CN110703162A - 一种配电线路熔断器故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电线路熔断器故障检测装置，包括熔断器状态监测传感器和数据终端；所述的熔断器状态监测传感器，包括用于检测熔断器位置和/或跌落状态的位置检测模块，用于检测熔断器负荷电流和故障电流的电流测量模块，用于监测熔断器故障的故障检测模块；位置检测模块和电流测量模块采集的监测数据传送至故障检测模块，由故障检测模块诊断熔断器是否发生熔断故障；所述的数据终端接收和处理熔断器状态监测传感器上送的监测数据。本发明的装置通过监测和上送熔断器的故障信息、熔管位置、熔断前的故障电流等信息和数据，帮助运行维护人员及时发现故障点，快速实现故障抢修恢复供电，同时***所采集的熔断电流作为熔断器设备状态检修的参考。

Description

一种配电线路熔断器故障检测装置

技术领域

本发明涉及一种配电线路熔断器故障检测装置。

背景技术

中国由于幅员辽阔，经济的发展不均衡，同样，电网发展水平和自动化程度 也存在较大的地域性和区域性差异。传统的配网自动化模式，由于基础条件要求 高、资金需求量大，很难满足全面建设的需要。基于各区域各级供电企业的实际 情况，性价比更高、更易建设的新型自动化***，可以弥补配网自动化***建设 的不足甚至可在局部取而代之，因此更加符合我国城市电网的现况及未来技术发 展方向，也是实施农村配网自动化***的正确思路。目前，在配电线路的末端采 用跌落式熔断器进行保护，是一种比较普遍有效的做法，可以在负荷侧发生大电 流故障时通过熔丝熔断迅速切断故障，保证非故障线路的正常供电。在实际应用 过程中，当熔断器熔丝熔断跌落时，电源侧故障恢复，因此难以及时发现故障点 和掌握熔断器状态。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明的目的在于提供一种配电线路熔断器故障检测装 置，以保证相关电网运维管理人员明确熔断器的实际运行情况，并在第一时间了 解存在的故障，能够精准及时的查找故障位置，并使故障侧实现有序的电力供应。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案包括：一种配电线路熔断器 故障检测装置，其特征在于：包括熔断器状态监测传感器和数据终端；

所述的熔断器状态监测传感器，包括用于检测熔断器位置和/或跌落状态的位 置检测模块，用于检测熔断器负荷电流和故障电流的电流测量模块，用于监测熔 断器故障的故障检测模块；位置检测模块和电流测量模块采集的监测数据传送至 故障检测模块，由故障检测模块诊断熔断器是否发生熔断故障；所述的数据终端 接收和处理熔断器状态监测传感器上送的监测数据。

还包括用于远程联网设定和/或修改故障整定值的故障整定值模块，故障整定 值模块可接受外部遥控器或主站下达的指令进行传感器的参数修改。所述的数据 终端接收和处理熔断器状态监测传感器上送的监测数据，并将处理后的监测数据 远传至主站；所述的数据终端还接收和处理主站指令并将指令下发至熔断器状态 监测传感器。主站指令一般由主站服务器下达，比如服务器向终端设备下达如下 指令：请求查看某个数据终端的监测数据；请求将特定电流数据、熔断器位置数 据传至主站等。

数据终端内置4G通信模块(即第二通信模块)，可实时接收、处理由主站下 发的数据(比如指令)，然后再通过470MHZ的无线通信技术，将主站指令下发 给熔断器状态监测传感器。位置检测模块可以为检测熔断器位置(即分/合状态) 的角度检测器。熔断器状态监测数据内置4G通信模块(第一通信模块)，用于 与数据终端通信。

优选的，所述的熔断器状态监测传感器安装于熔断器熔管上，采用多层压叠 硅钢片构成闭合磁通回路，熔断器状态监测传感器根据电压和电流变化情况可实 现闭锁；若干熔断器安装于配电线路的不同位置；数据终端安装于配电线路的杆 塔内。

