TWI631349B - Power distribution equipment fault detection system - Google Patents

Abstract

一種配電設備故障自動偵測系統包含多個分歧線電路及一監控主站。每一分歧線電路接收二個驅動電力且包括：K個第一分站，每一第一分站接收並輸出所對應的該驅動電力；K個變壓器，每一變壓器根據所對應接收的該驅動電力產生並輸出一驅動電力信號；及K個電力感測器，每一電力感測器接收並偵測所對應的該驅動電力信號之一電力信號值是否小於等於一臨界信號值，當偵測結果為是時，其產生並發出一具有一停電資訊及一指示所對應的該變壓器的地圖位置資訊的射頻輸出信號。該監控主站根據該射頻輸出信號顯示該停電資訊及該地圖位置資訊以利監控。

Description

配電設備故障自動偵測系統

本發明是有關於一種偵測系統，特別是指一種配電設備故障自動偵測系統。

現有的配電系統包含一變電主裝置、多個四路開關電路、多個分歧線電路及多個饋線端末單元。該等四路開關電路彼此串聯連接且電連接該變電主裝置。每一四路開關電路還電連接二個所對應的分歧線電路，且每一分歧線電路電連接多個負載。該變電主裝置經由每一四路開關電路及其所對應的分歧線電路供電給所電連接的負載。每一饋線端末單元電連接所對應的該四路開關電路，並持續偵測所對應的該四路開關電路內的運作。當有四路開關電路發生故障時，所對應的該饋線端末單元會傳送故障信號給該變電主裝置得知，使該變電主裝置據以對發生故障的四路開關電路進行故障、偵測、隔離及復電(Fault Detection Isolation and Restoration，FDIR)功能。

然而，配電故障事故多發生於每一分歧線電路中，且每 一分歧線電路包括多個電力線及多個分別電連接在該等負載及該等電力線間的變壓器，但該變電主裝置僅能得知發生故障的該四路開關電路，而不知是發生故障的該四路開關電路所對應的該分歧線電路中的何處發生故障。因此，必須透過檢測人員對發生故障的該分歧線電路中的所有電力線及所有變壓器逐一檢視才能確認故障位置，造成現有的該配電系統所需完成FDIR的時間延長，且需耗費極大的人力。

因此，本發明的目的，即在提供一種能夠克服先前技術缺點的配電設備故障自動偵測系統。

於是，本發明配電設備故障自動偵測系統包含一主饋線裝置、多個分歧線電路及一監控主站。

該主饋線裝置用以輸出多個驅動電力。

每一分歧線電路電連接該主饋線裝置以接收二個所對應的該驅動電力，且每一分歧線電路包括K個第一分站、一第二分站、K個變壓器及K個電力感測器，K為正整數，K≧1。

該K個第一分站及該第二分站中，任二個分站間由一電力線串聯連接，每一第一分站經由所對應的該電力線及該主饋線裝置二者其中之一接收所對應的該驅動電力，並將所對應的該驅動電 力輸出。

每一變壓器電連接所對應的該電力線以接收所對應的該驅動電力，且根據所對應的該驅動電力產生並輸出一驅動電力信號。

每一電力感測器電連接所對應的該變壓器以接收所對應的該驅動電力信號，並偵測該驅動電力信號之一電力信號值是否小於等於一臨界信號值，當偵測結果為是時，該電力感測器產生並發出一射頻輸出信號，該射頻輸出信號具有一用於指示遭停電的停電資訊及一用於指示所對應的該變壓器的地圖位置資訊。

