一種配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它包括監(jiān)控中心、中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元和多個(gè)子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元，多個(gè)子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元分別安裝在不同的被檢測(cè)水泥電線(xiàn)桿上并通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)向中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元傳遞監(jiān)測(cè)信息；中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與控制中心交換信息。本實(shí)用新型利用檢測(cè)電極監(jiān)測(cè)水泥電線(xiàn)桿的單相接地故障并通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)傳遞監(jiān)測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)單相接地故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)不僅可在電力線(xiàn)路出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，快速準(zhǔn)確地向配電網(wǎng)管理中心報(bào)告故障點(diǎn)的具體位置，而且投資成本低，是一種非常經(jīng)濟(jì)的在線(xiàn)故障檢測(cè)裝置。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)的水泥電線(xiàn)桿是否存在單相接地故障的裝置，屬于監(jiān)測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)城鄉(xiāng)配電網(wǎng)多采用水泥桿架空線(xiàn)路結(jié)構(gòu)，一旦水泥電線(xiàn)桿上的絕緣子擊穿、瓷瓶擊穿、綁線(xiàn)松動(dòng)或避雷器擊穿，對(duì)應(yīng)的相線(xiàn)就有可能經(jīng)過(guò)水泥桿接地，使配電網(wǎng)不能正常運(yùn)行。顯然，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除這種單相接地故障對(duì)提高電網(wǎng)的供電可靠性具有重要意義。
[0003]現(xiàn)有的配電網(wǎng)接地故障定位方法可分為離線(xiàn)定位方法和在線(xiàn)定位方法。離線(xiàn)故障定位是指永久性接地故障發(fā)生時(shí)，先斷開(kāi)故障線(xiàn)路，然后進(jìn)行故障定位的方法；在線(xiàn)定位是指在故障線(xiàn)路帶電運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行故障定位的方法。
[0004]目前，離線(xiàn)故障定位方法主要有行波法、交直流法等。行波法是通過(guò)行波傳輸特性來(lái)判斷故障位置的方法，該方法往往受過(guò)渡電阻和分支數(shù)目的影響。交直流法向線(xiàn)路注入直流或交流信號(hào)，通過(guò)對(duì)交直流信號(hào)的檢測(cè)來(lái)判斷故障位置。這些方法都有一個(gè)弊端，就是確定故障點(diǎn)需要先斷開(kāi)故障線(xiàn)路，影響供電的連續(xù)性。
[0005]常見(jiàn)的在線(xiàn)故障定位方法有S信號(hào)注入法、基于零序功率方向法和移動(dòng)式比相方法。S信號(hào)注入法在系統(tǒng)內(nèi)注入一個(gè)220Hz的信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)該信號(hào)是否存在來(lái)判斷故障位置，該方法易受接地電阻和線(xiàn)路分布電容的影響?；诹阈蚬β史较蚍ê突谝苿?dòng)式比相方法都是利用了故障點(diǎn)前后的零序電流與零序電壓之間的相位關(guān)系，這兩種方法都需要沿電力線(xiàn)路查找故障點(diǎn)，很難實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的快速定位，無(wú)法保證供電的可靠性。
[0006]總之，現(xiàn)有的配電網(wǎng)故障定位方法均不理想，不能適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)供電可靠性的要求，如何在不切斷線(xiàn)路的情況下實(shí)現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位，已成為有關(guān)技術(shù)人員目前所面臨的課題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之弊端，提供一種配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在不切斷故障線(xiàn)路的情況下實(shí)現(xiàn)故障的快速準(zhǔn)確定位。
[0008]本實(shí)用新型所述問(wèn)題是以下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，構(gòu)成中包括監(jiān)控中心、中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元和多個(gè)子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元，多個(gè)子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元分別安裝在不同的被檢測(cè)水泥電線(xiàn)桿上并通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)向中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元傳遞監(jiān)測(cè)信息；中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與控制中心交換信息。
[0010]上述配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元包括漏電檢測(cè)電路、檢測(cè)單片機(jī)和Zigbee無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊，所述漏電檢測(cè)電路包括整流橋、限流電阻、鉗位穩(wěn)壓管和兩個(gè)檢測(cè)電極，兩個(gè)檢測(cè)電極分別安裝在被監(jiān)測(cè)電線(xiàn)桿上的不同位置，所述整流橋的兩個(gè)交流輸入端分別與兩個(gè)檢測(cè)電極連接，其直流輸出端經(jīng)限流電阻接檢測(cè)單片機(jī)的P1.0端口，所述鉗位穩(wěn)壓管接于檢測(cè)單片機(jī)的Pl.0端口與電源負(fù)極之間，所述Zigbee無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)向中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元傳遞監(jiān)測(cè)信息，其RXl和TXl端分別接檢測(cè)單片機(jī)的TXDO和RXDO端。
