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专利名称：一种基于线路故障检测的小电流接地选线系统

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202111136290.9

专利申请（专利权）人：陕西理工大学
权利人地址：陕西省汉中市东关小关子

专利发明（设计）人：发明人:徐蓉

专利摘要：本发明公开了一种基于线路故障检测的小电流接地选线系统，包括多个故障检测装置，以及与集控中心连接的路由器；所述故障检测装置分别安装在母线分支线路上，该故障检测装置用于检测线路上的电流信号，根据电流信号变化情况来判断线路是否存在故障；所述故障检测装置采用无线WIFI的方式将故障信息发送给路由器，通过路由器中转给集控中心。本发明实现了线路故障检测信息的无线传送，省去了连接线路的复杂性，提高了现场数据传送的可靠性；同时本发明的控制板通过采样的电流为电池充电，不需要外置电源及连线，达到了安装方便，节能的效果，提高了设备安全性，该电路设计简单，功耗低。

主权利要求：
1.一种基于线路故障检测的小电流接地选线系统，其特征在于：包括多个故障检测装置，以及与集控中心连接的路由器；
所述故障检测装置分别安装在母线分支线路上，该故障检测装置用于检测线路上的电流信号，根据电流信号变化情况来判断线路是否存在故障；
所述故障检测装置采用无线WIFI的方式将故障信息发送给路由器，通过路由器中转给集控中心；
所述集控中心与路由器之间通过通信电缆连接；
所述故障检测装置包括信号采样头、壳体、以及安装在壳体内部的控制板和电池；
所述壳体的顶面中部设置有安装槽，该安装槽的内部安装所述信号采样头，所述信号采样头的底座通过安装槽伸入至壳体的内部，且两侧通过螺钉固定在壳体的内顶面上；
所述电池设置在壳体的内底面，且通过电池固定座固定在壳体的内底面上；
所述控制板纵向设置在壳体的右侧面且靠近底部位置；
所述控制板的控制电路包括整流滤波电路、隔离DC?DC模块、充放电电路、电源管理电路、电压采样电路、低电压检测电路、ARM处理器和WIFI模块，所述整流滤波电路的输入端与信号采样头的二次输出端连接，整流滤波电路输出端通过隔离DC?DC模块分别与充放电电路以及电压采样电路的输入端连接，电压采样电路的输出端与ARM处理器的A/D转换端口连接，充放电电路输出端分别与电池、电源管理电路以及低电压检测电路的输入端连接，ARM处理器的I/O口与低电压检测电路输出端连接，ARM处理器通过串口与WIFI模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于线路故障检测的小电流接地选线系统，其特征在于：所述安装槽的内壁胶粘有密封圈，该密封圈与信号采样头的对应位置密封连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于线路故障检测的小电流接地选线系统，其特征在于：所述信号采样头选用穿心式电流互感器，该穿心式电流互感器的二次输出功率能够支持
20VA。
4.根据权利要求1所述的一种基于线路故障检测的小电流接地选线系统，其特征在于：所述整流滤波电路包括采样电阻R1、R2、整流器P1、瞬态抑制二极管D1、EMC滤波器U1和极性电容C1、C2，采样电阻R1和R2串联连接，整流器P1的输入端与采样电阻R2的两端连接，整流器P1的输出端并联瞬态抑制二极管D1、极性电容C1以及EMC滤波器U1的输入端，EMC滤波器U1的输出端并联极性电容C2和所述隔离DC?DC模块的输入端。
