专利名称：配电网络故障检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统配电网络维护技术领域，尤其涉及一种配电网络故障检 测装置。
技术背景在电力系统配电网络中，例如城市环网，若某一级配电网络分支回路中发生了短 路或接地故障，该配电网络上一级的继电保护系统必须要在一定时间段内进行分断。在分 断保护过程执行完毕后，会造成属于该配电网络的所有的分支回路全部断电。为了尽快的 修复故障，恢复电力供应，需要一种配电网络故障检测装置，用于在配电网络断电后能够及 时准确的定位并指示故障点。目前常用的配电网络故障检测装置通常独立的设置于配电网络中，其无法或难以 将故障检测信息自动上传到电力管理系统中，因此电力管理系统难以及时的获取到故障信 息，不能满足电网智能化管理的需求，导致无法及时的定位并修复电路故障。同时，现有的 配电网络故障检测装置一般采用电池供电，由于电池的供电能力有限，且在潮湿环境下电 池漏电严重，这种故障检测装置的使用寿命较低，维护工作量较大，不能较好的适用于配电 网络故障检测领域。
实用新型内容为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种配电网络故障检测装置， 以实现将故障检测信息自动上传到电力管理系统中，便于及时的定位并修复电路故障，同 时实现无需电池供电，提高故障检测装置的使用寿命，降低维护工作量，使其能够较佳的适 用于配电网络故障检测领域。本实用新型实施例提供了如下技术方案一种配电网络故障检测装置，包括分别设置在三相电缆上的第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路传感器；设置在三芯电缆上的接地传感器，所述第一短路传感器、第二短路传感器和第三 短路传感器分别通过光纤与所述接地传感器连接；通过线缆与所述接地传感器连接的主机；所述第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路传感器用于分别获取三相电缆 的短路故障信号，并依次通过光纤、接地传感器和线缆发送到所述主机；所述接地传感器用于获取接地故障信号，并通过线缆发送到所述主机；所述线缆包括通信线缆和电力线缆，所述通信线缆用于实现接地传感器和主机的 之间的信号传输，所述电力线缆用于向接地传感器提供电力供应；所述主机用于接收并处理所述短路故障信号和接地故障信号。与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点本实用新型实施例所提供的配电网络故障检测装置中，通过设置的光纤连接了接地传感器和短路传感器，并通过线缆连接了接地传感器和主机，因此，能够将短路和接地故 障信息实时自动的上传到电力管理系统中，能满足电网智能化管理的需求，便于及时的定 位并修复电路故障。同时，本实施例提供的线缆中包括了可以为该装置提供电力供应的电 力线缆，因此，该装置无需使用电池供电，可以有效的提高该装置的使用寿命，降低维护工 作量，使其能够较佳的适用于配电网络故障检测领域。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例一提供的配电网络故障检测装置结构示意图；图2为实施例二提供的配电网络故障检测装置中短路传感器结构示意图；图3为实施例二提供的配电网络故障检测装置中接地传感器结构示意图；图4为实施例二提供的配电网络故障检测装置中主机结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新 型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实 用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。