一种配电网架空线路故障检测指示装置的制作方法

本发明涉及配电线路故障检测领域，尤其是一种适用于配电网架空线路负荷监测、故障检测、故障定位的专用故障指示装置。

背景技术：

故障指示器是挂装于架空线路上，检测线路负荷电流，检测短路、接地故障，给出翻牌、闪灯指示；同时，它将检测到的线路数据、故障信息上传给供电监控部门，帮助供电部门迅速查找到故障点，缩短停电时间，从而提高供电可靠性。

现有技术中，故障指示器存在多种问题，例如：线路取电电流不稳定且范围大，没有储备电源充、放电管理，电源效率低，严重影响储备电源充电寿命；普遍采用半波采样，不能分析线路全波情况，电流采样范围太广，偶然误差对采样精度影响太大；无线通讯常采用433MHz的RF通讯，距离近且不稳定。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种结构合理的配电网架空线路故障检测指示装置，可以很好的解决线路取电电流不稳定、电源效率低、采样精度差等问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种配电网架空线路故障检测指示装置，包括电源管理模块、电流突变检测模块、全波分级采样模块、RF通讯模块和指示模块；电源管理模块、电流突变检测模块、全波分级采样模块、RF通讯模块和指示模块都分别与MCU模块相连，电流突变检测模块还与电源管理模块相连。

优选的，电源管理模块包括第一取电线圈、整流电路、调理电路、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、电源管理芯片PM、超级电容Super Cap和电池BAT；第一取电线圈连接整流电路，整流电路连接调理电路，调理电路两端分别连接第一电容C1的两端，第一电容C1连接电源管理芯片PM，电容BAT与超级电容Super Cap组成一个回路，一端连接电源管理芯片PM，另一端直接接地，第二电容C2与第三电容C3组成一个回路，一端连接电源管理芯片PM，另一端直接接地，电源VCC为整个装置提供工作电源。

优选的，电流突变检测模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第一三极管Q1；第一电阻R1和第一二极管D1依次相连连接到第一三极管Q1的集电极；第三二极管D3、第五二极管D5、第五电容C5、第四电容C4和第四二极管D4依次相连连接到第一三极管Q1的基极；第六电容C6一端连接第五二极管D5，另一端直接接地，第三电阻R3并联在第六电容C6的两端；第三电阻R3一端连接在第六电容C6和第四二极管D4的中间，另一端直接接地；第四电阻R4一端连接在第四二极管D4与第一三极管Q1的基极中间，另一端直接接地；第七电容C7一端连接在第一三极管Q1的集电极，另一端连接在第一三极管Q1的发射极；第二二极管D2的一端连接MCU，一端连接在第一三极管Q1的集电极。

优选的，全波分级采样模块包括第二采样线圈、第七二极管D7、第六电阻R6、第七电阻R7、第十电阻R10、第十二电阻R12、第二三极管Q2、第八电容C8、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2；第七电阻R7的一端连接第一运算放大器U1的反相输入端，一端直接接地，第一运算放大器U1的正相输入端连接第二运算放大器的反相输入端，第一运算放大器的输出端接ADC_0端，第六电阻R6一端连接在第七电阻R7与第一运算放大器U1的反相输入端之间，另一端连接在第一运算放大器U1的输出端与ADC_0端之间；第二运算放大器U2的输出端接ADC_1端；第二采样线圈一端连接第十电阻R10后接入第二运算放大器U2的正相输入端，一端连接第七二极管D7连接基准电压，第十二电阻R12并联在第七二极管D7的两端，第八电容C8一端连接在第十电阻R10与第二运算放大器U2的正相输入端之间，另一端直接接地。

优选的，RF通讯模块选用MJN400/900，包括14个管脚，1管脚为RF管脚，2管脚为GND管脚，3管脚为MISO管脚，4管脚为MOSI管脚，5管脚为NSS管脚，6管脚为CLK管脚，7管脚为RST管脚，8管脚为DIO0管脚，9管脚为DIO1管脚，10管脚为NC管脚，11管脚为DIO3管脚，12管脚为NC管脚，13管脚为GND管脚，14管脚为VCC管脚；第七电容C7的一端连接14管脚，另一端接地；2管脚直接接地，13管脚直接接地，1管脚连接天线J1。

