CN203178408U - 一种电缆线路故障指示器 - Google Patents

Abstract

一种电缆线路故障指示器，属于电力自动化领域。包括MCU，其特征在于：MCU内置有ADC，与MCU相连有测量单元、取电单元、储能单元、电源模块以及通信模块，测量单元与MCU内置的ADC相连，MCU控制ADC启动对测量单元进行数据的采集，将采集到的数据传递到MCU内的中央处理单元进行数据处理以及故障判断，并将处理完的数据传送至其内的通信端口，通信端口通过与之相连的通信模块将数据进行上传；取电单元通过与之相连的电源模块为MCU进行供电，取电单元同时与储能单元相连并为其充电。本装置解决了目前电缆线路故障指示器指示不可靠、上传电流不准确，适用范围小、使用寿命短等弊端。

Description

一种电缆线路故障指示器

技术领域

一种电缆线路故障指示器，属于电力自动化领域。具体涉及一种适用于10kV环网柜、电缆分支箱中电缆线路的故障检测指示器。

背景技术

电缆故障指示器是一种用于电力电缆区段的短路故障和单相接地故障的综合检测装置。它安装在配电网***中的环网开关柜、电缆分支箱中，工作人员可借助指示器的报警指示，迅速确定并判断故障区段，找出故障点。在现有技术中，电缆故障指示器主要分为模拟式和数字式两种类型的产品。模拟式产品为早期产品，模拟式电缆故障指示器的各个功能完全通过模拟电路实现，其可靠性及测量精度往往较差，同时自动化水平较低；数字式产品的结构如图3所示，主要包括以下几个部分：数据采集模块、中央处理单元以及通信模块。其中中心处理模块主要完成采样控制、数据处理、逻辑判断等功能；数据采集模块接收中心处理模块发来的采样控制信号完成模拟量的采集；通信模块根据特定的通信端口和规约要求进行数据的发送。但在现有技术中的电缆故障指示器使用时通常存在故障指示不可靠、上报电流不准确，适用范围小的缺点，并且一般采用电池作为电源，使用寿命及工作稳定性受到了很大的限制。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种解决了目前电缆线路故障指示器指示不可靠、上传电流不准确，适用范围小、使用寿命短等弊端的一种电缆线路故障指示器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该一种电缆线路故障指示器，包括MCU，其特征在于：MCU内置有ADC，与MCU相连有测量单元、取电单元、储能单元、电源模块以及通信模块，测量单元与MCU内置的ADC相连，MCU通过采样启动信号控制ADC启动对测量单元进行数据的采集，并将采集到的数据传递到MCU内的中央处理单元进行数据处理以及故障判断，并将处理完的数据传送至其内的通信端口，通信端口通过与之相连的通信模块将数据进行上传；取电单元通过与之相连的电源模块为MCU进行供电，取电单元同时与储能单元相连并为其充电。

所述的测量单元包括测量CT、整流桥以及测量电阻，测量CT从线路中截取到交流电流信号，经整流桥整流为直流电流信号，直流电流信号加载到测量电阻两端形成测量电压信号。

所述的取电单元包括取电CT、整流桥、保护电路以及稳压电路。

所述的采样启动信号为MCU内置的自动定时器的溢出中断信号。

所述的储能单元采用超级电容。

所述的通信模块上设置有标准SC光纤接口，并通过标准SC光纤接口实现数据的上传。

所述的MCU采用PIC16F690的微处理器芯片。

所述的MCU或采用STC15F2K60S2系列微处理器芯片。

与现有技术相比，本实用新型的所具有的有益效果是：

1、采用高性能超低功耗MCU作为处理器，内置ADC模块，抗干扰能力强，指令***简单，指示可靠，实用性强；

2、MCU通过SC标准光纤接口上传电流数据和故障信号，提高了传输过程中的抗干扰能力，上传电流准确可靠；

3、综合考虑各种线路故障的电流特征，故障判据合理可靠，适用范围广；

4、内置取电单元，无需电池，避免了因电池损坏或耗尽造成的指示器失灵；

5、采用了超级电容对同类产品中常用的锂电池进行替代，解决了现有技术中使用寿命短以及因锂电池耗尽而导致故障指示失灵等问题；

6、采用电流互感器作为电流采集以及电能截取的元件，使得工作更稳定可靠，同时采集精度更高。

附图说明

图1为一种电缆线路故障指示器方框示意图。

图2为一种电缆线路故障指示器软件结构示意图。

图3为现有技术方框示意图。

具体实施方式

图1~2是本实用新型的最佳实施例，下面结合附图1~3对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，本实用新型的一种电缆线路故障指示器由以下几部分组成：作为整个装置核心的MCU以及与MCU相连的测量单元、取电单元、储能单元、电源模块和通信模块。测量单元与MCU内置的ADC相连，将采集到的数据通过ADC传递到MCU内的中央处理单元进行数据处理，并将处理完的数据传送至其内的通信端口，通信端口通过与之相连的通信模块将数据上传到用户装置，同时将数据发送至面板，实现故障的显示。取电单元从线路中截取微量电能并通过与之相连的电源模块为MCU进行供电。取电单元同时与储能单元相连并为其充电，当线路中发生故障时，通过储能单元储存的能量代替取电单元为MCU进行供电，以维持数据的上传。