实施例一本实施例提供了一种配电网络故障检测装置，如图1所示，为该装置的一种结构 示意图，该装置具体包括分别设置在三相电缆上的第一短路传感器101、第二短路传感器102和第三短路 传感器103 ；设置在三芯电缆上的接地传感器104，所述第一短路传感器101、第二短路传感器 102和第三短路传感器103分别通过光纤105与所述接地传感器104连接；通过线缆106与所述接地传感器104连接的主机107 ；所述第一短路传感器101、第二短路传感器102和第三短路传感器103用于分别获 取三相电缆A、B和C的短路故障信号，并依次通过光纤105、接地传感器104和线缆106发 送到所述主机107 ；所述接地传感器104用于获取接地故障信号，并通过线缆106发送到所述主机 107 ；所述线缆106包括通信线缆和电力线缆(图中未示出)，所述通信线缆用于实现接 地传感器104和主机107的之间的信号传输，所述电力线缆用于向接地传感器104提供电力供应；所述主机107用于接收并处理所述短路故障信号和接地故障信号。本实施例提供的配电网络故障检测装置中，通过设置的光纤连接了接地传感器和 短路传感器，并通过线缆连接了接地传感器和主机，因此，能够将短路和接地故障信息实时 自动的上传到电力管理系统中，能满足电网智能化管理的需求，便于及时的定位并修复电 路故障。同时，本实施例提供的线缆中包括了可以为该装置提供电力供应的电力线缆，因 此，该装置无需使用电池供电，可以有效的提高该装置的使用寿命，降低维护工作量，使其 能够较佳的适用于配电网络故障检测领域实施例二 在实施例一公开的配电网络故障检测装置的基础上，本实施例提供了该检测装置 中所述接地传感器、短路传感器和主机的一种具体的结构。如图2所示，为本实施例提供的配电网络故障检测装置中所述的短路传感器的一 种结构示意图，该短路传感器包括依次相连接的短路故障信号采集单元201、短路故障信号处理单元202和光电转 换单元203 ；所述短路故障信号采集单元201用于采集的短路故障信号，并发送到所述短路故 障信号处理单元202 ；短路故障信号处理单元202用于分析处理处理短路故障信号，并发送到光电转换 单元203 ；所述光电转换单元203用于将短路故障信号转换为光信号并通过所述光缆发送 到所述接地传感器。所述短路传感器检测出瞬间跳变的、超过正常负荷电流某一阈值的、持续时间很 短的故障信号，该故障信号同时驱动电光转换单元203，使超高亮发光二极管发光，光线再 经光纤传送到接地传感器上。如图2所示，所述短路故障信号采集单元201可以为一个电磁感应I/V变换器，安 装在各相相线上，其输出信号进入所述短路故障信号处理单元202，所述短路故障信号处理 单元202输出信号驱动电光转换单元203，进行光电转换后使超高亮发光二极管发光，光线 再经光纤传送到接地传感器上。图2中，短路故障信号采集单元201所示的电磁感应式I/V变换器，副边绕组的信 号电压Vsf，进入虚线右侧的短路故障信号处理单元202，所述短路故障信号处理单元202 可以包括依次相连接的保护电路2021、双向峰值检波电路2022、采样电路2023和比较电 路 2024 ；与所述比较电路20M相连接的基准电源2025 ；分别与所述双向峰值检波电路2022和所述基准电源2025相连接的稳压电源 2(^6。所述比较电路20M连接到所述光电转换单元203。所述信号电压Vsf依次经抗过压、过流及雷击的保护电路2021，双向峰值检波电 路2022，采样电路2023后的信号电压Vs，输入比较电路20 ，基准电源2025用于向比较电 路20M提供基准电压Vr，比较结果有输出信号时，则经过光电转换单元203，转换成光脉冲 信号，进入光缆，向接地传感器输出，其中，稳压电源20 用于向短路传感器的各个组件提供电力供应。保护电路2021可以采用自恢复保险丝和双向固态TVS(Transient Voltage Suppressor，瞬态电压抑制器)管做雷电、电网尖峰等浪涌电压的抑制和吸收，对于短路传 感器本身引起的过流同样具有保护作用。双向峰值检波电路2022将电压信号的峰值取出，经采样电路2023送到比较电路 20 与2. 5V基准电压Vr相比较。采样电压VS由升流发生器标定，当Vs大于基准电压Vr时，比较电路204产生翻 转，驱动发光二极管LED，产生光信号，由光缆将短路故障信号传送给接地传感器。双向峰值检波电路2022还可以用于提供短路传感器电子电路所需的电源，该电 路产生的脉动直流经滤波、稳压，提供一个稳定的，纹波系数很小的5V电压Vcc，供基准电 源2025和其他电路使用。接地传感器通过线缆连接到主机，线缆不仅包括双向通信的通信线缆，还包括主 机电源引入到接地传感器的电力线缆，接地传感器检测线路正常运行时的零序电流大�。