一种电网故障定位系统的制作方法

本实用新型涉及电网监控领域，特别的涉及了一种电网故障定位系统。

背景技术：

在输配电系统中，如果配电网络系统中发生了短路故障或接地故障，必须尽快找到故障点，以防止发生重大事故，以往的供电系统由于智能化不足，需要大量的人力去巡线，逐一排查故障点，随着科学技术的发展，通过使用故障指示器，可以标出发生故障的部分，维修人员可以根据指示器的报警信号快速找到发生故障的区段，断开故障区段，从而及时恢复无故障区段的供电，减少停电时间和停电范围，排除安全隐患。虽然目前有安装在配电线路中的故障指示器，和故障指示器通讯终端来识别故障，但检测原理都是被动检测，监测单相接地故障前后配电网参数的变化，但大部分接地系统所产生的接地故障信号本身较弱，在受到谐波污染和电磁干扰，导致故障指示器无法准确判断出是否故障，以及故障点在哪里。

技术实现要素：

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的一种电网故障定位系统，包括：信号发生装置、故障指示器以及配电中心站；其中，所述信号发生装置和所述故障指示器分别与所述配电中心站通信连接。

优选的，所述信号发生装置包括：核心主控板、电源模块、主电源电路、指示模块、报警模块、存储模块、时钟电路、多个电流互感器、授时电路、通信模块、网口转换器以及信号输出执行电路；其中，所述电源模块、主电源电路、指示模块、报警模块、存储模块、时钟电路、多个电流互感器、授时电路、通信模块、网口转换器以及信号输出执行电路分别与所述核心控制板连接；所述电源模块与所述主电源电路连接。

更优选的，所述主电源电路包括：互相连接的24v转5v子电路和5v转3.3v子电路。

更优选的，所述多个电流互感器通过485总线与所述核心主控板连接。

更优选的，所述授时电路包括：互相连接的天线和gps定位模块

更优选的，所述通信模块进一步包括：与所述通信模块连接的sim卡。

更优选的，所述信号输出执行电路包括：依次连接的缓冲器、接触器与负载电阻；其中，

所述缓冲器至少具有三个引脚用于分别连接一组互相连接的接触器和负载电阻。

更优选的，在所述一组互相连接的接触器和负载电阻中，所述负载电阻通过所述接触器选择性的接入三相电网中的一相。

更优选的，所述通信模块包括：2g通信模块、3g通信模块、4g通信模块和/或wifi模块。

更优选的，所述核心主控板集成包括控制模块；所述控制模块包括：单片机、mcu、arm或cpu。

本实用新型的优点在于：通过信号发生装置主动向电网中注入特征电流信号，从而使得本实用新型系统能够更加准确的对接地故障进行检测和定位。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

