端和VRFF+端并联后与所述电池连接、其VSS端接地、其OSC1端与OSC2端通过连接以晶振芯片为核心的晶振电路后接地。
3、根据权利要求1或2所述的配电线路故障检测器，其特征在于，所述串行通信芯片的VCC端与所述电池连接、其V+端与该电池之间串联有一个电解电容，该串行通信芯片的GND端直接接地、其V-端串联了一个电解电容后接地，该串行通信芯片的C1+端与C1-端之间、C2+端与C2-端之间分别串联有各一个电解电容。
4、根据权利要求1或2所述的配电线路故障检测器，其特征在于，所述检测控制单元中的CPU是TMS320LF2407型的DSP芯片，该DSP芯片的VCC端与所述由配电线路供电的变压整流装置连接、其GND端与接地；所述电源切换电路包括电路开关三极管，该开关三极管的基极串联一个基极电阻后与该DSP芯片的IOPEO端连接，其发射极与由配电线路供电的变压整流装置连接、并通过一个接地电阻接地，其集电极与所述电池连接、该电池的负极接地。
5、据权利要求3所述的配电线路故障检测器，其特征在于，所述检测控制单元中的CPU是TMS320LF2407型的DSP芯片，该DSP芯片的VCC端与所述由配电线路供电的变压整流装置连接、其GND端与接地；所述电源切换电路包括电路开关三极管，该开关三极管的基极串联一个基极电阻后与该DSP芯片的IOPEO端连接，其发射极与由配电线路供电的变压整流装置连接、并通过一个接地电阻接地，其集电极与所述电池连接、该电池的负极接地。
6、根据权利要求4所述的配电线路故障检测器，其特征在于，所述DSP芯片的CPU连接有一个振钤单元，其振钤的一端连接在电池上、另一端连接在一个开关三极管的集电极上，该的开关三极管的发射极接地，其基极串联一个基极电阻后与该DSP芯片的IOPEO端连接。
7、根据权利要求5所述的配电线路故障检测器，其特征在于，所述DSP芯片的CPU连接有一个振钤单元，其振钤的一端连接在电池上、另一端连接在一个开关三极管的集电极上，该的开关三极管的发射极接地，其基极串联一个基极电阻后与该DSP芯片的IOPEO端连接。
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