本发明的有益效果为：解决了储备电源充放电管理问题，提高了电源效率，延长了储备电源充电寿命；分析线路全波情况，分级采样，减少了偶然误差对采样精度的影响；采用LoRa^TM调制方式，解决了常规无线通讯采用433MHz的RF通讯距离近、不稳定的问题。

附图说明

图1是本发明的整体装置电气原理示意图。

图2是本发明的电源管理模块示意图。

图3是本发明的电流突变检测模块原理图。

图4是本发明的全波分级采样模块原理图。

图5是本发明的RF通讯模块原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种配电网架空线路故障检测指示装置，包括电源管理模块、电流突变检测模块、全波分级采样模块和RF通讯模块；电源管理模块、电流突变检测模块、全波分级采样模块、RF通讯模块和指示模块都分别与MCU模块相连，电流突变检测模块还与电源管理模块相连。

电流突变检测模块包括第一线圈、整流单元和异常检测单元；RF通讯模块包括通讯单元；全波分级采样模块包括第二线圈、基准电压和滤波单元；指示模块包括本地指示单元。第一线圈采集到的交流电压经过整流单元整流后的直流经过调理单元进入电源管理单元作为装置供电的首选电源，同时给超级电容充电；当线路电流小，第一线圈产生电能不足以给装置供电时，电源管理单元将供电转切到超级电容，由超级电容放电来维持装置供电，当超级电容放电低于一定阈值时，不足以维持设备供电，电源管理单元将供电转切到备用电池供电；同时第一线圈整流后直流电压用于突变检测：若电压突变引起电流突变，引起第三电容C3和第四电容C4的充放电，从而在第五电阻R5产生电压，驱动NPN型第一三极管Q1，由于第二二极管D2连接的MCU管脚被设置为内部上拉，此时该管脚被拉低，形成下降沿，触发MCU中断。第二线圈采集交流信号，由于基准电压的抬高，使得整个交流波形都可以被MCU内部的ADC模块采集到。MCU模块通过Lora技术的RF通讯模块与采集装置无线通讯，传递电流和故障判断信息，接收采集装置的读取和设置信息；MCU模块控制指示模块通过闪灯、旋转机械装置来进行就地指示故障区分和引导检修人员排除故障。

如图2所示，为本发明的电源管理模块结构图。电源管理模块包括第一取电线圈、整流电路、调理电路、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、电源管理芯片PM、超级电容Super Cap和电池BAT；第一取电线圈连接整流电路，整流电路连接调理电路，调理电路两端分别连接第一电容C1的两端，第一电容C1连接电源管理芯片PM，电池BAT与超级电容Super Cap组成一个回路，一端连接电源管理芯片PM，另一端直接接地，第二电容C2与第三电容C3组成一个回路，一端连接电源管理芯片PM，另一端直接接地，电源VCC为整个装置各模块提供工作电源。

调理电路将整流后毛糙的直流调理平滑，同时对线路产生电压较大的时候，对后级的电路进行保护，第一电容C1电容平滑如数电压，第二电容C2和第三电容C3滤波并且稳定工作电源VCC。

第一取电线圈经整流电路和调理电路后给电源管理芯片PM供电，当第一电容C1两端电压达80mV-3.3V即可供电，380mV冷启动内部电荷泵，带最大功率点跟踪MPPT，有效提高电源效率；此时，内部低压差线性稳压器LDO主电源给设备提供稳压电源VCC，同时给超级电容Super Cap充电，直至充满。当LDO主电源失去或不足后自动切换至超级电容或可充电电池，当电池供电电源仍不足，将再次切换到后备电池供电。