[0011]上述配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元包括Zigbee無(wú)線(xiàn)接收模塊、中心節(jié)點(diǎn)單片機(jī)和中心節(jié)點(diǎn)GSM模塊,所述Zigbee無(wú)線(xiàn)接收模塊接收Z(yǔ)igbee無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊發(fā)出的監(jiān)測(cè)信息，其RXl和TXl端分別接中心節(jié)點(diǎn)單片機(jī)的TXDO和RXDO端，所述中心節(jié)點(diǎn)GSM模塊通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心交換信息，其RXD和TXD端分別接中心節(jié)點(diǎn)單片機(jī)的TXDl和RXDl端。
[0012]上述配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述監(jiān)控中心包括監(jiān)控中心單片機(jī)、監(jiān)控中心GSM模塊和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，所述監(jiān)控中心GSM模塊通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與中心節(jié)點(diǎn)GSM模塊交換信息，其RXD和TXD端分別接監(jiān)控中心單片機(jī)的TXDl和RXDl端，所述監(jiān)控中心單片機(jī)通過(guò)其TXDO和RXDO端與監(jiān)控計(jì)算機(jī)的串口連接。
[0013]上述配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元設(shè)置多個(gè)，每個(gè)中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元均與多個(gè)子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元相對(duì)應(yīng)。
[0014]上述配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，兩個(gè)檢測(cè)電極均為金屬環(huán)，它們套裝在水泥電線(xiàn)桿的不同高度上。
[0015]本實(shí)用新型利用檢測(cè)電極監(jiān)測(cè)水泥電線(xiàn)桿的單相接地故障并通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)傳遞監(jiān)測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)單相接地故障的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，該系統(tǒng)不僅可在電力線(xiàn)路出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，快速準(zhǔn)確地向配電網(wǎng)管理中心報(bào)告故障點(diǎn)的具體位置，而且投資成本低，是一種非常經(jīng)濟(jì)的在線(xiàn)故障檢測(cè)裝置。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0017]圖1是本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖2是子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元的電原理圖；
[0019]圖3是中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元的電原理圖；
[0020]圖4是監(jiān)控中心的電原理圖；
[0021 ] 圖5是故障電壓提取示意圖。
[0022]圖中各標(biāo)號(hào)為:U1、檢測(cè)單片機(jī)，U2、Zigbee無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊，U3、Zigbee無(wú)線(xiàn)接收模±夾，U4、中心節(jié)點(diǎn)單片機(jī)，U5、中心節(jié)點(diǎn)GSM模塊，U6、監(jiān)控中心GSM模塊，U7、監(jiān)控中心單片機(jī)，PC、監(jiān)控計(jì)算機(jī)，R、限流電阻，DW、鉗位穩(wěn)壓管，ZQ、整流橋，DJ1、第一檢測(cè)電極，DJ2、第二檢測(cè)電極。
【具體實(shí)施方式】
[0023]參看圖1，本實(shí)用新型由三大部分組成:子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元、中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元和監(jiān)控中心。
[0024]參看圖2，子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元主要由漏電檢測(cè)電路、檢測(cè)單片機(jī)Ul (型號(hào)為MSP430)和Zigbee無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊U2 (型號(hào)為SZ05)組成，負(fù)責(zé)故障電壓的采集和向中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元傳輸故障信息。漏電檢測(cè)電路由限流電阻R、鉗位穩(wěn)壓管DW、整流橋ZQ、過(guò)壓保護(hù)模塊OVP、第一檢測(cè)電極DJl和第二檢測(cè)電極DJ2構(gòu)成。DJl和DJ2通過(guò)裝置的外殼直接連接到水泥桿上，不需要外接線(xiàn)；隨著周?chē)h(huán)境的不同，水泥桿的電阻不同，流過(guò)水泥桿的電流也不同，因而加在該裝置上的電壓也會(huì)不同，因此需要對(duì)第一檢測(cè)電極DJl和第二檢測(cè)電極DJ2之間較高的交流電壓進(jìn)行保護(hù)；整流橋ZQ將交流電壓變成直流電壓后經(jīng)限流電阻R送入檢測(cè)單片機(jī)U1，鉗位穩(wěn)壓管DW用于保護(hù)檢測(cè)單片機(jī)U1，防止輸入電壓過(guò)高使單片機(jī)Ul擊穿，供給單片機(jī)進(jìn)行漏電電壓檢測(cè)。
[0025]在漏電檢測(cè)電路中可以增設(shè)過(guò)壓保護(hù)模塊0VP，所述整流橋的兩個(gè)交流輸入端分別與過(guò)壓保護(hù)模塊OVP兩極連接。
[0026]參看圖3，中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元主要由中心節(jié)點(diǎn)單片機(jī)U4 (型號(hào)為MSP430)、中心節(jié)點(diǎn)GSM模塊U5 (型號(hào)為M590)和Zigbee無(wú)線(xiàn)接收模塊U3 (型號(hào)為SZ05)組成，負(fù)責(zé)把接收到的各個(gè)子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元采集的信息傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。
[0027]參看圖4，監(jiān)控中心主要由監(jiān)控中心GSM模塊U6 (型號(hào)為M590)、監(jiān)控中心單片機(jī)U7 (型號(hào)為MSP430)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)PC組成，負(fù)責(zé)監(jiān)控信息的匯總和故障具體位置的顯示以及控制命令的下達(dá)。
