防爆型智能故障指示器的制作方法

本实用新型涉及故障指示器技术领域，具体涉及故障指示器。

背景技术：

我国供电线路多暴露于环境恶劣的户外，常年受到各种不良因素和情况的影响，导致线路的故障时有发生，而且由于环境复杂，有些故障一旦发生，查找故障所在位置将变的非常困难。因此，在线路发生故障后，及时有效的切除并隔离故障段，保证其他非故障段正常供电，快速准确的确定故障位置，及时进行修复和维护，确保最快速度恢复供电，以上这些，对于整个供电网络的安全稳定运行都具有非常重要的意义。

然而，与输电相比配电故障检测和诊断的相关研究偏少，配套设施也不够完善，配电网的供电可靠性以及供电质量都无法满足当今社会区域经济发展的迫切需要。与之对应的情况是，配电网络是直接面对用电客户的供电网络，与人们的日常生活密不可分、息息相关。此外，由于直接面对用户，所以配电网的发展直接影响着区域的经济发展。配电网络一旦发生故障，就会对区域经济造成巨大的损失，给人们的日常工作和生活带来极大的不便。

随着国家电网公司智能电网工程项目的深入开展，配电网自动化程度亟待提高。要实现配电网自动化，电网信息数据的实时采集以及故障信息的自动处理则是必须首先实现的功能。一般而言，配电线路的故障大致可分为瞬时故障和永久故障两种：瞬时性故障是指在线路发生故障后，重合闸即可稳定运行的情况；永久性故障是指线路发生故障后，即使重合闸故障依然存在，因此导致重合闸失败，无法恢复稳定运行的情况。统计资料显示，配电网故障中瞬时性与永久性的比例约为9:1。虽然如此，但由于永久性故障发生后，线路跳闸，绝缘不能自动复位。而且如果强行将线路重合闸，则会将线路投到永久性故障点上，导致事故进一步扩大，严重情况甚至会引起重大安全事故。因此，快速准确地定位事故位置，将有效改善配电网运行情况，大幅提高供电可靠性。

针对以上配电线路的故障特性，结合智能电网及配电网自动化的发展需要，本方案研究了一款基于智能故障指示器的配电网35kv（35kv及以下）架空线路监控管理系统。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种故障指示器，可实现对配电网架空线路的在线监控和故障的快速定位，通过无线传输终端可以采集电网运行的实时数据并上传；通过智能故障指示器的led指示灯可以实现区分故障类型的故障点位置指示；通过软件辅助系统可以实现远程的信息采集和参数设置。

本实用新型提供一种技术方案：

一种防爆型智能故障指示器，包括故障采集器、汇集单元和主站；所述故障采集器包括电流采集模块、备用电源、电源变换模块、电池电压采样及控制模块、电场采样模块、射频模块及电源控制、编程接口、保护、驱动、低功耗控制器、指示灯翻牌和复位控制模块及驱动电路；所述汇集单元包括太阳能电源及后备电源模块、射频通信、gprs通信、加密、外部时钟单元、备用电源活化控制模块和外部存储功能模块；能够对配电线路故障中的相间短路故障、接地故障、瞬时性故障和永久性故障实现精准的判断，并将故障记录准确的上传至配网主站对故障精准定位分析，同时对故障发生时刻前后电流波形和对地电场电压波形上传主站供故障分析、反演及溯源。

进一步，电流采集模块采用的电流采集器为闭合磁路，电流采集通过悬挂在架空线缆上的电流采集器采集架空线缆上的电流，然后通过电流调理电路对电流信号进行采样和取电，并对其进行相应的保护和限幅，电流信号经ad接口采样进入主控芯片，作为当前线路的电流值进行计算判断，而另一路经过电容稳压和电源芯片进行电平转换为控制芯片、通信芯片及各模拟电路提供5v和3.3v供电电源。

进一步，所述指示灯翻牌采用高亮led发光二极管，成120°分布在采集器底板，保证在线路发生故障时候指示灯和翻盘在360度范围内都能看到故障指示和报警。

进一步，备用电源活化控制模块通过电流过流突变、电场电压并结合实际电网二次继电保护系统检测线路停电和重合闸过程来对故障进行精准检测及判断，并对电流波形和对地电场数据进行实时采集。

