一种用于架空绝缘线路的自取能与故障检测一体化装置的制作方法

本实用新型涉及电力检测技术领域，特别是涉及一种用于架空绝缘线路的自取能与故障检测一体化装置。

背景技术：

随着电网的发展，电力网络越来越复杂，使得架空电缆在城市配电网中的使用量高速上升。考虑到配电线路与建筑设施之间的安全距离、人口密集等因素，在配电网中使用裸导线所带来的安全问题日益凸显：架空电缆长期露天运行，由于落下树枝的接触、雨雪冰冻等因素，可能会导致架空绝缘线绝缘层形成放电通道，长期以往会损坏绝缘层，影响架空绝缘线路的安全稳定运行。相关研究表明，在线路绝缘层劣化的过程中常伴随着电压脉冲信号、超声波信号的产生，因此电力企业一般采用超声波巡线法查找架空绝缘线是否存在安全隐患。然而，对于较长的架空线路而言，沿线查找的方法耗费较多的人力物力，检测效率低、成本高。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于架空绝缘线路的自取能与故障检测一体化装置，解决了巡线法耗时耗力的问题，提升了配电网架空绝缘线的故障检测的效率，降低了检测成本。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种用于架空绝缘线路的自取能与故障检测一体化装置，包括电场耦合单元、谐振式故障脉冲提取单元、取能单元、供电单元、滤波单元、数据采集单元、无线式数据传输单元、控制单元、主机系统；

所述电场耦合单元固定在架空绝缘线路上，并与谐振式故障脉冲提取单元、取能单元、供电单元依次串联；

所述供电单元的输电端分别与数据采集单元、无线式数据传输单元的供电端连接；

所述控制单元与取能单元相互连接；

所述滤波单元、数据采集单元、无线式数据传输单元依次串联在谐振式故障脉冲提取单元的输出端；

所述无线式数据传输单元通过无线网络与主机系统通信连接。

进一步的，所述电场耦合单元包括绝缘固定环、耦合电容负极板、若干个绝缘支架；

所述绝缘固定环的侧面开设有缺口，绝缘固定环通过缺口固定套接在架空绝缘线路外部；

所述耦合电容负极板为具有侧面开口的空心筒结构，其外部包裹有绝缘外壳，耦合电容负极板与谐振式故障脉冲提取单元的输入端连接；

所述绝缘支架均匀分布在绝缘固定环的外侧面和绝缘外壳的内侧面之间。

进一步的，所述谐振式故障脉冲提取单元包括电阻R1、电阻R2、高频变压器T、电感L、电容C5；

所述电阻R1的两端与高频变压器T输入侧的两端并联，高频变压器T输入侧的一端与谐振式故障脉冲提取单元的输出端连接、另一端与取能单元的输入端连接；

所述电阻R2的一端与高频变压器T输出侧的一端连接，电阻R2的另一端与电感L 的一端连接，电感L的另一端与高频变压器T输出侧的另一端连接；

所述电容C5的两端与高频变压器T输出侧的两端并联，高频变压器T输出侧的两端分别与滤波单元的两输入端连接。

进一步的，所述高频变压器T的原副边匝数比为1:3，其铁芯材料为镍锌铁氧体，并通过环氧树脂材料浇注而成。

进一步的，所述取能单元包括整流桥、耦合电容C6、变压器T1、IGBT、二极管D、储能电容C7、稳压电路；

所述整流桥的一输入端与谐振式故障脉冲提取单元连接、另一输入端接地，整流桥的一输出端与变压器T1输入侧的一端连接、另一输出端与IGBT的集电极连接，IGBT 的发射极与变压器T1输入侧的另一端连接，IGBT的门极与控制单元的信号控制端连接；

所述耦合电容C5的两端与整流桥的两个输出端并联；

所述变压器T1输出侧的一端连接二极管D的阳极，二极管D的阴极、变压器T1输出侧的另一端分别与稳压电路的两输入端连接；

所述储能电容C7的两端与稳压电路的两输入端并联；

所述稳压电路的输出端与供电单元的输入端连接。

进一步的，所述变压器T1的原副边匝数比为1:5，其铁芯材料为镍锌铁氧体，并通过环氧树脂材料浇注而成。

进一步的，所述稳压电路的直流输出电压为25V。

进一步的，所述供电单元采用锂电池板，其输出电压为16V，容量为3000mAh。

进一步的，所述滤波单元为九阶无源低通滤波电路拓扑结构，其上限截止频率为 40MHz。

本实用新型的有益效果如下：

1.本实用新型通过设置谐振式故障脉冲提取单元，能够准确、高灵敏度的检测出架空绝缘线中的故障脉冲信号，便于及时发现架空绝缘线出现的故障问题并快速确定故障的发生位置；