5.根据权利要求1所述的一种基于线路故障检测的小电流接地选线系统，其特征在于：所述隔离DC?DC模块选用输入电压范围8～48V，输出电压5V，功率50W。 说明书 : 一种基于线路故障检测的小电流接地选线系统技术领域[0001] 本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种基于线路故障检测的小电流接地选线系统。背景技术[0002] 近年来，随着配电网规模的迅速发展，电缆线路的比例逐渐上升，在市区中的架空线也在逐步规划为电缆线路，供电容量也在迅速增加，线路的总长度在不断延伸，使得单相接地故障的：θ找嬖龃，严重影响着电网安全运行及工业的正常生产。[0003] 针对66kV及以下的配电网络中，当发生单相接地故障时，所流经故障点的电流比较。换崃⒓刺，根据规程规定电网可带故障运行2小时，但是如果不及时排查故障，并消除故障，可能会引起相间短路或者是绝缘被击穿，对供电可靠性和安全性产生不利的影响。[0004] 现有的小电流接地选线装置主要采用有线的方式，将一段或多段母线各支路的零序电流通过线缆接入小电流接地选线装置，所需线缆较多，现场接线麻烦，检测线路少，而且检测设备需要外部供电，因此，我们提供一种便于安装、无需布线、且检测线路多的小电流接地选线系统很有必要。发明内容[0005] 本发明所要解决的技术问题是现有的小电流接地选线装置采用有线的方式所需线缆较多，现场接线麻烦，检测线路少，而且检测设备需要外部供电的问题，公开了一种基于线路故障检测的小电流接地选线系统，实现了线路故障信息的无线传送，省去了连接线路的复杂性，提高了现场数据传送的可靠性；另外控制板通过采样的电流为电池充电，不需要外置电源及连线，达到了安装方便，节能的效果，提高了设备安全性，同时该电路设计简单，功耗低。[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于线路故障检测的小电流接地选线系统，包括多个故障检测装置，以及与集控中心连接的路由器；[0007] 所述故障检测装置分别安装在母线分支线路上，该故障检测装置用于检测线路上的电流信号，根据电流信号变化情况来判断线路是否存在故障；[0008] 所述故障检测装置采用无线WIFI的方式将故障信息发送给路由器，通过路由器中转给集控中心；[0009] 所述集控中心与路由器之间通过通信电缆连接。[0010] 优选的，所述故障检测装置包括信号采样头、壳体、以及安装在壳体内部的控制板和电池；[0011] 所述壳体的顶面中部设置有安装槽，该安装槽的内部安装所述信号采样头，所述信号采样头的底座通过安装槽伸入至壳体的内部，且两侧通过螺钉固定在壳体的内顶面上；[0012] 所述电池设置在壳体的内底面，且通过电池固定座固定在壳体的内底面上；[0013] 所述控制板纵向设置在壳体的右侧面且靠近底部位置。[0014] 优选的，所述安装槽的内壁胶粘有密封圈，该密封圈与信号采样头的对应位置密封连接。[0015] 优选的，所述控制板的控制电路包括整流滤波电路、隔离DC?DC模块、充放电电路、电源管理电路、电压采样电路、低电压检测电路、ARM处理器和WIFI模块，所述整流滤波电路的输入端与信号采样头的二次输出端连接，整流滤波电路输出端通过隔离DC?DC模块分别与充放电电路以及电压采样电路的输入端连接，电压采样电路的输出端与ARM处理器的A/D转换端口连接，充放电电路输出端分别与电池、电源管理电路以及低电压检测电路的输入端连接，ARM处理器的I/O口与低电压检测电路输出端连接，ARM处理器通过串口与WIFI模块连接。[0016] 优选的，所述信号采样头选用穿心式电流互感器，该穿心式电流互感器的二次输出功率能够支持20VA。[0017] 优选的，所述整流滤波电路包括采样电阻R1、R2、整流器P1、瞬态抑制二极管D1、EMC滤波器U1和极性电容C1、C2，采样电阻R1和R2串联连接，整流器P1的输入端与采样电阻R2的两端连接，整流器P1的输出端并联瞬态抑制二极管D1、极性电容C1以及EMC滤波器U1的输入端，EMC滤波器U1的输出端并联极性电容C2和所述隔离DC?DC模块的输入端。[0018] 优选的，所述隔离DC?DC模块选用输入电压范围8～48V，输出电压5V，功率50W。[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：一种基于线路故障检测的小电流接地选线系统，在分支线路上安装故障检测装置，采用无线WIFI方式将故障信息发送给路由器，通过路由器中转给集控中心，实现了线路故障信息的无线传送，省去了连接线路的复杂性，提高了现场数据传送的可靠性；[0020] 本发明的控制板通过采样的电流为电池充电，不需要外置电源及连线，达到了安装方便，节能的效果，提高了设备安全性，同时该电路设计简单，功耗低。