� 采用递推算法自动调整作为故障判断依据的过流限值和电流变化率。如图3为本实施例提供的配电网络故障检测装置中所述的接地传感器的一种结 构示意图，该接地传感器包括依次相连接的接地故障信号采集单元301、接地故障信号处理单元302、主处理器 单元303和通信单元304 ；与所述主处理器单元303相连接的光敏接收电路305 ；所述接地故障信号采集单元301用于采集接地故障信号，并发送到接地故障信号 处理单元302 ；所述接地故障信号处理单元302用于将接地故障信号整流、放大后发送到主 处理器单元303 ；所述光敏接收电路305用于通过光纤接收短路传感器发送的短路故障信 号，并发送到主处理器单元303 ；所述主处理器单元303用于接收短路故障信号和接地故障 信号，并采样分析后发送到所述通信单元304 ；所述通信单元304用于实现和所述主机的信 息传输。此外，所述接地传感器还可以包括电力供应单元306，一端连接到所述电力线缆， 用于获取电力供应，并分别连接到接地传感器的其它组成�？槲涮峁┑缌┯�。所述接地故障信号采集单元301可以为电磁感应I/V变换器，安装在三芯电缆线 上，其输出的接地故障信号进入所述接地故障信号处理单元302。所述接地故障信号处理单 元302用于对接地故障信号进行整流和放大，可以包括信号整流电路3021和信号放大电路 3022。经接地故障信号处理单元302处理后输出的接地故障信号进入主处理器单元303，经 主处理器单元303采样、存储、分析处理后发送到所述通信单元304，并由通信单元304发送 到主机。接地传感器中的光敏接收电路305通过光纤接收短路传感器的光信号，经光电转 换得到电信号后发送到主处理器单元303，再通过通信单元304发送到主机中。此外，所述接地传感器还可以包括连接在接地故障信号采集单元301和接地故障 信号处理单元302之间的保护电路307，图3左侧所示的接地故障信号采集单元301是一个 电磁感应式I/V变换器，其副边绕组的信号电压Vsf首先经抗过压、过流及雷击的保护电路 307。保护电路307采用自恢复保险丝和双向固态TVS管做雷电、电网尖峰等浪涌电压的抑制和吸收，对于接地传感器本身引起的过流同样具有保护作用。接地故障信号此依次经整流、滤波、信号放大后进入主处理器单元303。信号整流 电路3021实现交流信号到直流的转化。为实现高精度的数据采样，信号整流电路3021可 以采用双运放进行整流，并可以由电位器构成的分压电路进行零点的调节，整流后信号进 行滤波、放大，变换为一个反映接地故障电流大小的直流信号，输入到主处理器单元303的 模数转换口，由主处理器单元303进行参数的采样。主处理器单元303采用程序对接地故 障信号进行采样、滤波、存储后分析比较。接地故障的判断方法包括两个依据，一是将本采样周期内采样到的信号与前一采 样周期内的信号比较，若本次采样信号大于前次采样信号超过一定限值，则作为故障判断 依据之一；另一故障判断依据是对前N次采样信号求均值，若本次采样信号与均值相比超 过一定限值，则作为另一故障判据，两个故障判据都满足时，则认为发生了接地故障。为自 动适应因系统扩容等导致的接地电流大小变化，接地信号均值的大小并不固定，而是对N 次采样信号递推，最早存储的采样信号被本次采样信号代替。上述接地故障的判断方法与现有技术相比较，能够自动地适应接地信号的波动， 其故障的判断更加准确，特别是在小电流系统中，能够有效的避免误判和漏判的现象。如图4所示，为本实施例提供的主机的一种结构示意图，所述主机包括通过线缆与所述接地传感器相连接的第一通信单元401，用于实现与接地传感器 的通信传输；与所述第一通信单元401连接的中央处理单元402，用于分析处理所述短路故障 信号和接地故障信号；与所述中央处理单元402相连接的第二通信单元403，用于输出经中央处理单元 处理402后的短路故障信号和接地故障信号；与电力线缆和主机各个组成�？橄嗔拥牡缭醋坏ピ�404，用于向主机和所述 接地传感器提供电力供应。此外，所述主机还可以包括与中央处理单元402相连接的报警指示单元405，用于根据中央处理单元402的指 令发出警报信息。报警指示单元405具体的可以为显示屏或LED指示灯。