优选的，数据终端在不需要处理和转发数据时，进入休眠状态，当数据终端 接收到数据后，通过中断唤醒，对接收到的数据进行处理及转发；熔断器状态监 测传感器上电后进入休眠状态，通过定时器定时中断唤醒。

进一步的，所述的熔断器状态监测传感器，还包括应急电源、用于监测熔断 器或配电线路温度的温度检测模块、对时模块、当监测到熔断器故障后实现即时 报警的就地报警指示模块(即当故障检测模块监测到熔断故障后故障信息被传送 至就地报警指示模块，由就地报警指示模块完成报警)、用于与数据终端通信的 第一通信模块；所述的数据终端，还包括用于与熔断器状态监测传感器和主站通 信的第二通信模块、对时模块、在熔断器发生遥信变位(即分/合)时及时存储 SOE记录的熔管状态事件存储模块、远程参数修改和程序升级模块(接受外部 遥控器或主站下达的指令进行数据终端的参数修改、程序升级)。

进一步的，熔断器状态监测传感器还包括用于远程联网设定和/或修改故障复 位时间的故障复位时间模块、用于远程联网设定和/或修改报警检测的延时时间 的延时时间模块、用于远程联网设定和/或修改电流变比系数的电流变比系数模 块、用于远程联网设定和/或修改负荷电流定时远传周期的负荷电流定时远传周 期模块中的一种或几种；所述的故障整定值模块、故障复位时间模块、延时时间 模块、电流变比系数模块、负荷电流定时远传周期模块均为遥调模块，各遥调模 块收到主站或外部遥控器的指令后分别设定和/或修改故障整定值、故障复位时 间、延时时间、电流变比系数、负荷电流定时远传周期。故障复位时间模块、延 时时间模块、电流变比系数模块、负荷电流定时远传周期模块均通过接受外部遥 控器或主站下达的指令进行数据的设定、修改。

进一步的，所述的电流测量模块实现负荷电流的实时监测和定时上传、故障 电流的采集和立即上传。所述的故障电流指熔断前的故障电流。

进一步的，熔断器状态监测传感器与数据终端之间采用无线射频进行通信， 数据终端与主站之间采用GSM/GPRS进行通信。

进一步的，熔断器状态监测传感器的外壳由聚肽酸脂材料制成，熔断器状态 监测传感器内灌注环氧树脂；数据终端表面经过防腐蚀处理。

进一步的，所述的数据终端集成有太阳能电池板。

相对于现有技术，本发明有益效果为：本发明的***通过监测和上送熔断器 的故障信息、熔管位置、熔断前的故障电流等信息和数据，帮助运行维护人员及 时发现故障点，快速实现故障抢修恢复供电，同时***所采集的熔断电流作为熔 断器设备状态检修的参考。

从实用性和经济性考虑，相对于改造网络结构、增加电力设备、加强巡检强 度等手段而言，配电线路熔断器在线监测***作为一种成本低、见效快、稳定性 高、组网灵活的简易型配电自动化***，更适合于在城市郊区和农村配网进行全 面建设，从而有效的提高配网的供电可靠性。数据终端和传感器都是采用了超低 功耗处理芯片及低能耗硬件设计，数据终端在不需要处理数据的时候，进入低功 耗的休眠状态，当接收的数据后，通过中断唤醒，对接收到的数据进行处理及转 发；传感器上电后就进入低功耗的休眠状态，通过定时器，定时中断唤醒。

附图说明

图1为主站组成结构示意图；

图2为主站软件的用户账号和权限管理的功能界面示意图；

图3为主站软件的故障定位、负荷电流及导线温度实时监测的功能界面示意 图；

图4为主站软件的历史数据和报警信息查询的功能界面示意图；

图5为主站软件的数据统计和报表打印的功能界面示意图；

图6为单服务器***软件体系结构示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步阐明本发明的内容， 但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施方式。

本发明的配电线路熔断器在线监测***(型号PYZ-ZR-HD)的终端装置由熔 断器状态监测传感器和数据终端组成；其主站由路由器、短信modern、服务器、 客户端和主站软件等多种软硬件组成，并且可以支持与其它运行管理***互联。