該監控主站從每一電力感測器接收具有該停電資訊及該地圖位置資訊的該射頻輸出信號，並顯示該停電資訊及該地圖位置資訊以利監控。

1‧‧‧變電主裝置

11‧‧‧變電電路

2‧‧‧主饋線裝置

21‧‧‧斷電電路

22‧‧‧斷電電路

23‧‧‧四路開關電路

24‧‧‧聯絡開關電路

3‧‧‧分歧線電路

30‧‧‧負載

31‧‧‧第一分站

311‧‧‧開關

312‧‧‧保護電驛

32‧‧‧第二分站

33‧‧‧變壓器

331‧‧‧初級側單元

332‧‧‧次級側單元

34‧‧‧電力感測器

340‧‧‧超級電容器

341‧‧‧電源供應單元

342‧‧‧電壓偵測單元

343‧‧‧微控制單元

344‧‧‧射頻無線收發單元

35、5‧‧‧電力線

4‧‧‧監控主站

41‧‧‧通訊單元

42‧‧‧地理圖資主機

C1‧‧‧切換信號

f1‧‧‧故障點

RF1‧‧‧射頻輸出信號

RF2‧‧‧射頻控制信號

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊圖，說明本發明配電設備故障自動偵測系統之一實施例；圖2是一電路方塊圖，說明該實施例之一分歧線電路及一監控主站；及 圖3是一方塊圖，說明該實施例之一電力感測器。

參閱圖1及圖2，本發明配電設備故障自動偵測系統包含一變電主裝置1、一主饋線裝置2、多個分歧線電路3及一監控主站4。

該變電主裝置1用以產生二個總驅動電力。在本實施例中，該變電主裝置1包括二個變電電路11，該等變電電路11分別產生該二個總驅動電力。

該主饋線裝置2電連接該變電主裝置1之該等變電電路11以接收該二個總驅動電力，並將該二個總驅動電力分配成多個驅動電力，且將該多個驅動電力輸出。在本實施例中，該主饋線裝置2包括二個斷電電路21、22、多個四路開關電路23及一通常操作在一不導通狀態的聯絡開關電路24。

該等斷電電路21、22分別電連接該等變電電路11，以分別接收並傳遞該等總驅動電力。該等四路開關電路23及該聯絡開關電路24彼此串聯連接且電連接在該斷電電路21與該斷電電路22間。每一四路開關電路23具有一第一輸出端及一第二輸出端。每一四路開關電路23根據相關於所對應的該總驅動電力的驅動信號，於其本身的該等第一及第二輸出端各自輸出該等驅動電力中的一 者。需說明的是，本發明的特徵不在於該等斷電電路21、22、該等四路開關電路23及該聯絡開關電路24的電路配置與操作，且此為熟悉本技術領域之通常知識者所熟知，為求簡潔起見，於此不贅述。

每一分歧線電路3具有一第一端及一第二端。每一分歧線電路3之該等第一及第二端分別經由二個電力線5，電連接該主饋線裝置2中其所對應之二個該四路開關電路23的該等第一輸出端或該等第二輸出端，以分別接收二個所對應的該驅動電力。在本實施例中，每一分歧線電路3包括多個負載30、K個第一分站31、一第二分站32、K個變壓器33、K個電力感測器34及多個電力線35，K為正整數，K≧1。在本實施例中，K=3，但不限於此。

該等第一分站31及該第二分站32中任二個分站間由該等電力線35中的一者串聯連接。每一第一分站31經由所對應的該電力線35及電連接該主饋線裝置2的該電力線5二者其中之一接收所對應的該驅動電力，並經由所對應的該電力線35傳遞所對應的該驅動電力。在本實施例中，每一第一分站31包括一開關311及一保護電驛312。該第二分站32為一常開開關。

於每一第一分站31中，該開關311具有一接收該驅動電力的第一端，及一輸出該驅動電力的第二端，且該開關311通常操作在一導通狀態，但可回應於一切換信號C1而從該導通狀態切換 至一不導通狀態。該保護電驛312電連接所對應的該開關311的該第二端，以偵測該開關311所輸出的該驅動電力之一電流值是否大於一臨界電流值，當偵測結果為是時(即有過電流的情況發生)，則該保護電驛312產生該切換信號C1，並將該切換信號C1輸出至所對應的該開關311，以致該開關311根據該切換信號C1從該導通狀態切換至該不導通狀態。

每一變壓器33包括一電連接所對應的該電力線35以接收所對應的該驅動電力的初級側單元331，及一次級側單元332。每一變壓器33根據所對應的該驅動電力，在其該次級側單元332產生並輸出一驅動電力信號，且將該驅動電力信號供應至所對應的該負載30。在其他實施例中，每一變壓器33也可供電給多個負載，但不限於此。