附图说明[0021] 图1为本发明系统结构示意图；[0022] 图2为本发明控制电路原理框图；[0023] 图3为本发明的信号采样头与整流滤波电路和隔离DC?DC模块连接的电路结构图；[0024] 图4为本发明的故障检测装置剖面结构示意图。[0025] 图中：1、故障检测装置；2、路由器；3、集控中心；[0026] 11、壳体；12、信号采样头；13、电池；14、控制板；15、密封圈；[0027] 110、安装槽；[0028] 141、整流滤波电路；142、隔离DC?DC模块；143、充放电电路；144、电源管理电路；145、低电压检测电路；146、ARM处理器；147、WIFI模块；148、电压采样电路。具体实施方式[0029] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。[0030] 请参阅图1?4，本发明提供一种技术方案：一种基于线路故障检测的小电流接地选线系统，包括多个故障检测装置1，以及与集控中心3连接的路由器2；[0031] 所述故障检测装置1分别安装在母线分支线路上，该故障检测装置1用于检测线路上的电流信号，根据电流信号变化情况来判断线路是否存在故障；[0032] 所述故障检测装置1采用无线WIFI的方式将故障信息发送给路由器2，通过路由器2中转给集控中心3；[0033] 所述集控中心3与路由器2之间通过通信电缆连接。[0034] 请参阅图4，所述故障检测装置1包括信号采样头12、壳体11、以及安装在壳体内部的控制板14和电池13；[0035] 所述壳体11的顶面中部设置有安装槽110，该安装槽110的内部安装所述信号采样头12，所述信号采样头12的底座通过安装槽110伸入至壳体11的内部，且两侧通过螺钉固定在壳体11的内顶面上；[0036] 所述电池13设置在壳体11的内底面，且通过电池固定座固定在壳体11的内底面上，该电池固定座为U型结构(图中未示出)。[0037] 所述控制板14纵向设置在壳体11的右侧面且靠近底部位置。[0038] 请参阅图4，所述安装槽110的内壁胶粘有密封圈15，该密封圈15与信号采样头12的对应位置密封连接。[0039] 请参阅图2，所述控制板14的控制电路包括整流滤波电路141、隔离DC?DC模块142、充放电电路143、电源管理电路144、电压采样电路148、低电压检测电路145、ARM处理器146和WIFI模块147，所述整流滤波电路141的输入端与信号采样头12的二次输出端连接，整流滤波电路141输出端通过隔离DC?DC模块142分别与充放电电路143以及电压采样电路148的输入端连接，电压采样电路148的输出端与ARM处理器146的A/D转换端口连接，充放电电路143输出端分别与电池13、电源管理电路144以及低电压检测电路145的输入端连接，ARM处理器146的I/O口与低电压检测电路145输出端连接，ARM处理器146通过串口与WIFI模块147连接。[0040] 请参阅图3，所述整流滤波电路141包括采样电阻R1、R2、整流器P1、瞬态抑制二极管D1、EMC滤波器U1和极性电容C1、C2，采样电阻R1和R2串联连接，整流器P1的输入端与采样电阻R2的两端连接，整流器P1的输出端并联瞬态抑制二极管D1、极性电容C1以及EMC滤波器U1的输入端，EMC滤波器U1的输出端并联极性电容C2和所述隔离DC?DC模块142的输入端。[0041] 请参阅图3，所述隔离DC?DC模块142为DC/DCU2，该DC/DCU2的输出端并联极性电容C3和非极性电容C4、C5，其中DC/DCU2的正端连接肖特基二级管D2的输入端，肖特基二级管D2输出5V电压。[0042] 本实施例中的信号采样头12选用穿心式电流互感器，其中穿心式电流互感器的二次输出功率能够支持20VA(即：穿心式电流互感器的二次线圈上能够驱动20瓦以内的负载)。