一种电力线路故障指示器的电流方向识别系统的制作方法

本实用新型涉及电流方向识别技术领域，具体为一种电力线路故障指示器的电流方向识别系统。

背景技术：

线路故障指示器是应用在输配电线路、电力电缆及开关柜进出线上，用于指示线路短路或接地故障电流通路的一种报警装置。一旦线路发生故障，巡线人员可借助指示器的报警显示，迅速确定故障点，排除故障，彻底改变过去盲目巡线，分段合闸送电查找故障的落后做法。

目前的线路故障指示器只能用在单电源、辐射型线路上，不能检测负荷电流和故障电流的方向，无法判断区内还是区外故障。因其故障检测原理存在局限性，不能用于多电源(含双电源)互联的输电线路或高铁线路，也不能用于水电、风电、太阳能发电等分布式能源接入的配电网线路上，应用范围受到了限制。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种电力线路故障指示器的电流方向识别系统，能够检测负荷电流和故障电流的方向，扩大了线路故障指示器的应用范围，为故障类型判断提供了依据，结构简单，易于实现，适合推广使用。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案一种电力线路故障指示器的电流方向识别系统，包括电流波形提取模块、电压波形提取模块、电流方向检测模块和控制器,所述电流波形提取模块和所述电压波形提取模块的输入端分别连接所述故障指示器，所述电流波形提取模块的输出端与所述电流方向检测模块的输入端连接；所述电压波形提取模块的输入端和输出端分别与所述控制器连接，所述电流方向检测模块的输入端和输出端还分别连接所述控制器：

电流波形提取模块包括二极管d1、电阻r1、电容c1、电阻r2、三极管vt1、电阻r3和与非门u1a，所述二极管d1与所述电阻r1一端连接，所述电阻r1另一端与所述电容c1的一端连接，电容c1与所述电阻r2并联后一端接三极管vt1的基极，电容c1的另一端接地，三极管vt1的发射极接地，三极管vt1的集电极接电阻r3一端，电阻r3另一端接电源；三极管vt1的集电极还接与非门u1a的第一输入端，与非门的第二输入端接地；

电压波形提取模块还包括二极管d2、电阻r4、电容c2、电阻r5、三极管vt2、电阻r6和与非门u1b，所述二极管d2与所述电阻r4一端连接，所述电阻r4另一端与所述电容c2的一端连接，电容c2与所述电阻r5并联后一端接三极管vt2的基极，电容c2的另一端接地，三极管vt2的发射极接地，三极管vt2的集电极接电阻r6一端，电阻r6另一端接电源；三极管vt2的集电极还接与非门u1b的第一输入端，与非门的第二输入端接地；

电流方向检测模块，包括与非门u1c和与非门u1d，所述与非门u1c的第一输入端接入与非门u1a的输出端，所述与非门u1c的第一输入端接控制器，所述与非门u1c的输出端接入与非门u1d的第一输入端，所述与非门u1d的第二输入端接地。

优选的，所述二极管d1、三极管vt1和与非门u1的元器件型号分别设置为1n5819、s9013和cd4011。

优选的，所述电阻r1、电阻r2和电阻r3的阻值设置为1mω、1mω、4.7mω。

优选的，所述电容c1的容值设置为1nf。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过电压波形提取模块，检测并记忆线路正常运行时的电压相位，同步输出该电压相位波形到电流波形提取模块，在线路失压时也不间断输出，并于单片机、电流方向检测模块配合检测出故障电流方向；本实用新型准确检测线路正常运行状态下的负荷电流方向以及故障运行状态下的故障电流方向，向故障指示器提供方向变量值，以方便故障指示器准确判断故障位置；本实用新型采用独特的线路电流、电压方向检测技术，通过硬件电路实现，简单可靠，电路功耗小，成本低。

附图说明

图1为本实用新型整体结构图；

图2为本实用新型电流波形提取模块结构示意图；

图3为本实用新型电压波形提取模块结构示意图；

图4为本实用新型电流方向检测模块结构示意图。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

请参阅图1-4，本实用新型提供一种技术方案：一种电力线路故障指示器的电流方向识别系统，包括：

电流波形提取模块包括二极管d1、电阻r1、电容c1、电阻r2、三极管vt1、电阻r3和与非门u1a，所述二极管d1与所述电阻r1一端连接，所述电阻r1另一端与所述电容c1的一端连接，电容c1与所述电阻r2并联后一端接三极管vt1的基极，电容c1的另一端接地，三极管vt1的发射极接地，三极管vt1的集电极接电阻r3一端，电阻r3另一端接电源；三极管vt1的集电极还接与非门u1a的第一输入端，与非门的第二输入端接地。

所述线路故障指示器设计有电流线圈，通过感应高压导线电流产生的工频磁场，输出工频电压信号a，信号a经过二极管d1阻止负半波信号通过，只通过正半波信号，再经过r1电阻限流、c1电容高频滤波、r2电阻钳位，到达三极管vt1的基极，通过三极管vt1对电压信号进行无限放大，vt1的发射极和集电极分别与接地端和与非门u1连接，当正半波信号幅值超过0.6v时，vt1处于完全导通状态，与非门u1输出信号b为高电平信号；当正半波信号幅值低于0.6v或者负半波信号时，vt1处于完全截止状态，与非门u1输出信号b为低电平信号，与非门u1输出信号b连接控制器io管脚，由控制器检测电平的变化。