1.终端装置

一组终端装置由一台熔断器状态监测数据终端和3只熔断器状态监测传感器 组成。3只熔断器状态监测传感器的监测数据均上送至该数据终端,而每个杆塔 均设有一台熔断器状态监测数据终端和3只熔断器状态监测传感器。

熔断器状态监测传感器和数据终端功能和性能参数如下表1所示。

表1熔断器状态监测装置功能和性能参数表

2.ZR-PW-SCADA2000***主站

2.1典型配置

***主站主要包括***软件、服务器、短信modern、UPS电源、路由器、客 户端等，其典型结构如图1所示，其典型产品型号如表2所示。

表2***主站终端标准产品列表

1.2 ZR-XM1短信Modern

功能模块

本装置短信Modern安装于客户端中，主要实现以下功能：

-向特定用户的手机转发告警短信

技术指标

表3短信Modern技术指标

2.3 ZR-RPC60服务器

***所采用的标配服务器应不低于表4所示的技术要求。

表4服务器技术要求

2.4 ZR-UPS60 UPS电源

UPS电源的标配型号为ZR-UPS60，其配置如表5所示。

表5 UPS电源配置

2.5 ZR-SFI2000***软件(即主站软件)

配电线路熔断器在线故障监测***是一套独立的配网生产和管理应用软件， 具有配电线路管理、监测和定位故障位置、实时监测线路负荷及温度等功能。 ZR-SFI2000***软件安装于主站中的服务器、客户端。

其部分功能界面如下所示：

1、用户账号和权限管理(图2)；

2、故障定位、负荷电流及导线温度实时监测(图3)；

3、历史数据和报警信息查询(图4)；

4、数据统计和报表打印(图5)。

为了符合电力公司的集中管理的要求，***主站也预留了接口，可与调度自 动化***、配电自动化***、GIS***、变电站综合自动化***等生产管理软件 集成，使得故障监测数据可以被更多的部门使用，发挥更大的作用。经过***集 成，可以实现如下功能：

1.监测***可以把故障定位信息上传给其他软件，在其他软件上展示出故障 位置、故障时间、故障类型等数据。如果传给一套GIS***，那么可以在地图上 清楚地展示故障位置的地理状况，行车路线等，可以极大程度提高故障处理的效 率。

2.监测***可以把遥测数据上传给其他软件展示，包括线路负荷电流、温度、 状态等。

2.5物理体系结构

主站***采用B/S架构，物理体系结构可以为单机***，也可以采用单服务 器客户端***。

典型的单服务器的物理体系结构由服务器、客户端及一些组网设备组成。例 如：单服务器的物理结构具体为：单服务器通过Ethernet连接若干客户端。

2.6软件体系结构

***管理软件结构如图6所示。

服务器包括以下几个软件模块：配置管理模块、告警管理模块、日志管理模 块、***管理模块、测试管理模块、***分析模块、数据库管理模块、网络服务 器模块。客户端设有核心监控处理模块。

所述的配置管理模块，用于配置客户所需的报警数据，包括报警信息的接收 号码等。所述的告警管理模块，用于主站接收到报警信息后进行图形显示，直观 的发现故障位置。日志管理模块，用于记录主站的运行和终端设备(比如数据终 端、熔断器状态监测数据等)的运行情况。所述的***管理模块包括进程监控模 块、数据校验模块、信息保存模块；进程监控模块，用于在***运行过程中对服 务器的各关键进程提供实时监测，确保在特定进程出现故障的情况下各类数据信 息(即终端设备采集到的数据，比如电流数据、熔断器位置信息)和告警信息(由 终端设备生成该告警信息并远传至主站)的输出；数据校验模块，用于对用户的 输入数据和***采集的监测数据进行合法性检测，用户的输入数据为从服务器输 入的各传感器、数据终端具***置(即各个熔断器状态监测传感器、数据终端所处的杆塔、所对应的具体熔断器的信息)；信息保存模块，用于将***运行过程 中的关键事件以及产生的告警记录和监测数据信息(即终端设备采集到的数据， 比如电流数据、熔断器位置信息)记录到相应日志中。所述的测试管理模块，用 于模拟运行测试，数据报警，其功能主要验证整套服务***是否正常工作。所述 的***分析模块，用于对接收到的报警数据进行综合分析，分析内容包括，故障 状态时的电流数据，熔管温度数据，熔断器位置数据等。所述的数据库管理模块， 用于对接收到的实时监控数据(由终端设备采集到)进行存储管理，对各个模块 (指除了数据库管理模块以外的所有其它模块)分析的结果进行存储管理。所述 的网络服务器模块，用于互联网拓扑结构，服务器端的数据接收与客户端的数据共享。