各个单元的结构以及具体功能如下：

MCU：在本实用新型中，MCU采用的是型号为PIC16F690的低功耗型处理芯片，且内部内置有ADC，同时具有在线调试和在线下载功能。通过其内置的ADC实现模数转换，减少了连线数量，增强了抗干扰能力。在实际工作时，通过程序设置，使用自动定时器的溢出中断作为采样启动信号，MCU根据采样启动信号启动ADC对相应通道进行数据的采集，并将采集到的数据送至中央处理单元进行数据的处理和故障判断，计算出线路中的电流数据。然后根据预设定的时间间隔通过MCU内的通信端口以及与通信端口相连的通信模块将线路的电流数据上传至用户装置；在发生故障时将故障电流值进行上传，同时将故障信号发送至面板，通过面板进行故障的显示。数据上传的时间间隔可以根据用户的要求进行设定，默认为15分钟。

测量单元：测量单元包括测量CT、整流桥以及测量电阻。软件程序利用MCU内置的ADC采集测量电阻上的瞬时电压信号（该电压信号和线路电流信号成线性关系），得到表征线路电流的数字信号，再利用MCU计算出线路上的瞬时电流值。在本装置中，采用了电流互感器（CT）作为数据采集元件，从而可以达到较高的测量精度，在本装置进行测量时，精度可以达到5%。

取电单元：取电单元包括取电CT、整流桥、保护电路以及稳压电路。取电单元从电缆线路中取得微量的交流电能，所取得的交流电电能依次经过整流桥、保护电路和稳压电路的处理之后变为稳定、纯净的直流电电能，为储能单元充电，同时通过电源模块为MCU供电。在本实施例中，同样采用了电流互感器（CT）作为取电元件。取电单元中的保护电路主要包括过流保护电路以及过压保护电路。

储能单元：当线路中发生相间短路故障或对地短路故障时，安装在故障线路中的继电保护装置会在极短的时间内将故障线路切断，故障线路电流随即降为零。此时取电单元无法满足MCU的供电需求，从而使用储能单元中储存的能量代替取电单元为MCU进行供电，以维持数据的上传。在本实用新型中，储能单元使用超级电容取代了同类产品中常用的锂电池，超级电容无记忆效应，理论上可以进行无限次的充放电，使装置的使用寿命大大延长。

电源模块：取电单元从线路中取得的电能为电流信号，该电流信号无法直接为MCU所用，通过电源模块将取电单元取得的电流信号转换为适合MCU使用的电压信号，以满足MCU工作的需求。在实现电流信号转换为电压信号时，可以采用电阻实现转换。由于本装置直接安装在电缆线路中，所以线路中电流变化较大，仅通过电阻无法可靠工作，在实际电路中，可以通过设置电流泄放电路以及过流、过压保护电路与电阻配合完成电流信号到电压信号的转换。

通信模块：MCU将其中央处理单元处理完成的数据通过通信端口传递至通信模块，然后由通信模块将数据上传至用户装置。本实用新型的一种电缆线路故障指示器与用户装置之间采用的是标准SC光纤接口，所以通信模块在接收到中央处理单元处理完成的数据后首先将电信号转换为光信号，然后通过标准SC光纤接口将光信号传递至用户装置，完成数据的上传。通信模块由于采用了标准SC光纤接口，且其内置的为高亮发光二极管，所以信号传递更加可靠。

如图2所示为本实用新型的软件结构示意图。MCU接收到定时器的信号控制ADC启动并完成数据采集工作，ADC将采集到的数据传递至中央处理单元，并在中央处理单元内完成数据处理和故障判断。处理完成的数据按照预先设定的时间间隔通过MCU的通信端口传递至通信模块，由通信模块将数据上传至用户装置。

在中央处理单元完成故障判断时的具体判据为：

1、初始线路电流不为零；

2、线路电流突变量大于设定值（默认为200A，可根据用户要求设定）；

3、线路突变电流持续时间在3秒以内；

4、突变后线路电流变为零。

当同时满足以上四条判据时，则可以判定为线路中发生相间短路故障或对地短路故障。

当发生故障后，本实用新型的一种电缆线路故障指示器的面板对故障进行显示，当发生相间短路时，短路两相上挂接的短路故障指示器发出故障信息，面板指示器上表征故障相的LED灯闪烁；当发生单相对地短路时，故障相上挂接的短路故障指示器发出故障信息，面板指示器上表征故障相的LED灯闪烁，两种故障发生时，LED的闪烁方式相同。