电流波形提取模块采用线路故障指示器内部电池供电，电池正极标记为vdd，电池负极标记为gnd；所述二极管d1、三极管vt1和与非门u1的元器件型号分别设置为1n5819、s9013和cd4011；所述电阻r1、电阻r2和电阻r3的阻值设置为1mω、1mω、4.7mω，所述电容c1的容值设置为1nf，选择适应的电路元器件型号大小可以提高电流检测灵敏度、减少电池损耗。

电压波形提取模块，电压波形提取模块，包括二极管d2、电阻r4、电容c2、电阻r5、三极管vt2、电阻r6和与非门u1b，所述二极管d2与所述电阻r4一端连接，所述电阻r4另一端与所述电容c2的一端连接，电容c2与所述电阻r5并联后一端接三极管vt2的基极，电容c2的另一端接地，三极管vt2的发射极接地，三极管vt2的集电极接电阻r6一端，电阻r6另一端接电源；三极管vt2的集电极还接与非门u1b的第一输入端，与非门的第二输入端接地；所述线路故障指示器设计有电压感应器，通过感应高压导线对地产生的工频电场，输出工频电压信号c。

电压感应器由一根金属线、一个信号电阻和电池负极pcb敷铜层组成，经过特殊设计，10～1000kv线路对大地的泄漏电流相当于一个0.1～10ua的恒流源，电池负极pcb敷铜层与大地相当于一个杂散电容，该泄漏信号经过信号电阻和杂散电容，取得分压信号c。

电压波形提取模块与电流波形提取模块电路结构相同，其中与非门u1和与非门u1b可以共用，电压信号c经过电压波形提取模块，最后输出电平信号d，信号d连接控制器io管脚，由控制器检测电平的变化。

控制器信号c和信号d都连接控制器io管脚，由控制器的io中断服务程序检测电平的变化，记录下线路电流波形信号c的正跳变时间t1、负跳变时间t2和线路电压波形信号d的正跳变时间t3、负跳变时间t4。控制器通过控制器io管脚e同步输出电压波形d到电流方向检测模块；如果线路失压，控制器检测不到电压信号c，控制器会锁定失压前的电压波形d，继续通过控制器io管脚e输出电压波形d到电流方向检测模块。

电流方向检测模块，电流方向检测模块，包括与非门u1c和与非门u1d，所述与非门u1c的第一输入端接入与非门u1a的输出端，所述与非门u1c的第一输入端接入控制器通过控制器输出的电平信号e，所述与非门u1c的输出端接入与非门u1d的第一输入端，所述与非门u1d的第二输入端接地；所述电流波形提取模块输出的电平信号b与控制器通过控制器输出的电平信号e经过u1与非门逻辑组合输出电平信号f，信号f连接控制器io管脚，由控制器检测电平的变化；b和e同时为高电平时，f输出高电平，标记为f＝b&e，控制器通过检测f的电平变化，即可判断线路电流方向是为正还是为负；为了提高电流方向检测的准确性，控制器会记录下f电平的正跳变时间t5、负跳变时间t6，当高电平持续时间δt＝|t6-t5|大于一个设定的时间参数时，即可认为线路电流方向为正，否则为负。对于50hz工频线路来说，设定的时间参数范围为半波，即0～10ms。

工作原理：在使用该电力线路故障指示器的电流方向识别系统之前，需要对整个系统进行简单的了解，首先，本技术方案拟采用电流方向检测和相位锁存技术，主要用于输配电线路故障指示器上，可以准确检测线路正常运行状态下的负荷电流方向以及故障运行状态下的故障电流方向，并分别给出方向变量值，用于故障指示器准确判断故障位置。故障指示器外壳上设计了带有红色标记的电流参考方向，安装时需将参考方向标志朝向同一个参考变电站。

在故障指示器程序里面，电流方向变量值采用0和1来表示。1表示电流方向为正，表示电流方向是从电源点(参考变电站)流出母线；0表示电流方向为负，表示电流是流向参考变电站母线的。为区分负荷电流和故障电流，两种电流分别用电流方向变量x、y来表示。

当线路正常运行时，负荷电流流出某个变电站母线，故障指示器程序判断实际电流方向，如果为正，则x＝1，如果为负，则x＝0。为方便人工观察电流方向的变化，故障指示器的方向变量值将通过短距离无线方式发送出去，由数据采集装置接收数据，再通过gprs等通信方式发送到主站监控中心。对于双电源或者多电源互联的线路，故障指示器正确安装以后，得到的电流方向变量值有可能同时为1，或者同时为0，也有可能一半线路为1，另一半线路为0，因为多电源出力不一样，互联线路的潮流方向是可以发生改变的。

当线路发生故障时，故障电流远远大于负荷电流，即负荷电流的方向此时可以忽略不计。假定故障指示器在故障判据启动以后检测到y＝1，说明故障点在故障指示器a的后面(远离参考变电站)，即故障电流是流出参考变电站的母线、流向故障点的，则故障指示器a应翻牌闪灯报警指示，并通过无线方式将故障报警信息发送出去。相反，如果故障指示器a检测到y＝0，则不报警。

考虑到线路故障发生时，线路会失压，导致故障电流方向判断不了，因此，本专利技术要求故障指示器控制器的控制器配合，通过专利技术保护的电压波形提取模块检测并记忆线路正常运行时的电压相位，并同步输出该电压相位波形到专利技术保护的电流方向检测模块上，在线路失压时也不间断输出，可检测出故障电流方向。

尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。