如图3所示，为本发明的电流突变检测模块结构图。电流突变检测模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第一三极管Q1；第一电阻R1和第一二极管D1依次相连连接到第一三极管Q1的集电极；第三二极管D3、第五二极管D5、第五电容C5、第四电容C4和第四二极管D4依次相连连接到第一三极管Q1的基极；第六电容C6一端连接第五二极管D5，另一端直接接地，第三电阻R3并联在第六电容C6的两端；第三电阻R3一端连接在第六电容C6和第四二极管D4的中间，另一端直接接地；第四电阻R4一端连接在第四二极管D4与第一三极管Q1的基极中间，另一端直接接地；第七电容C7一端连接在第一三极管Q1的集电极，另一端连接在第一三极管Q1的发射极；第二二极管D2的一端连接MCU，一端连接在第一三极管Q1的集电极。

当线圈断电时，第一三极管Q1截止，MCU中断管脚内部上拉。线路上电瞬间，第四电容C4和第五电容C5充电，电流流过第三电阻R3和第四电阻形成电压，第一三极管Q1导通，MCU中断管脚下降沿中断。当线路相对稳定后，电容不再充电，第五电阻R5无压差，第一三极管Q1截止，当电路突变时，电容充电，第一三极管Q1导通，MCU中断管脚下降沿产生中断。

如图4所示，为本发明的全波分级采样模块结构图。全波分级采样模块包括第二采样线圈、第七二极管D7、第六电阻R6、第七电阻R7、第十电阻R10、第十二电阻R12、第二三极管Q2、第八电容C8、第一运算放大器U1、第二运算放大器U2；第七电阻R7的一端连接第一运算放大器U1的反相输入端，一端直接接地，第一运算放大器U1的正相输入端连接第二运算放大器的反相输入端，第一运算放大器的输出端接ADC_0端，第六电阻R6一端连接在第七电阻R7与第一运算放大器U1的反相输入端之间，另一端连接在第一运算放大器U1的输出端与ADC_0端之间；第二运算放大器U2的输出端接ADC_1端；第二采样线圈一端连接第十电阻R10后接入第二运算放大器U2的正相输入端，一端连接第七二极管D7连接基准电压，第十二电阻R12并联在第七二极管D7的两端，第八电容C8一端连接在第十电阻R10与第二运算放大器U2的正相输入端之间，另一端直接接地。

第二采样线圈经第十二电阻R12转换为电压信号，基准电压1.25V抬高信号电压，ADC可采集信号的完整波形，方便电流及故障判断第七二极管D7位前端瞬间抑制，第十电阻R10和第八电容C8组成低通滤波器，当MCU管脚AD_CTR打开第二三极管Q2后，打开超低功耗运放和基准电源完成采样。启动第一运算放大器U1位正向放大电路，第二运算放大器U2为电压跟随器，当电压较小时，采样信号以放大后的ADC_0通道采样值为准，当电压大于一定值或进入死区时，采样值以ADC_1为准。

如图5所示，为本发明的RF通讯模块结构图。RF通讯模块选用MJN400/900，包括14个管脚，1管脚为RF管脚，2管脚为GND管脚，3管脚为MISO管脚，4管脚为MOSI管脚，5管脚为NSS管脚，6管脚为CLK管脚，7管脚为RST管脚，8管脚为DIO0管脚，9管脚为DIO1管脚，10管脚为NC管脚，11管脚为DIO3管脚，12管脚为NC管脚，13管脚为GND管脚，14管脚为VCC管脚；第七电容C7的一端连接14管脚，另一端接地；2管脚直接接地，13管脚直接接地，1管脚连接天线J1。

无线通讯采用HexNet无线模块，MJN400/MJN900RF通讯模块，模块工作在ISM免费频段，可支持433MHz、868MHz和915MHz；支持星状网络和Mesh网络，自动组网，自动路由，免去人工维护；可进入休眠模式，功耗低；采用LoRa^TM调制方式，能适应城市、郊区、乡村等不同环境；具有扩频技术，不受天气影响；具有160dB的Link Budget，可远距离传输。

尽管本发明就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本发明的权利要求所限定的范围，可以对本发明进行各种变化和修改。