为了实现存储故障信号数据，所述主机还可以包括与中央处理单元402相连接的数据存储单元406，用于接收并存储中央处理单元 402发送的数据。所述第一通信单元401和所述第二通信单元403均可以为采用485串行通讯和标 准的MODBUS (RTU)协议的串行通讯单元，分别与接地传感器和上级FTU (Feeder Terminal Unit,馈线终端装置)设备连接，实现读取各接地传感器参数并将故障信息和采集参数输 出的功能。第一通信单元401接收接地传感器传送来的短路或接地故障信号，送中央处理单 元402处理，中央处理单元402首先对接收信息送数据存储单元406，存储，然后驱动报警指 示单元405进行显示，并报警。第二通信单元403在接收到来自DTU/FTU的通讯指令后开 始工作，将存储在数据存储单元406，内的信息远传出去。系统的供电电源来自于DTU/FTU， 但是经过DC/DC变换，分别转换为3. 3V和5V供主处理电路和串行通讯电路使用。[0073]通信单元与中央处理单元402的RXD/Τ )管脚采样光藕6附37隔离，以防止干扰 信号的影响，芯片75176实现串行通讯信号的驱动。数据存储单元406的存储芯片可以采 用ATMC02，该芯片为I2C接口，与中央处理单元402接口简单，采用软件和特定脉冲信号即 可实现信号的存储和读取。该主机还可以包括输出驱动电路(图中未示出)，当中央处理 单元402接收到接地或短路故障后，相应管脚输出高低电平，点亮LED灯报警。中央处理单 元402可以采用双串口的MSP430系列单片机，该单片机具有超低功耗，可以节省电力消耗。 电源转换单元404可以采用DC/DC转换芯片TPSMOl将12 24V外部输入直流电源首先 转换为+5V直流供电路使用，再采用降压芯片LM1117-3. 3将+5V直流转换为3. 3V，供中央 处理单元402和其他电路使用。本实施例是在实施例一公开的配电网络故障检测装置的基础上提供的一种具体 的实现结构，其类同之处可相互参见，在此不再赘述。本实用新型实施例提供的配电网络故障检测装置中，通过设置的光纤连接了接地 传感器和短路传感器，并通过线缆连接了接地传感器和主机，因此，能够将短路和接地故障 信息实时自动的上传到电力管理系统中，能满足电网智能化管理的需求，便于及时的定位 并修复电路故障。同时，本实施例提供的线缆中包括了可以为该装置提供电力供应的电力 线缆，因此，该装置无需使用电池供电，可以有效的提高该装置的使用寿命，降低维护工作 量，使其能够较佳的适用于配电网络故障检测领域。本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分 的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使 本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专 业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精 神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的实 施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求1.一种配电网络故障检测装置，其特征在于，包括分别设置在三相电缆上的第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路传感器； 设置在三芯电缆上的接地传感器，所述第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路 传感器分别通过光纤与所述接地传感器连接； 通过线缆与所述接地传感器连接的主机；所述第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路传感器用于分别获取三相电缆的短 路故障信号，并依次通过光纤、接地传感器和线缆发送到所述主机；所述接地传感器用于获取接地故障信号，并通过线缆发送到所述主机； 所述线缆包括通信线缆和电力线缆，所述通信线缆用于实现接地传感器和主机的之间 的信号传输，所述电力线缆用于向接地传感器提供电力供应； 所述主机用于接收并处理所述短路故障信号和接地故障信号。