进一步，所述太阳能电源及后备电源模块包括太阳能电池板和蓄电池，其中，将太阳能电池板作为主电源，蓄电池作为备用电源。

进一步，所述射频模块采用lora无线通信芯片。

本实用新型有益效果：

（1）传统的故障采集器电流采集与取电一般分开或者直接采用电池供电，不仅增大了指示器体积和重量，还增加了成本，本故障指示器的电流采集单元采用取电与电流采样一体化设计，采用同一个电流采集模块，该设计方式不仅可减小设备体积且可降低成本。

（2）传统线路电压采集或者不采或者采用互感器采集，这样不仅大大增加了成本，还增大了施工的难度，如果不对电压采样可能使故障判断时准确度降低，增大了设备的误动和拒动率，降低故障指示器的准确率。

（3）本品参数可在线设置或调整，而传统的设备参数不可在线调整。

（4）传统的故障指示系统只实现“一遥”功能，而本品可实现“四遥”功能，可在设备误动时进行远程复位控制等。

（5）汇集单元不仅可以进行远近距离传输还可通过接收采集器采样信号可对三相进行综合判断，提高设备的准确度，而传统的汇集单元只有信息传输功能。

附图说明

图1为本实用新型的故障采集器单元框图；

图2为本实用新型的故障指示器的汇集单元框图。

具体实施方式

为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。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。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。

如图1、图2所示，一种故障指示器，用于对电路进行检测。包括故障采集器、汇集单元和主站。所述故障采集器包括电流采样+取电、备用电源、电源变换模块、电池电压采样及控制模块100、电场采样模块、射频模块200及电源控制、编程接口、保护、驱动、低功耗控制器、翻牌300和复位控制模块及驱动电路等。所述汇集单元包括太阳能电源及后备电源模块、射频通信、gprs通信、加密、外部时钟单元、备用电源活化控制和外部存储功能模块。

电场采样模块采用的电流采集器为闭合磁路，以提高电流检测的灵敏度，同时具备从导线电流磁场自取电的功能。电流采集通过悬挂在架空线缆上的电流采集器采集架空线缆上的电流，然后通过电流调理电路对电流信号进行采样和取电，并对其进行相应的保护和限幅，电流信号经ad采样进入主控芯片，作为当前线路的电流值进行计算判断，而另一路经过电容稳压和电源芯片进行电平转换为控制芯片、通信芯片及各模拟电路提供5v和3.3v供电电源，当线路电流较小时可通过备用锂电池（3.6v）为芯片和电路供电。

电压采集模块采用电场传感器，其工作主要利用静电感应原理，传感器的主要部分由上下两个导电外壳构成，两个外壳中间通过一个感应电容连接，传感器外部无电场时，传感器的正负电荷平衡，呈电中性，当外加电场e时，在电场的作用下，传感器的正负电何重新分布，负电荷上移，正电荷下移，使电容csense两端产生感电压usense。通过电场传感器我们可以通过采集电流变化，并且辅助采用电场电压来更加精确的判断接地故障，架空型指示器的压线板（电场传感器）紧贴导线，以提高电场检测的灵敏度，电缆型指示器引出电场线，紧贴电缆头处，以提高电场检测的灵敏度。

本电场采集电压输入故障采集器后经过限幅和电压调理电路后进入ad采样端口，为控制器提供电压参考值，配合电流信号应用于故障判断。

电源模块采用电流采集器自行取电和后备锂亚电池供电，正常情况下采集器通过架空线缆上的感应线圈进行取电[5a(最小取电电流)即可满足采集器取电要求]，正常情况下采用取到的电作为主电源，同时检测取电电压和后备电源电源电压通过实时检测动态切换供电方式，减少使用备用电源提高电池使用时间。

射频模块系统：采集器采用lora无线通信芯片，采集器与汇集器双向数据交换通过短距离射频无线芯片，主动定期的将采集器采集到的数据上报（定期时间可以自由设定），射频芯片的电源开关可控，在需要时候打开和关闭，降低采集系统的功耗，保证故障指示器可以在超低功耗的情况下完成数据的传输。

指示灯和翻牌：指示灯采用高亮led发光二极管，成120°分布在采集器底板，保证在线路发生故障时候指示灯和翻盘在360度范围内都能看到故障指示和报警。

无线通信模块包括近场无线通信与gprs混合组网方式，汇集器与采集器通过近场无线通信进行数据通信时间同步等，汇集器将采集器的数进行综合记录，定期通过gprs网络向主站上报数据，当出现故障，汇集器将故障点时刻前后电流波形以及电场电压波形通过gprs上传至主站。gprs和近场无线通信设置电源开关，间歇进行工作以降低功耗为长时间工作提供保障。