每一電力感測器34電連接所對應的該變壓器33的該次級側單元332，以接收來自該次級側單元332的該驅動電力信號，並偵測該驅動電力信號之一電力信號值是否小於等於一臨界信號值。當偵測結果為是時(即，所對應的該開關311因過電流而不導通，或所對應的該變壓器33本身燒毀或其所電連接的該電力線35發生故障或遭竊)，則該電力感測器34產生並發出一射頻輸出信號RF1，該射頻輸出信號RF1具有一用於指示遭停電的停電資訊及一用於指示所對應的該變壓器33的地圖位置資訊。參閱圖3，在本實 施例中，每一電力感測器34包括一電源供應單元341、一電壓偵測單元342、一微控制單元343及一射頻無線收發單元344。

於每一電力感測器34中，該電源供應單元341電連接所對應的該變壓器33的該次級側單元332(見圖2)以接收所對應的該驅動電力信號，並根據該驅動電力信號進行充電以供應一電源。在本實施例中，該電源供應單元341包括一超級電容器340，用以根據該驅動電力信號進行充電並供應該電源。

於每一電力感測器34中，該電壓偵測單元342電連接該電源供應單元341之該超級電容器340以接收該電源，且用以偵測該驅動電力信號，並根據該驅動電力信號產生一類比電壓偵測信號，該類比電壓偵測信號的電壓大小是追隨該驅動電力信號的電壓變化。該微控制單元343電連接該電源供應單元341之該超級電容器340及該電壓偵測單元342，以分別接收該電源及該類比電壓偵測信號。該微控制單元343將該類比電壓偵測信號轉換成一數位電壓偵測信號，該數位電壓偵測信號相關於該驅動電力信號，並對該數位電壓偵測信號進行取樣及運算以得到該驅動電力信號之該電力信號值之一電壓值，且判斷該電壓值是否小於等於該臨界信號值(例如，該臨界信號值等於零)。在本實施例中，舉判斷該電壓值是否等於該臨界信號值為例做說明，但不限於此。當判斷結果為是時(即，該電壓值等於該臨界信號值且等於零)，該微控制單元343產 生該指示所對應的該變壓器33停電的停電資訊及該指示所對應的該變壓器33的地圖位置資訊。該射頻無線收發單元344電連接該電源供應單元341之該超級電容器340及該微控制單元343，以接收來自該超級電容器340之該電源，及接收來自該微控制單元343的該停電資訊及該地圖位置資訊，並發出該具有該停電資訊及該地圖位置資訊的射頻輸出信號RF1。在本實施例中，該射頻無線收發單元344係利用一串列週邊介面(Serial Peripheral Interface，SPI)電連接該微控制單元343。

再參閱圖1及圖2，該監控主站4從每一電力感測器34接收具有該停電資訊及該地圖位置資訊的該射頻輸出信號RF1，並顯示該停電資訊及該地圖位置資訊以利監控。在本實施例中，該監控主站4包括一通訊單元41及一地理圖資主機42。

該通訊單元41接收來自每一電力感測器34的該射頻無線收發單元344的該具有該停電資訊及該地圖位置資訊的射頻輸出信號RF1，且根據該等射頻輸出信號分別產生並輸出多個數位信號，每一數位信號具有所對應的該停電資訊及所對應的該地圖位置資訊。該地理圖資主機42儲存一地理圖資資訊，且電連接該通訊單元41以接收該等數位信號，並根據該地理圖資資訊及每一數位信號中所對應的該地圖位置資訊判斷停電的該變壓器33的地理位置，並對應顯示該停電資訊、該地圖位置資訊及停電的該變壓器33的地理 位置以利監控。

此外，該地理圖資主機42還可產生一控制信號，並將該控制信號輸出至該通訊單元41，且該通訊單元41還根據該控制信號發出多個射頻控制信號RF2。該等電力感測器34的該等射頻無線收發單元344還分別接收來自該通訊單元41的該等射頻控制信號RF2，且每一射頻無線收發單元344還將所對應接收的該射頻控制信號RF2轉換成一數位控制信號，並將該數位控制信號輸出至所對應的該微控制單元343。每一微控制單元343接收到所對應的該數位控制信號時，還將所對應的該變壓器33當前所供應的該驅動電力信號之該電力信號值之該電壓值及所對應的該變壓器33是否停電的資訊經由所對應的該射頻無線收發單元344及該通訊單元41傳送至該地理圖資主機42，以更新該地理圖資主機42所顯示的資訊。