2、本实用新型通过设置取能单元，能够有效的从架空绝缘线中获取电能，并输送至供电单元储存，避免了设备需要外接电源或定时跟换电池，使用方便；

3、本实用新型通过设置无线式数据传输单元，将故障检测信息通过无线传输的方式送至主机系统，实现测量设备和人工操作设备的电气隔离，确保操作人员的人身安全，安全性能较高。

附图说明

图1为本实用新型的整体框架结构示意图；

图2为所述电场耦合单元的结构示意图；

图3为所述谐振式故障脉冲提取单元的电路原理图；

图4为所述取能单元的电路原理图；

图5为所述滤波单元的电路原理图。

图中：11电场耦合单元、12谐振式故障脉冲提取单元、13取能单元、14供电单元、 15滤波单元、16数据采集单元、17无线式数据传输单元、18主机系统、19架空绝缘线路、20控制单元、21绝缘固定环、22绝缘支架、23耦合电容负极板。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，一种用于架空绝缘线路的自取能与故障检测一体化装置，包括电场耦合单元11、谐振式故障脉冲提取单元12、取能单元13、供电单元14、滤波单元15、数据采集单元16、无线式数据传输单元17、控制单元20、主机系统18，电场耦合单元11固定在架空绝缘线路19上，并与谐振式故障脉冲提取单元12、取能单元13、供电单元14依次串联，供电单元14的输电端分别与数据采集单元16、无线式数据传输单元17、控制单元20的供电端连接，控制单元20与取能单元13相互连接，滤波单元15、数据采集单元16、无线式数据传输单元17依次串联在谐振式故障脉冲提取单元12的输出端，无线式数据传输单元17通过无线网络与主机系统18通信连接。

该装置主要依靠电场耦合单元11耦合得到架空绝缘线19中的高频故障脉冲波和工频电压波，其中工频电压波经取能单元13转换为25V直流电储存于供电单元14的锂电池板中；高频故障脉冲波则被谐振式故障脉冲提取单元12捕获，转换为数字信号传输至主机系统18用于辅助专业人员判断架空绝缘线的绝缘状态。

下面分别对该装置中各单元电路进行具体描述：

如图2所示，电场耦合单元11包括绝缘固定环21、耦合电容负极板23、四个绝缘支架22。绝缘固定环21的侧面开设有缺口，绝缘固定环21通过缺口固定套接在架空绝缘线路19外部。耦合电容负极板23为具有侧面开口的空心筒结构，本实施例中，耦合电容负极板23采用铜金属箔卷制而成，铜金属筒的内径为82mm、外径为84mm、高度为100mm，并通过一根截面积为3平方毫米的铜线与谐振式故障脉冲提取单元12 的输入端连接。架空绝缘线19的线芯与耦合电容负极板23组成一个电容的两个极板，架空绝缘线19中的电压波会在耦合电容负极板23上感应出与之对应的电压信号。耦合电容负极板23的外部包裹有绝缘外壳24，本实施例中，绝缘外壳24的厚度为2mm。绝缘支架22采用绝缘材料制成，并均匀分布在绝缘固定环21的外侧面和绝缘外壳24 的内侧面之间。

如图3所示，谐振式故障脉冲提取单元12包括电阻R1、电阻R2、高频变压器T、电感L、电容C5，本实施例中，电阻R1为50Ω，电阻R2为450Ω，电感L为0.5mH，电容C5为10nF。各电路元器件及连接关系如图所示，电阻R1的两端与高频变压器T 输入侧的两端并联，如图中所示A端、D端，A端连接耦合电容负极板23，D端连接取能单元13的输入端。电阻R2的一端与高频变压器T输出侧的一端连接，电阻R2的另一端与电感L的一端连接，电感L的另一端与高频变压器T输出侧的另一端连接，电容C5的两端与高频变压器T输出侧的两端并联，如图中所示B端、C端，B端和C 端分别连接滤波单元15的两个输入端。进一步的，高频变压器T的原副边匝数比为1:3，其铁芯材料为镍锌铁氧体，并通过环氧树脂材料浇注而成，整体质量小于100g。