2.检测原理

熔管位置检测原理：熔断器状态监测传感器固定于熔管上，其内置角度传感 器，当熔管跌落时，其熔管水平角发生变化，当水平角小于门限时，判定为熔断 器跌落。当熔管重新闭合时，其水平角大于门限时，判定为熔断器闭合。

电流检测原理：在少数情况下，熔断器熔断时，熔管不跌落，此时通过对熔 断器电流的检测以诊断是否发生熔断器熔断，当电流突然很大、很快又变成0 时，可确定熔断器发生熔断。

PYZ-ZR-HD熔断器在线监测装置可安装在配电线路上，其中传感器固定在熔 断器熔管上，数据终端安装在杆塔上，用于在线监测熔断器运行及故障情况，是 一套具有远程传输能力的分布监控、集中管理、即时通知型的智能化管理***。

3.***功能

配电线路熔断器在线监测***实现以下主要功能：

遥信：

熔断器跌落的状态判断。

遥测：

负荷电流的实时监测和定时上传；

故障电流的采集和立即上传。

遥调：

远程联网设定和修改故障整定值；

远程联网设定和修改故障复位时间(可选)；

远程联网设定和修改报警检测的延时时间(可选)；

远程联网设定和修改电流变比系数(可选)；

远程联网设定和修改负荷电流定时远传周期(可选)。

4.技术特点

故障判决

故障判断和熔断器跌落状态的准确度高，适用性好。

数据采集

采用多层压叠硅钢片构成磁通回路，漏磁通少，配合各种高精度、高采样率 的传感器可准确采集熔断器的跌落和故障信息以及电流数据，保证了数据来源的 真实性、准确性。

供电技术

利用最新技术，可以将太阳能电池板集成到传感器上，使其可以使用太阳能 为其供电，大大延长了装置的使用寿命。

传感器内置的多层压叠硅钢片构成的闭合磁路使其具有了通过电磁感应从线 路获取电能的能力，保证装置在阴雨天气也可正常工作。

传感器具有内置锂电池作为其后备电源，晴天时可通过太阳能电池板为其充 电，保证其在低负荷的阴雨天气中也可正常工作。

数据终端可依靠太阳能电池板及蓄电池来为其供电。

通信技术

传感器与数据终端之间采用无线射频进行通信，免除了线路绝缘、安全距离 等问题。数据终端与***主站之间则可利用GSM/GPRS进行通信。上述通信配置 增强了***的可靠性、灵活性、适用性，并节省了大量网络通信基础的建设费用。

抗涌流技术

在线路送电时，传感器设有闭锁机制，会根据电压和电流变化情况实现闭锁， 防止因为涌流导致误报。在线路供电恢复稳定后，终端会自动解除闭锁，恢复正 常检测状态。

6.可靠性和适用性设计

6.1***可靠性设计 降额设计

对***中的各产品所使用的功率和发热严重的器件实施严格的降额设计，使 其在实际使用中所承受的电应力和温度应力均低于设计的额定值，同时也降低使 用电池供电产品的功耗，以此延缓其参数退化、延长其工作寿命。

元器件选择、控制和归一化

根据产品的可靠性、可维护性要求来选择***中各产品所使用的元器件的品 种、规格及生产厂家，注重器件选用的可替代性与器件归一化。所有元器件都是 经过老化试验和严格筛选的优质元器件，硬件的组装过程也有严格的质量控制， 确保长期使用的高稳定性和高可靠性。