[0043] 本实施例中的电池13选用单节18650型锂电池。[0044] 本实施例中隔离DC?DC模块142(即：DC/DCU2)选用输入电压范围8～48V，输出电压5V，功率50W，通过变压器将输入电压与输出电压隔离，并降至所需要的5V电压，提高了整个电路的安全性。[0045] 本实施例中通过增加串联电阻R1、R2目的将电流信号转换为电压信号进行采样，同时为后续电路供电。[0046] 本实施例中瞬态抑制二极管D1选用反向击穿电压45V，作用是当电路正常工作时，它处于截止状态(即：高阻态)，不影响线路正常工作，当电路出现异常过压并达到其击穿电压时，它能够迅速由高阻态变为低阻态，给瞬间电流提供低阻抗导通路径，同时把异常高压箝制在一个安全水平之内，从而保护后续电路；当异常过压消失，其恢复至高阻态，电路正常工作。[0047] 本实施例中EMC滤波器U1选用额定电流5A，输入电压0～50V，用来抑制和消除现场的强电磁干扰和电火花干扰，保证后续电源不被干扰使系统安全运行。[0048] 本实施例中充放电电路143为常规已有技术，本实施例中选用的型号为DW01，配合8250NMOS管及若干电阻电容构成。[0049] 本实施例中电源管理电路144用于给ARM处理器146、低电压检测电路145以及WIFI模块147提供工作电压，该电源管理电路144输入电压范围在2.5V～8V，本实施例中输入为固定的3.3V，为已有技术，在此不多作赘述。[0050] 本实施例中低电压检测电路145采用比较器，比较器的输入端采样电池13的输出电压，当电压低于3.0V门限值时，低电压检测电路145将会输出低电平给ARM处理器146的I/O口。[0051] 本实施例中电压采样电路148通过两个电阻串联分压输出给ARM处理器146的A/D转换口，实现了将5V转换为ARM处理器146AD采集的基准电压3.3V，当5V电压下降时3.3V随着线性下降，即保证了测量电压的范围，又保证了检测信号目的。[0052] 本实施例中通过在分支线路上安装故障检测装置1，采用无线WIFI方式将故障信息发送给路由器2，通过路由器2中转给集控中心3，实现了线路故障信息的无线传送，省去了连接线路的复杂性，提高了现场数据传送的可靠性；[0053] 本实施例中的控制板14通过采样的电流为电池13充电，不需要外置电源及连线，达到了安装方便，节能的效果，提高了设备安全性，同时该电路设计简单，功耗低。[0054] 工作原理：当线路不存在单相接地故障时，电流互感器的二次端采集电流经过分压电阻R1、R2采样交流电压，通过整流滤波电路141输出的直流电给隔离DC?DC模块142，隔离DC?DC模块142输出的5V电压给充放电电路143和电压采样电路148，充放电电路143给电池13供电，同时也给电源管理电路144供电，电源管理电路144输出3.3V电压为系统提供工作电压，电压采样电路148将5V电压转换为3.3V给ARM处理器146的A/D端口，ARM处理器146判断A/D端口所采样的电压大于零，说明线路不存在单相接地故障；当线路存在单相接地故障时，电流互感器的二次端采集电流经过分压电阻R1、R2采样交流电压为零，隔离DC?DC模块142及电压采样电路148输出均为零，此时电池13通过充放电电路143开始给电源管理电路144供电，电源管理电路144输出3.3V电压为系统提供工作电压，ARM处理器146检测到的A/D转换电压为零，即判定线路存在单相接地故障，在电池供电的情况下，低电压检测电路145会对电池13输出电压进行检测，当电池13电压低于3.0V时，低电压检测电路145输出低电平给ARM处理器146，ARM处理器146判定电池13电量低于门限值，以上信息均通过WIFI模块147，发送给集控中心3，集控中心3根据接收到的信息进行相应的处理。[0055] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

专利地区：陕西

专利申请日期：2021-09-27

专利公开日期：2024-10-22

专利公告号：CN113866559B