舉例來說，參閱圖2，參數f1表示位於該電力線35的一故障點。當該故障點f1左側的該開關311因過電流而不導通時，該故障點f1所對應的該變壓器33(以下改以一第一變壓器33稱之)及該故障點f1右側的該開關311右側所對應的該變壓器33(以下改以一第二變壓器33稱之)所產生的該等驅動電力信號的該等電壓值皆等於零。因此，該等第一及第二變壓器33所對應的該等電力感測器34根據該等驅動電力信號分別產生並發出該等射頻輸出信號RF1至該通訊單元41，且該通訊單元41根據該等射頻輸出信號RF1產生 並輸出該等數位信號至該地理圖資主機42，以致該地理圖資主機42根據該地理圖資資訊及每一數位信號中所對應的該地圖位置資訊判斷停電的該變壓器33(即，該等第一及第二變壓器33)的地理位置，並對應顯示該停電資訊、該地圖位置資訊及停電的該等第一及第二變壓器33的地理位置供檢測人員監控，使得檢測人員可即時對停電的該等第一及第二變壓器33及其所對應的該等電力線35進行故障、偵測、隔離及復電(Fault Detection Isolation and Restoration，FDIR)。

此外，舉例來說，當該故障點f1所處位置的該電力線35遭竊或斷線，或者該故障點f1所對應的該變壓器33(以下改以該第一變壓器33稱之)燒毀時，該第一變壓器33所產生的該驅動電力信號的該電壓值等於零。因此，該第一變壓器33所對應的該電力感測器34根據該驅動電力信號產生並發出該射頻輸出信號RF1至該通訊單元41，且該通訊單元41根據該射頻輸出信號RF1產生並輸出該數位信號至該地理圖資主機42，以致該地理圖資主機42根據該地理圖資資訊及該數位信號中所對應的該地圖位置資訊判斷停電的該第一變壓器33的地理位置，並對應顯示該停電資訊、該地圖位置資訊及停電的該第一變壓器33的地理位置供檢測人員監控，使得檢測人員可即時到該第一變壓器33的位置，並判斷出是該第一變壓器33所對應的該電力線35遭竊或斷線，還是該第一變壓器33燒毀， 以即時對該電力線35或該第一變壓器33進行FDIR。

綜上所述，當任一分歧線電路3有發生故障時，每一電力感測器34藉由偵測其所對應的該變壓器33是否停電即可得知該分歧線電路3發生故障的區間在何處，且該地理圖資主機42會對應顯示停電的該變壓器33的地理位置及其所對應的該停電資訊供檢測人員監控。因此，檢測人員可即時對停電的該變壓器33或停電的該變壓器33所對應電連接的該電力線35進行FDIR，而不需如現有的配電系統須檢測人員對發生故障的分歧線電路中的所有電力線及所有變壓器逐一檢視，使得本發明該配電設備故障自動偵測系統所需完成FDIR的時間減少，且不需耗費極大的人力。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

Claims (6)