本实用新型的一种电缆线路故障指示器在完成故障指示并上传电流数据后自动复位，自动复位的设置由通过对MCU进行软件编程实现。同时面板在规定时间内自动复位。面板的复位同样由通过对MCU进行软件编程实现，上述的规定时间可自行设定，默认为2小时。

具体工作过程如下：

本实用新型的一种电缆线路故障指示器工作过程可分为以下几步：

1、取电过程，取电单元能够取得足够的电能是本装置能够工作的前提。当线路电流大于2A时，取电装置即可从线路上取电。此时取电单元从线路中去的微量的电能，该部分电能分为两部分，一部分对储能单元进行充电，另一部分通过电源模块作为单片机***的工作电源；

2、数据测量、上传过程，测量单元测量通过电流互感器（CT）对线路进行测量，此时测量CT采集到的为交流电流。交流电流经过测量单元内的整流桥被整流为直流电流，该直流电流流过测量电阻，在测量电阻两端形成测量电压（该测量电压和线路电流信号成线性关系）。然后软件程序利用MCU内置的ADC采集测量电阻上的瞬时电压信号，并转换为表征线路电流的数字信号，然后MCU内的中央处理单元根据上述数字信号计算出线路上的瞬时电流值。在中央处理单元进行数据计算的同时，中央处理单元按照预先设定的时间间隔发送至通信端口，并由通信端口发送至与之相连的通信模块，通信模块首先将电信号转换为光信号，并通过其内设的标准SC光纤接口将数据上传至用户装置；

3、故障判断、数据上传过程：MCU内的中央处理单元根据ADC采集到的瞬时电流值判断线路故障：当线路正常工作时，该电流瞬时值变化不大，即使有大的波动超过设定值，因线路电流最终恢复正常值，而不应发出报警信号；当线路故障时，线路上流经的是正常的线路电流（电流值一般较小，一般在10A~200A之间）会突变为400A以上甚至更高，此时安装在线路上的继电保护装置会在极短的时间内切断故障线路，故障线路电流随即降为零。此时取电单元无法取电维持本装置的工作，由储能单元继续为MCU供电以维持故障数据的上传，本装置在指示完故障并上传电流数据后自动复；MCU同时将故障信号传递至面板对故障进行显示，面板在规定时间到后复位。

在本实用新型中，如上所述，MCU采用的是PIC16F690型单片机，也可以采用其他具有低功耗功能和内置ADC模块的单片机，如宏晶的STC15F2K60S2系列。所述的用户装置为与通信模块实现光通信的光信号接收装置，该光信号接收装置接收到通信模块的光信号之后，可以对接收到的光信号进行进一步处理，完成数据的进一步上传。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种电缆线路故障指示器，包括MCU，其特征在于：MCU内置有ADC，与MCU相连有测量单元、取电单元、储能单元、电源模块以及通信模块，测量单元与MCU内置的ADC相连，MCU通过采样启动信号控制ADC启动对测量单元进行数据的采集，将采集到的数据传递到MCU内的中央处理单元进行数据处理以及故障判断，并将处理完的数据传送至其内的通信端口，通信端口通过与之相连的通信模块将数据进行上传；取电单元通过与之相连的电源模块为MCU进行供电，取电单元同时与储能单元相连并为其充电。

2.根据权利要求1所述的一种电缆线路故障指示器，其特征在于：所述的测量单元包括测量CT、整流桥以及测量电阻，测量CT从线路中截取到交流电流信号，经整流桥整流为直流电流信号，直流电流信号加载到测量电阻两端形成测量电压信号。

3.根据权利要求1所述的一种电缆线路故障指示器，其特征在于：所述的取电单元包括取电CT、整流桥、保护电路以及稳压电路。

4.根据权利要求1所述的一种电缆线路故障指示器，其特征在于：所述的采样启动信号为MCU内置的自动定时器的溢出中断信号。

5.根据权利要求1所述的一种电缆线路故障指示器，其特征在于：所述的储能单元采用超级电容。

6.根据权利要求1所述的一种电缆线路故障指示器，其特征在于：所述的通信模块上设置有标准SC光纤接口，并通过标准SC光纤接口实现数据的上传。

7.根据权利要求1所述的一种电缆线路故障指示器，其特征在于：所述的MCU采用PIC16F690的微处理器芯片。

8.根据权利要求1所述的一种电缆线路故障指示器，其特征在于：所述的MCU或采用STC15F2K60S2系列微处理器芯片。

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