热设计

通过器件的选择、电路设计及结构设计、加热设计、散热设计来减少温度变 化对传感器数据终端、短信modern等设备性能的影响，使之能在较宽的温度范 围内可靠地工作。

电磁兼容设计

在设计中确保传感器和数据终端之间的无线射频通信不会因受到处于同一电 磁环境中其他设备的电磁发射导致不允许的降级，也不会使同一电磁环境中其他 设备、子***、***因受检测终端和数据终端的电磁发射而导致不允许的降级。

输入电压可靠性设计

数据终端和短信modern具有抗电压跌落和升高的性能。数据终端可在输入 电压为9V至12V之间正常工作，短信modern可在输入交流电压为180V至260V 之间正常工作。

6.2硬件可靠性设计 结构件设计

传感器的外壳为耐高压和高温的聚肽酸脂材料制成，并且内部采用绝缘性能 好的环氧树脂完全灌注，完全适应高压高温环境使用。其整体采用全密闭处理， 能达到IP67防护等级。

数据终端采用304号不锈钢金属外壳，表面经过了镀硌处理，可以抵抗沿海 地区高盐潮湿环境的腐蚀，同时主机内的电路均采用防水壳密封，其整体可以达 到IP65防护等级。

电路设计

传感器、数据终端和短信modern均采用了先进的工业级元器件和模块，电路 集成度高，工艺性好，可靠性高。

6.3软件可靠性设计 防护性能

***监控管理软件采用模块化设计，各模块的设计基于松散耦合的机制，一 个模块出错时，不影响其他模块的运行；另外，增加了查错、隔离错误等措施， 防患于未然，提高了***可靠性。

容错能力

软件***的容错能力是当一个小的软件故障出现时，不足以导致整个***的 崩溃。***监控管理软件的容错能力主要体现在以下几方面：

进程监控：软件运行时，对各种关键进程提供实时监测，监控机制能够保证 进程故障情况下各类数据信息和告警信息的输出。数据校验：软件对于用户输入 数据和***采集数据进行合法性检测，保证数据之间的参考关系正确。信息保存： 软件能够自动将***运行过程中的关键事件以及产生的告警记录和数据信息记 录到相应日志中。

6.4***兼容性设计

本***的接口完全遵循国际标准接口规范IEC61970，***可支持部颁CDT、 新部颁CDT、IEC61850、IEC870-5-101、104、modbus等电力行业常用的主流标 准协议，支持信道设置、信道状态监测等管理功能。上述标准协议的采用使得我 们可以轻松与其他监控***软件(如EMS，MIS,GIS等)兼容和接口互连。

所参考的部分通信规约列举如下：

DL/T 634-2002，(IEC870-5-101)《远动设备及***第5-101部分： 传输规约基本远动任务配套标 准》

DL/T 634-2002，(IEC870-5-104)《远动设备及***第5-104 部分：传输规约采用标准传输 协议子集的IEC60870-5-101网 络访问》

DL 451-1991循环式远动规约

MODBUS_RTU通讯规约

···

本发明的***的熔断器状态监测传感器可以展开关于熔断器具体熔管点的精 准检测，能够展开关于负荷电流的测量，并及时地对故障电流进行测量，同时实 现了遥控器短距离无线，并真正的支持主站远程的参数调整，并能够实现功能上 的数据召唤，能够实现***对时功能，能够展开设备的自检工作。可以就地报警 指示，并对数据进行测量，能够实现报警信息的上传。本发明的熔断器状态监测 数据终端，能够对上传数据进行接收与处理，能实现主站的上传。可以对主站指 令进行处理，同时能够下发到传感器。能够实现***的对时。并涵盖SOE事件存 储工作，支持设备自检以及远程参数的调整，能够实现程序的升级。