1. 一種配電設備故障自動偵測系統，包含：一主饋線裝置，用以輸出多個驅動電力；多個分歧線電路，每一分歧線電路電連接該主饋線裝置以接收二個所對應的該驅動電力，且每一分歧線電路包括K個第一分站及一第二分站，且任二個分站間由一電力線串聯連接，每一第一分站經由所對應的該電力線及該主饋線裝置二者其中之一接收所對應的該驅動電力，並將所對應的該驅動電力輸出，K為正整數，K≧1；K個變壓器，每一變壓器電連接所對應的該電力線以接收所對應的該驅動電力，且根據所對應的該驅動電力產生並輸出一驅動電力信號；及K個電力感測器，每一電力感測器電連接所對應的該變壓器以接收所對應的該驅動電力信號，並偵測該驅動電力信號之一電力信號值是否小於等於一臨界信號值，當偵測結果為是時，該電力感測器產生並發出一射頻輸出信號，該射頻輸出信號具有一用於指示遭停電的停電資訊及一用於指示所對應的該變壓器的地圖位置資訊，每一電力感測器包括一電源供應單元，電連接所對應的該變壓器以接收所對應的該驅動電力信號，並根據該驅動電力信號進 行充電以供應一電源，一電壓偵測單元，電連接該電源供應單元以接收該電源，且用以偵測該驅動電力信號，並根據該驅動電力信號產生一類比電壓偵測信號，該類比電壓偵測信號的電壓大小是追隨該驅動電力信號的電壓變化，一微控制單元，電連接該電源供應單元及該電壓偵測單元以分別接收該電源及該類比電壓偵測信號，該微控制單元將該類比電壓偵測信號轉換成一數位電壓偵測信號，該數位電壓偵測信號相關於該驅動電力信號，並對該數位電壓偵測信號進行取樣及運算以得到該驅動電力信號之該電力信號值之一電壓值，且判斷該電壓值是否小於等於該臨界信號值，當判斷結果為是時，該微控制單元產生該指示所對應的該變壓器停電的停電資訊及該指示所對應的該變壓器的地圖位置資訊，及一射頻無線收發單元，電連接該電源供應單元及該微控制單元，以接收來自該電源供應單元之該電源，及接收來自該微控制單元之該停電資訊及該地圖位置資訊，並發出該具有該停電資訊及該地圖位置資訊的射頻輸出信號；及一監控主站，從每一電力感測器接收具有該停電資訊及該地圖位置資訊的該射頻輸出信號，並顯示該停電資訊及該地圖位置資訊以利監控，該監控主站包括 一通訊單元，接收來自每一電力感測器的該射頻無線收發單元的該具有該停電資訊及該地圖位置資訊的射頻輸出信號，且根據該等射頻輸出信號分別產生並輸出多個數位信號，每一數位信號具有所對應的該停電資訊及所對應的該地圖位置資訊，及一地理圖資主機，儲存一地理圖資資訊，且電連接該通訊單元以接收該等數位信號，並根據該地理圖資資訊及每一數位信號中所對應的該地圖位置資訊判斷停電的該變壓器的地理位置，並對應顯示該停電資訊、該地圖位置資訊及停電的該變壓器的地理位置以利監控。
2. 如請求項1所述的配電設備故障自動偵測系統，其中，該射頻無線收發單元係利用一串列週邊介面(Serial Peripheral Interface，SPI)電連接該微控制單元。
3. 如請求項1所述的配電設備故障自動偵測系統，其中：該地理圖資主機還可產生一控制信號，並將該控制信號輸出至該通訊單元，且該通訊單元還根據該控制信號發出多個射頻控制信號；該K個電力感測器的該等射頻無線收發單元還分別接收來自該通訊單元的該等射頻控制信號，且每一射頻無線收發單元還將所對應接收的該射頻控制信號轉換成一數位控制信號，並將該數位控制信號輸出至所對應的該微控制單元；及 每一微控制單元接收到所對應的該數位控制信號時，還將所對應的該變壓器當前所供應的該驅動電力信號之該電力信號值之該電壓值及所對應的該變壓器是否停電的資訊經由所對應的該射頻無線收發單元及該通訊單元傳送至該地理圖資主機。
4. 如請求項3所述的配電設備故障自動偵測系統，其中，每一第一分站包括：一開關，具有一接收該驅動電力的第一端，及一輸出該驅動電力的第二端，且通常操作在一導通狀態，但可回應於一切換信號而從該導通狀態切換至一不導通狀態；及一保護電驛，電連接所對應的該開關的該第二端，以偵測該開關所輸出的該驅動電力之一電流值是否大於一臨界電流值，當偵測結果為是時，則該保護電驛產生該切換信號，並將該切換信號輸出至所對應的該開關。
5. 如請求項4所述的配電設備故障自動偵測系統，其中，該電源供應單元包括一超級電容器，用以根據該驅動電力信號進行充電並供應該電源。
6. 如請求項1所述的配電設備故障自動偵測系統，還包括一變電主裝置，該變電主裝置用以產生二個總驅動電力，該主饋線裝置電連接該變電主裝置以接收該二個總驅動電力，以將該二個總驅動電力分配成該多個驅動電力。