附图1示出了根据本实用新型具体实施方式的一种优选的信号发生装置电路原理示意图。

附图2示出了根据本实用新型具体实施方式的24v转5v子电路原理示意图。

附图3示出了根据本实用新型具体实施方式的5v转3.3v子电路原理意图。

附图4示出了根据本实用新型具体实施方式的指示模块电路原理示意图。

附图5示出了根据本实用新型具体实施方式的报警模块电路原理示意图。

附图6示出了根据本实用新型具体实施方式的存储模块电路原理示意图。

附图7示出了根据本实用新型具体实施方式的时钟电路原理示意图。

附图8示出了根据本实用新型具体实施方式的电流采集电路原理示意图。

附图9示出了根据本实用新型具体实施方式的授时电路原理示意图。

附图10示出了根据本实用新型具体实施方式的通信模块电路原理示意图。

附图11示出了根据本实用新型具体实施方式的网口转换器电路原理示意图。

附图12示出了根据本实用新型具体实施方式的信号发生装置的整体电路原理示意图。

附图13示出了根据本实用新型具体实施方式的信号输出执行电路原理示意图。

附图14示出了根据本实用新型具体实施方式的电网故障定位工作原理示意图。

附图15示出了根据本实用新型具体实施方式的特征电流信号注入后的故障指示器动作示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本实用新型通过主动信号发生源，将特征信号注入电网，同时采集此特征信号，并将采集到的注入特征信号回传到中心站；与此同时，故障指示器同样对电网中的该特征信号进行采集，并将该特征信号以及特征信号产生的时间通过通讯终端上传到配网中心站；而后由所述配网中心站根据指示器接收该特征信号的情况以及故障指示器的分布确定故障点的位置；进而指引现场维修人员快速定位故障点，排出安全隐患。本实用新型的信号发生源可以产生多种简单、有效的特征信号；其不受电网谐波等信号的干扰，从而更容易被准确识别，从而实现准确定位。

如图1所示，为根据本实用新型具体实施方式的一种优选的信号发生装置电路原理示意图。所述一种优选的信号发生装置包括：核心主控板、电源模块、主电源电路、指示模块、报警模块、存储模块、时钟电路、多个电流互感器、授时电路、通信模块、网口转换器以及信号输出执行电路。其中，所述电源模块、主电源电路、指示模块、报警模块、存储模块、时钟电路、多个电流互感器、授时电路、通信模块、网口转换器以及信号输出执行电路分别与所述核心控制板连接，所述电源模块与所述主电源电路连接。

具体的，所述核心主控板集成有控制模块，所述控制模块包括：单片机、mcu、arm或cpu，用于控制与其连接的各个硬件模块的工作；所述主电源电路分为24v转5v子电路和5v转3.3v子电路，用于为所述核心主控板及相关硬件模块供电；所述指示模块包括led指示灯，用于对相关信息的指示；所述报警模块包括蜂鸣器，用于根据故障发出报警；所述存储模块包括sd卡，用于相关数据的存储；所述时钟电路包括rtc模块，用于提供实时时钟；所述电流采集电路包括：模数转换模块以及电流互感器，用于采集电网中的电流信号；所述授时电路包括：gps模块，用于为相应的发送数据加以时间戳；所述网口转换器用于与以太网的连接；所述信号输出执行电路包括：缓冲器、继电器以及负载电阻，用于向电网中施加特征电流信号。信号发生装置的主要工作流程包括：在主控模块的控制下生成特征信号并通过所述信号输出执行电路向电网中施加特征电流信号；通过所述电流采集电路采集电网中的特征电流信号，通过授时电路加以时间戳后发送给配电中心站。本实用新型中采用ok335x型号核心主控板实现所述信号发生装置各个硬件模块的连接。下面结合具体附图对所述信号发生装置的各个组成部分进行更加详细的说明。

如图2所示，为根据本实用新型具体实施方式的24v转5v子电路原理示意图。所示的24v转5v子电路包括：电压转换隔离模块，耦合在所述电压转换隔离模块的24v输入引脚和第一接地引脚之间的第一电容和第一瞬态电压抑制器；耦合在电源端和所述电压转换隔离模块的24v输入引脚之间的第一肖特二极管；依次耦合在所述电压转换隔离模块的5v输出引脚和第二接地引脚之间的第二电容、第二瞬态电压抑制器以及第三瞬态电压抑制器。所述24v转5v子电路的输入端用于与24v的电源模块连接从而输出5v的输出电压。其中，所述电压转换隔离模块的型号为vrb2405ymd-6wr3；所述第一电容的电容量为10μf，击穿电压为50v；所述第二电容的电容量为10μf，击穿电压为16v。

如图3所示，为根据本实用新型具体实施方式的5v转3.3v子电路示意图。所述5v转3.3v电压转换隔离子电路包括：稳压器；耦合在所述稳压器的vin引脚与gnd引脚之间的第三电容；依次耦合在所述稳压器的vout引脚与gnd引脚之间的第四电容、第二肖特二极管以及第三肖特二极管。其中，所述稳压器的型号为ams1117；所述5v转3.3v电压转换隔离子电路的输入端与所述24v转5v子电路的输出端连接，用于提供3.3v的电源电压。