***软件属于独立高效的管理软件，其能对配电线路进行管理，可以实现监 测与故障定点，能够对线路负荷情况进行实时监测，能对温度进行检测。而且该 ***拥有丰富的接口，能够同调度自动化***等多个管理软件相接，能够使对于 故障的实际监测信息及时地被比较多的部门应用。该监测***能够将故障信息传 至其他的***软件，可以实现信息的共享，能够使故障处理的效率得到一定程度 的提升。

该监测***能够将遥测相关的信息传至其他***软件，其中涵盖有线路的负 荷电流情况以及温度等信息。而且该软件运用的为模块化的设计，不同的模块有 着不同的功能，当其中模块存在异常的情况时，并不会影响其他模块的正常运作， 使***整体的运行更加的可靠。

上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、 组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种配电线路熔断器故障检测装置，其特征在于：包括熔断器状态监测传感器和数据终端；

所述的熔断器状态监测传感器，包括用于检测熔断器位置和/或跌落状态的位置检测模块，用于检测熔断器负荷电流和故障电流的电流测量模块，用于监测熔断器故障的故障检测模块；位置检测模块和电流测量模块采集的监测数据传送至故障检测模块，由故障检测模块诊断熔断器是否发生熔断故障；

所述的数据终端接收和处理熔断器状态监测传感器上送的监测数据。

2.根据权利要求1所述的一种配电线路熔断器故障检测装置，其特征在于：所述的熔断器状态监测传感器，还包括用于远程联网设定和/或修改故障整定值的故障整定值模块。

3.根据权利要求2所述的一种配电线路熔断器故障检测装置，其特征在于：所述的熔断器状态监测传感器安装于熔断器熔管上，采用多层压叠硅钢片构成闭合磁通回路，熔断器状态监测传感器根据电压和电流变化情况可实现闭锁；数据终端安装于配电线路的杆塔内。

4.根据权利要求3所述的一种配电线路熔断器故障检测装置，其特征在于：数据终端在不需要处理和转发数据时，进入休眠状态，当数据终端接收到数据后，通过中断唤醒，对接收到的数据进行处理及转发；熔断器状态监测传感器上电后进入休眠状态，通过定时器定时中断唤醒。

5.根据权利要求1所述的一种配电线路熔断器故障检测装置，其特征在于：所述的熔断器状态监测传感器，还包括应急电源、用于监测熔断器或配电线路温度的温度检测模块、对时模块、当监测到熔断器故障后实现即时报警的就地报警指示模块、用于与数据终端通信的第一通信模块；所述的数据终端，还包括用于与熔断器状态监测传感器和主站通信的第二通信模块、对时模块、在熔断器发生遥信变位时及时存储事件记录的熔管状态事件存储模块、远程参数修改和程序升级模块。

6.根据权利要求1所述的一种配电线路熔断器故障检测装置，其特征在于：所述的熔断器状态监测传感器，还包括用于远程联网设定和/或修改故障复位时间的故障复位时间模块、用于远程联网设定和/或修改报警检测的延时时间的延时时间模块、用于远程联网设定和/或修改电流变比系数的电流变比系数模块、用于远程联网设定和/或修改负荷电流定时远传周期的负荷电流定时远传周期模块中的一种或几种；所述的故障整定值模块、故障复位时间模块、延时时间模块、电流变比系数模块、负荷电流定时远传周期模块均为遥调模块，各遥调模块收到主站或外部遥控器的指令后分别设定和/或修改故障整定值、故障复位时间、延时时间、电流变比系数、负荷电流定时远传周期。

7.根据权利要求1所述的一种配电线路熔断器故障检测装置，其特征在于：所述的电流测量模块实现负荷电流的实时监测和定时上传、故障电流的采集和立即上传。

8.根据权利要求1所述的一种配电线路熔断器故障检测装置，其特征在于：熔断器状态监测传感器与数据终端之间采用无线射频进行通信。

9.根据权利要求1所述的一种配电线路熔断器故障检测装置，其特征在于：熔断器状态监测传感器的外壳由聚肽酸脂材料制成，熔断器状态监测传感器内部灌注环氧树脂；数据终端表面经过防腐蚀处理；所述的数据终端集成有太阳能电池板。

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