如图4所示，取能单元13包括整流桥、耦合电容C6、变压器T1、IGBT、二极管 D、储能电容C7、稳压电路。本实施例中，耦合电容C6的容值为10nF，储能电容C7的容值为100μF，稳压电路采用现有技术的稳压电路，如图4中所示，稳压电路中C8的容值为1nF，电阻R4、R5阻值均为200Ω，电阻R3阻值为10000Ω，使得稳压电路可输出25V的稳定直流电压。各电路元器件及连接关系如图所示，整流桥的一输入端(如图4中所示的E端)与谐振式故障脉冲提取单元12(如图3中所示的D端)连接、另一输入端接地，整流桥的一输出端与变压器T1输入侧的一端连接、另一输出端与IGBT 的集电极连接，IGBT的发射极与变压器T1输入侧的另一端连接，IGBT的门极与控制单元20的信号控制端连接，耦合电容C5的两端与整流桥的两个输出端并联，变压器 T1输出侧的一端连接二极管D的阳极，二极管D的阴极、变压器T1输出侧的另一端分别与稳压电路的两输入端连接，储能电容C7的两端与稳压电路的两输入端并联。稳压电路的输出端(如图4中所示的F端和G端)与供电单元14的输入端连接。进一步的，变压器T1的原副边匝数比为1:5，其铁芯材料为镍锌铁氧体，并通过环氧树脂材料浇注而成，整体质量小于50g。

本实施例中，控制单元20采用现有的单片机、晶体管放大电路、电压比较器电路构成的控制电路，其中电压比较器电路的输出端与单片机的某一输入端口连接，晶体管放大电路的输入端与单片机的某一输出口端连接，单片机内置控制程序，使该输出端口输出脉冲信号，脉冲信号每10秒产生一次，每次持续时间为10微秒，IGBT的门极与晶体放大电路的输出端连接；储能电容C7的一端串接分压电阻，分压电阻的节点连接电压比较器电路的正相输入端，供电单元14提供比较电压并与电压比较器电路的反相输入端连接。当储能电容C7两端的电压不低于36V时，控制单元20发出脉冲信号，使IGBT导通，当储能电容C7两端的电压低于36V时，控制单元20中止脉冲信号，IGBT 以1000Hz的频率断开。

本实施例中，供电单元14采用锂电池板，其输出电压为16V，容量为3000mAh，锂电池板为数据采集单元16、无线式数据传输单元17和控制单元20提供电能。

如图5所示，本实施例中，滤波单元15为九阶无源低通滤波电路拓扑结构，各电路元器件及连接关系如图所示，图中H端、I端为输入端，分别与谐振式故障脉冲提取单元12的输出端(图3中所示的B端、C端)连接，图中J端、K端为输出端，分别与数据采集单元16的信号采集端连接。本实施例中，滤波单元15的上限截止频率为40MHz。

本实施例中，数据采集单元16和无线式数据传输模块17均采用现有技术中电路模块。数据采集单元16由1个最大采样率256Mhz、精度为8位的AD采样模块和1块 16MB容量的储存模块组成。AD采样模块用于将模拟信号转换为数字信号并保存在存储模块中。储存模块为环形储存模式，数据存满之后自动覆盖最早写入的数据位。无线式数据传输模块17将存储模块中写入的数字信号信息通过无线网络发送至主机系统 18。

谐振式故障脉冲提取单元12与取能单元13串联在电场耦合单元11的后极，利用工频电压与故障脉冲电压频率相差较大的特点，使得电路对于工频电压而言取能单元 13分压较大，而对于故障脉冲电压而言谐振式故障脉冲提取单元12分压较大。

本装置的自取能过程为：取能单元13将获取的50Hz工频电压经整流、调压、稳压后获得25V直流稳定电压并输出至供电单元14，对锂电池板充电。该方式能够自动有效地从架空绝缘线中获取电能，并输送至供电单元储存，避免了设备需要外接电源或定时跟换电池。

本装置的故障检测过程为：谐振式故障脉冲提取单元12捕获故障脉冲信号后经上限介质频率为40MHz的滤波单元15滤除高频噪声后由数据采集单元16转换为数字信号，最终由无线式数据传输单元17传输至主机系统18，主机系统18显示架空绝缘线 19中的脉冲信息。同时，主机系统18可储存历史故障脉冲数据，并将历史故障脉冲数据进行对比，显示故障脉冲幅值和相位的变化趋势，协助专业人员对架空绝缘线路的绝缘状态进行全面而可靠的评。该方式实现了测量设备和人工操作设备的电气隔离，确保操作人员的人身安全，安全性能较高。

本实用新型提出的一种用于架空绝缘线路的自取能与故障检测一体化装置，有效解决了寻线法故障检测耗时耗力的问题，提升了配电网架空绝缘线的故障检测的效率，降低了检测成本，创新性地解决了检测设备需要定期充电或更换电池的问题，并实现了架空绝缘线中故障脉冲检测功能，同时具有使用安全、经济和高效的特点。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。