上述中所述24v转5v子电路与所述5v转3.3v子依次连接进而与核心主控板连接。

如图4所示，为根据本实用新型具体实施方式的指示模块电路原理示意图。所述指示模块包括：时间继电器以及led指示灯；分别耦合在所述24v电源端和时间继电器的6个输入端的第一到第六电阻；分别耦合在所述时间继电器的6个输出端与地电势端的5个三极管，其中，每个三极管的集电极与所述时间继电器的对应输出引脚连接，每个三极管的发射极与所述地电势端连接，每个三极管的基极接有连个并联电阻，一个用于与地电势端连接，另一个用于与led指示灯的对应引脚连接。所述指示模块用于当电网中发生短路故障、漏电故障或单相接地故障时，在所述核心主控板的控制在对故障信息作出指示。

如图5所示，为根据本实用新型具体实施方式的报警模块电路原理示意图。所述报警模块包括：蜂鸣器；耦合在所述蜂鸣器一个引脚与地电势端之间的三极管；其中，所述三极管的集电极与所述蜂鸣器的一个引脚连接，所述三极管的发射极与地电势端连接，所述三极管的基极接有两个并联的电阻，一个与所述核心主控板的对应引脚连接，另一个与所述地电势端连接。所述报警模块用于当电网中发生短路故障、漏电故障或单相接地故障时，发出声音警报。

如图6所示，为根据本实用新型具体实施方式的存储模块电路原理示意图。所述存储模块包括：sd卡模块及外围电气元件。所述存储模块用于相关控制程序及相关信息的存储。

如图7所示，为根据本实用新型具体实施方式的时钟电路原理示意图。所述时钟电路包括：rtc模块及其外围电气元件。所述rtc模块的引脚与所述核心主控板的对应引脚连接；所述rtc模块的scl引脚和sda引脚分别与所述核心主控板的对应引脚连接。所述时钟电路用于提供实时时钟。

如图8所示，为根据本实用新型具体实施方式的电流采集电路原理示意图。所述电流采集电路包括：模数转换器、电流互感器以及相关电气元件；其中，所述模数转换器与所述电流互感器连接，所述模数转换器的相关引脚与所述核心主控板的对应引脚连接，所述电流互感器用于对电网中的特征电流信号进行采集。

如图9所示，为根据本实用新型具体实施方式的授时电路原理示意图。所述授时电路包括：天线、gps定位模块及外围电气元件。其中，所述天线通过相关外围电气元件与所述gps定位模块的rf-in引脚连接。所述授时电路通过所述gps定位模块的rxd1引脚和txd1引脚进而与所述核心主控板的对应引脚连接。所述授时电路用于实时通过天线获取gps时间信息，所述时间信息用于在所述信号发生装置向所述配电中心站发送所述特征电流信号时，为其加以时间戳。

如图10所示，为根据本实用新型具体实施方式的通信模块电路原理示意图。所述通信模块包括：3g通信模块、sim卡以及外围电气元件。所述3g通信模块的w-disable-n引脚与所述核心主控板的对应引脚连接，所述3g通信模块的pon-reset-n引脚与所述核心主控板的对应引脚连接；所述3g通信模块的usb-dm引脚和usb-dp引脚与所述核心控制板的对应引脚连接。需说明的是，本实用新型中的3g通信模块还可以替换为2g通信模块、4g通信模块或wifi通信模块。

如图11所示，为根据本实用新型具体实施方式的网口转换器电路原理示意图。所述网口转化器包括：以太网通信模块、以太网通信接口以及外围电气元件。其中，所述以太网通信模块与所述以太网通信接口连接；所述以太网通信模块与所述核心控制板连接。所述网口转化其用于多个核心主控板之间的通信。每个核心主控板用于分别监控多个电网或对一个电网中的多级子网进行监控，通过多个核心主控板之间的通信既可以同时对多个电网或一个电网中的多级子网进行统一监控。