[0028]工作原理:首先，單片機(jī)通過(guò)RS232串口對(duì)GSM短信模塊M590、ZigBee模塊SZ05進(jìn)行初始化，對(duì)GSM短信模塊M590進(jìn)行AT命令控制。如果某個(gè)電線(xiàn)桿上的子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元采集到電線(xiàn)桿上有漏電電壓，說(shuō)明有接地故障，通過(guò)ZigBee模塊SZ05向中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元發(fā)送故障信息，然后中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)控中心發(fā)送短信信息，報(bào)告故障的具體位置。監(jiān)控中心顯示出哪條線(xiàn)路的哪個(gè)電線(xiàn)桿有接地故障。
[0029]本實(shí)用新型可以實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)水泥電線(xiàn)桿配電網(wǎng)單相接地故障發(fā)生的時(shí)間，及時(shí)了解故障發(fā)生的地點(diǎn)，節(jié)省了大量的人力和時(shí)間，基本實(shí)現(xiàn)水泥電線(xiàn)桿配電網(wǎng)故障監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化。對(duì)配電網(wǎng)供電的安全性有實(shí)際意義。如果某條線(xiàn)路母線(xiàn)發(fā)生了由以下原因造成的接地故障:絕緣子擊穿、瓷瓶擊穿、綁線(xiàn)松動(dòng)、避雷器擊穿、人為惡意拋物等。那么就會(huì)有接地電流通過(guò)水泥電線(xiàn)桿入地，就會(huì)在水泥電線(xiàn)桿上形成梯度電壓，這樣單片機(jī)通過(guò)采集單元采集水泥電線(xiàn)桿上的電壓，就可以知道那一根水泥桿上發(fā)生了接地故障，而我們的每一個(gè)子節(jié)點(diǎn)電線(xiàn)桿采集單元都有地址編碼，這樣也就知道了故障點(diǎn)的具體位置。
【權(quán)利要求】
1.一種配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，該系統(tǒng)包括監(jiān)控中心、中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元和多個(gè)子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元，多個(gè)子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元分別安裝在不同的被檢測(cè)水泥電線(xiàn)桿上并通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)向中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元傳遞監(jiān)測(cè)信息；中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與控制中心交換信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元包括漏電檢測(cè)電路、檢測(cè)單片機(jī)(Ul)和Zigbee無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊(U2)，所述漏電檢測(cè)電路包括整流橋(ZQ)、限流電阻(R)、鉗位穩(wěn)壓管(DW)和兩個(gè)檢測(cè)電極，兩個(gè)檢測(cè)電極分別安裝在被監(jiān)測(cè)電線(xiàn)桿上的不同位置，所述整流橋(ZQ)的兩個(gè)交流輸入端分別與兩個(gè)檢測(cè)電極連接，其直流輸出端經(jīng)限流電阻(R)接檢測(cè)單片機(jī)(Ul)的Pl.0端口，所述鉗位穩(wěn)壓管(DW)接于檢測(cè)單片機(jī)(Ul)的Pl.0端口與電源負(fù)極之間，所述Zigbee無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊(U2)通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)向中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元傳遞監(jiān)測(cè)信息，其RXl和TXl端分別接檢測(cè)單片機(jī)(Ul)的TXDO和RXDO端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元包括Zigbee無(wú)線(xiàn)接收模塊(U3)、中心節(jié)點(diǎn)單片機(jī)(U4)和中心節(jié)點(diǎn)GSM模塊(U5)，所述Zigbee無(wú)線(xiàn)接收模塊(U3)接收Z(yǔ)igbee無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊(U2)發(fā)出的監(jiān)測(cè)信息，其RXl和TXl端分別接中心節(jié)點(diǎn)單片機(jī)(U4)的TXDO和RXDO端，所述中心節(jié)點(diǎn)GSM模塊(U5)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心交換信息，其RXD和TXD端分別接中心節(jié)點(diǎn)單片機(jī)(U4)的 TXDl 和 RXDl 端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述監(jiān)控中心包括監(jiān)控中心單片機(jī)(U7 )、監(jiān)控中心GSM模塊(U6 )和監(jiān)控計(jì)算機(jī)(PC)，所述監(jiān)控中心GSM模塊(U6)通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與中心節(jié)點(diǎn)GSM模塊(U5)交換信息，其RXD和TXD端分別接監(jiān)控中心單片機(jī)(U7)的TXDl和RXDl端，所述監(jiān)控中心單片機(jī)(U7)通過(guò)其TXDO和RXDO端與監(jiān)控計(jì)算機(jī)(PC)的串口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，所述中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元設(shè)置多個(gè)，每個(gè)中心節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元均與多個(gè)子節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)單元相對(duì)應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種配電網(wǎng)水泥桿單相接地故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征是，兩個(gè)檢測(cè)電極均為金屬環(huán)，它們套裝在水泥電線(xiàn)桿的不同高度上。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK203551717SQ201320722258
【公開(kāi)日】2014年4月16日 申請(qǐng)日期:2013年11月17日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月17日
【發(fā)明者】楊宏宇, 王志揚(yáng), 閆書(shū)暢, 戚宇林 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)（保定）