2.根据权利要求1所述的配电网络故障检测装置，其特征在于 所述第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路传感器分别包括依次相连接的短路故障信号采集单元、短路故障信号处理单元和光电转换单元； 所述短路故障信号采集单元用于采集的短路故障信号，并发送到所述短路故障信号处 理单元；短路故障信号处理单元用于分析处理处理短路故障信号，并发送到光电转换单元； 所述光电转换单元用于将短路故障信号转换为光信号并通过所述光缆发送到所述接 地传感器。
3.根据权利要求2所述的配电网络故障检测装置，其特征在于 所述短路故障信号采集单元为电磁感应ΙΛ变换器。
4.根据权利要求2所述的配电网络故障检测装置，其特征在于，所述短路故障信号处 理单元包括依次相连接的保护电路、双向峰值检波电路、采样电路和比较电路； 与所述比较电路相连接的基准电源；分别与所述双向峰值检波电路和所述基准电源相连接的稳压电源； 所述比较电路连接到所述光电转换单元。
5.根据权利要求1所述的配电网络故障检测装置，其特征在于，所述接地传感器包括 依次相连接的接地故障信号采集单元、接地故障信号处理单元、主处理器单元和通信单元；与所述主处理器单元相连接的光敏接收电路；所述接地故障信号采集单元用于采集接地故障信号，并发送到接地故障信号处理单元；所述接地故障信号处理单元用于将接地故障信号整流、放大后发送到主处理器单元； 所述光敏接收电路用于接收所述短路传感器发送的短路故障信号，并发送到主处理器 单元；所述主处理器单元用于接收短路故障信号和接地故障信号，并采样分析后发送到所述 通信单元；所述通信单元用于实现和所述主机的信息传输。
6.根据权利要求5所述的配电网络故障检测装置，其特征在于，所述接地故障信号处 理单元，包括与接地故障信号采集单元相连的信号整流电路； 连接在信号整流电路和主处理器单元之间的信号放大电路。
7.根据权利要求5所述的配电网络故障检测装置，其特征在于，所述接地故障信号处 理单元，还包括电力供应单元，一端连接到所述电力线缆，用于获取电力供应，并分别连接到接地传感 器的其它组成�？槲涮峁┑缌┯Α�
8.根据权利要求1所述的配电网络故障检测装置，其特征在于，所述主机包括通过线缆与所述接地传感器相连接的第一通信单元，用于实现与接地传感器的通信传输；与所述第一通信单元连接的中央处理单元，用于分析处理所述短路故障信号和接地故 障信号；与所述中央处理单元相连接的第二通信单元，用于输出经中央处理单元处理后的短路 故障信号和接地故障信号；与所述电力线缆和主机各个组成�？橄嗔拥牡缭醋坏ピ糜谙蛑骰退鼋拥� 传感器提供电力供应。
9.根据权利要求8所述的配电网络故障检测装置，其特征在于，所述主机还包括 与中央处理单元相连接的报警指示单元，用于根据中央处理单元的指令发出警报信息。
10.根据权利要求8所述的配电网络故障检测装置，其特征在于，所述主机还包括 与中央处理单元相连接的数据存储单元，用于接收并存储中央处理单元发送的数据。
专利摘要本实用新型实施例公开了一种配电网络故障检测装置，包括分别设置在三相电缆上的第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路传感器；设置在三芯电缆上的接地传感器，所述第一短路传感器、第二短路传感器和第三短路传感器分别通过光纤与所述接地传感器连接；通过线缆与所述接地传感器连接的主机；所述线缆包括通信线缆和电力线缆，所述通信线缆用于实现接地传感器和主机的之间的信号传输，所述电力线缆用于向接地传感器提供电力供应。本实用新型实施例所提供的配电网络故障检测装置，便于及时的定位并修复电路故障。同时，该装置无需使用电池供电，可以有效的提高该装置的使用寿命，降低维护工作量，使其能够较佳的适用于配电网络故障检测领域。
文档编号G01R31/08GK201935980SQ20112000439
公开日2011年8月17日 申请日期2011年1月7日 优先权日2011年1月7日
发明者姜建, 居宏达, 张帆, 王凯, 聂亮 申请人:杭州大有科技发展有限公司, 杭州市电力局
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