如图12所示，为根据本实用新型具体实施方式的信号发生装置的整体电路原理示意图。需说明的是本图中未对电流互感器、接触器以及负载电阻做出显示说明。此三者将通过具体的系统组成示意图进行说明。在所示的信号发生装置整体电路原理示意图中，6x2p与10x2p为接口模块。其中，所述，6x2p接口模块的ain0到ain3端用于连接电流互感器；所述10x2p的ttlout1到ttlout4用于接触器的连接。

如图13所示，为根据本实用新型具体实施方式的信号输出执行电路原理示意图。所述信号输出执行电路包括：缓冲器及、接触器、负载电阻其外围电气元件。所述缓冲器通过相应引脚与所述核心主控板的io-out引脚和ttl-in引脚相连。所述缓冲器的ttl-out引脚用于通过具体接口模块进而与接触器连接。

如图14所示，为根据本实用新型具体实施方式的电网故障定位工作原理示意图。所示电网系统为三相三线制电网系统，在该系统中，黑色三角标记表示分布在电网中不同位置的故障指示器，c1到c3为电流传感器，j1到j3为接触器，r1到r3为负载电阻，x1到x3为电网的等效电阻。本实用新型公开的电网故障定位系统用于对电网中的包括：短路故障、单相接地故障或漏电故障进行监控及定位。其中，故障指示器用于实时获取电网中的特征信号并发送给配电中心站。所述电网故障定位系统的具体工作过程如下：

当所述电网为三相三线制电网系统时，信号发生装置通过至少三个电流互感器分别采集三条电网支路中的电流信号并合成零序电流；当合成的零序电流大于设定阈值时，信号发生装置在其主控模块的控制下生成特征信号进而控制所述信号输出执行电路中接触器的导通或关断；当所述接触器导通时，负载电阻被加入电网，从而使得电网中的负载电流增大；当所述接触器关断时，负载电阻将被脱离电网，电网的负载电流将恢复；当以一定频率控制所述接触器的通断后，信号发生装置将在电网中注入与所述特征信号对应的特征电流信号；与此同时，信号发生装置的电流互感器以及电网中的故障指示器实时的提取电网中的电流信号；其中，信号发生装置将提取的电流信号与其生成的特征信号极性特征比对，将符合相似度要求的电流信号通过授时电路加以时间信息后发送给配电中心站；故障指示器同样将其采集到的电流信号加以时间信息后发送给配电中心站；配电中心站将具有相同时间信息的来自信号发生装置的符合相似度要求的电流信号与来自故障指示器的电流信号进行相似度比对；当二者相似度达到设定值时则认为该故障指示器接收到了所述信号发生装置施加在电网中的所述特征电流信号；通过所述故障指示器的分布以及是否接收到所述特征电流信号进而对电网中的故障点进行准确定位。当所述电网为三相四线制电网系统时，所述信号发生装置可以通过至少一个电流互感器采集中性线中的零序电流从而作出相应判断。

上述故障定位过程解决的技术问题是，由于电网系统的复杂性和干扰信号的影响，仅凭故障指示器无法对故障点的位置做出准确指示，即当发生短路故障、单相接地故障或漏电故障时有的故障指示器动作，而有的故障指示器不动作，虽然其缩小了故障点的范围但仍存在不准确的问题。因此，本实用新型中通过增加了信号发生装置，可选的，通过设置比所述故障指示器更低的故障报警值(零序电流)，从而当所述信号发生装置检测到电网发生故障后，主动的向电网中注入特征电流信号，因该特征电流信号不能跨越所述故障点，进而通过配电中心站判断对应的故障指示器是否接收到该特征电流信号，从而判断故障点的发生区域。该过程如附图15中情况所示。图15为根据本实用新型具体实施方式的特征电流信号注入前的故障指示器动作示意图。

需说明的是，本实用新型中所述核心主控板与各个硬件模块或电路的连接关系根据其所集成的控制模块的不同而不同，因此具体的硬件模块或电路与所述主控模块的连接关系并未作详细说明，但此处未公开内容不应影响本实用新型的公开充分性。此外，本实用新型系统中，尤其是信号发生装置中的各个硬件模块在本领域或相关领域人员所知道的惯用替换硬件模块均在本实用新型的保护范围之内。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。