本故障采集器准确率取决于电压和电流的采样，故本设计采用的电流采集器为闭合磁路，以提高电流检测的灵敏度，同时具备从导线电流磁场自取电的功能。电流采集通过悬挂在架空线缆上的电流采集器采集架空线缆上的电流，然后通过电流调理电路对电流信号进行采样和取电，并对其进行相应的保护和限幅，电流信号经ad采样进入主控芯片，作为当前线路的电流值进行计算判断，而另一路经过电容稳压和电源芯片进行电平转换为控制芯片、通信芯片及各模拟电路提供5v和3.3v供电电源，当线路电流较小时可通过备用锂电池（3.6v）为芯片和电路供电。

电压采集采用电场传感器，其工作主要利用静电感应原理，传感器的主要部分由上下两个导电外壳构成，两个外壳中间通过一个感应电容连接，传感器外部无电场时，传感器的正负电荷平衡，呈电中性，当外加电场e时，在电场的作用下，传感器的正负电何重新分布，负电荷上移，正电荷下移，使电容csense两端产生感电压usense。通过电场传感器我们可以通过采集电流变化，并且辅助采用电场电压来更加精确的判断接地故障，架空型指示器的压线板（电场传感器）紧贴导线，以提高电场检测的灵敏度，电缆型指示器引出电场线，紧贴电缆头处，以提高电场检测的灵敏度。

电场采集电压输入故障采集器后经过限幅和电压调理电路后进入ad采样端口，为控制器提供电压参考值，配合电流信号应用于故障判断。电源模块采用电流采集器自行取电和后备锂亚电池供电，正常情况下采集器通过架空线缆上的感应线圈进行取电[5a(最小取电电流)即可满足采集器取电要求]，正常情况下采用取到的电作为主电源，同时检测取电电压和后备电源电源电压通过实时检测动态切换供电方式，减少使用备用电源提高电池使用时间。采集器采用lora无线通信芯片，采集器与汇集器双向数据交换通过短距离射频无线芯片，主动定期的将采集器采集到的数据上报（定期时间可以自由设定），射频芯片的电源开关可控，在需要时候打开和关闭，降低采集系统的功耗，保证故障指示器可以在超低功耗的情况下完成数据的传输。指示灯采用高亮led发光二极管，成120°分布在采集器底板，保证在线路发生故障时候指示灯和翻盘在360度范围内都能看到故障指示和报警。

故障采集器主要针对短路故障和接地故障两种不同的故障类型来进行判断，首先针对短路故障，指示器的短路检测部分的工作原理要求：根据短路时的特征，通过电磁感应方法测量线路中的电流突变（或者实际短路电流大小）、故障持续时间以及线路是否停电来判断故障。

检测模块原理采用基于首半波冲击电流的单相接地算法，小接地电流系统发生单相接地时,有两个特点,一为接地相线路对地电压大幅度降低,而非故障相线路对地电压升高，接地故障大多是由于电网中绝缘被击穿而引起的,一般发生在相电压接近于最大值的瞬间,此时,可以将暂态电容电流看成是由于故障相电压突然降低而引起的放电电容电流和由于非故障相电压突然升高而引起的充电电容电流之和,接地电容电流的暂态分量较其稳态值人大很多,由此得出根据首半波冲击电流的波形来判断是否发生接地故障。对于小电流接地系统，采用负荷电流和首半波接地电流大小、线路对地电压下降比例和延时的检测方法。接地动作电流、对地电压下降比例和持续时间等参数在出厂前已经设定好。当指示器出现拒动或误动时，具备通过主站控制故障指示器来实现在线调节，确保指示器动作准确性。对于小电流阻接地系统，可采用负荷电流和速断过流电流大小、故障电流持续时间和线路是否停电的检测方法，同时结合小电流接地系统的接地故障检测方法。速断、过流等参数在出厂前已经设定好。当指示器出现拒动或误动时，具备通过主站控制故障指示器来实现在线调节，确保指示器动作准确性。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本实用新型技术方案的精神，其均应涵盖在本实用新型请求保护的技术方案范围当中。