专利名称：配电线路状态智能传感器的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及到配电线路的故障诊断领域，特指一种配电线路状态智能传感器，用于对发生故障的配电线路状态信号进行实时采集和跟踪，并与计算机系统配合使用， 以实现配电线路故障的智能诊断。
背景技术：
配电网是直接向广大电力用户分配电能的网络，因而配电网的安全和供电可靠性越来越受到重视，但是我国的配电网由于历史的原因，还很落后，在网络结构、技术管理和运行维护上还有很多缺陷，以至于配电网故障频繁发生，尤其是在雷电、污染、内过电压作用等诸多因素时配电网故障更是频繁，极大地影响了人民群众的生产、生活用电。在该电压等级的电网中，经常发生配电线路跳闸事故，极大地影响了供电可靠性和电网安全。配电线路发生故障一般有两种一种是瞬时性故障；另一种是永久性故障。目前，在配电线路中投运自动重合闸装置，能有效减小配电线路中瞬时性故障引起的停电事故，并且能够迅速排除因瞬时性故障造成停电事故，对于提高配电线路的供电可靠性的作用是非常明显的。但是一旦出现永久性故障，此时投运自动重合闸，不但不能切除故障，而且会使故障范围进一步扩大，一方面电力系统会再次遭受短路电流的冲击，且可能造成重合后电力系统摇摆幅度增大，甚至可能使电力系统失去稳定性；另一方面继电保护再次使断路器断开，断路器在短时间内连续两次切断短路电流，恶化了其工作条件，缩短了断路器的使用寿命，有时甚至会造成断路器爆炸事故。因此，有必要对线路故障情况进行自动检测，辨别故障类型，从而决定是否投运自动重合闸；而判断故障类型的关键在于能否对故障线路的状态信号进行有效地采集。信号的采集一般是通过传感器来完成的。传感器是为电力系统进行电能计量、测量、控制保护等提供电流电压信号的重要设备，其精度及可靠性与电力系统的安全、稳定和经济运行密切相关，是电力系统必不可少的设备。随着电子技术、计算机技术、通讯技术、网络技术的不断发展以及人们对供电质量要求的不断提高，输配电网络中的电压、电流的监测技术也不断更新。目前，广泛应用的电力系统状态监测的主要是传统的电磁式传感器。传统的电磁式传感器采用电磁感应原理，将一次绕组的大电流转换成二次绕组的小电流。这种电流互感器虽然应用范围广，运行经验技术成熟，但其具有磁饱和、铁磁谐振、动态范围小、频带窄、绝缘结构日益复杂、体积大、造价高，且充油设备存在着易爆和难维护的问题等缺点，难以满足电力系统发展的要求。除了传统的电磁式传感器之外，最近还出现的电子式传感器和光电传感器也开始应用到电力系统当中，在电力系统监测领域受到广泛关注和研究。电子式传感器主要是利用Faraday效应、磁致伸缩效应、Kerr效应和逆压磁效应等。相对于传统的电磁式传感器而言，它能弥补一些传统电磁式传感器的缺陷。但由于其结构技术较复杂，成本高，性能不易做到稳定，实用化进程缓慢而不能得到广泛的应用。
光电式传感器基于法拉第(Faraday)磁光效应，测量环绕电流的磁场强度线积分，法拉第磁光效应是指线偏振光在电流磁场的作用下其偏振面要旋转一个与有效光程和磁场强度成比例的角度的原理设计的。光电式传感器在精确度和抗电磁干扰方面较传统的电气传感器有一定的优越性；在光电传感器中，高压侧信息是通过由绝缘材料做成的玻璃光纤传输到低电位的，光电传感器不含铁心，消除了磁饱和、铁磁谐振等问题。光电传感器的高压与低压之间只存在光纤联系，低压侧没有因开路或短路而产生的危险，同时因为没有磁耦合，消除了电磁干扰对互感器性能的影响。但其需要光电信号之间的转化，并且原理复杂，结构精细，技术不够成熟，运行稳定性差，使用寿命短，价格高，适用范围小。此外，目前针对配电线路瞬时性故障与永久性故障的判别方法中，由于没有一种性能良好的线路状态传感器对线路状态信号进行实时、准确的采集和跟踪，而致使判断结果误差大、可信度不高。目前瞬时性故障与永久性故障判别原理有3种，即基于故障恢复电压特性、基于故障电弧特性以及基于高频通道信号传输特性。基于故障恢复电压特性方法中恢复电压尚不到线路额定电压的10%，而对于带并联电抗器的线路而言，由于并联电抗器对线路分布电容的补偿作用，故障断开相恢复电压幅值较小，线路侧电压互感器取该电压存在较大的误差，且瞬时性故障存在低频振荡分量，这些直接影响了基于恢复电压特性判别方法的有效应用。基于瞬时性故障电弧特性的方法则因电弧电压一般不足线路额定电压的5%，从而在测量、分析和判断中存在可信度的问题，同时受电弧熄弧过程、暂态信号获取精度和故障状态的影响，难以实用化。基于高频通道信号衰减率的方法受线路长度和天气等因素影响，并且对于不采用高频通信的线路无法使用。
发明内容
本发明针对上述现有技术的缺点，提供一种结构简单紧凑、可靠性好、装置启动迅速、可实现信号实时准确采集和跟踪的配电线路状态智能传感器。本发明采用的技术方案为一种配电线路状态智能传感器，当配电线路正常运行时，配电线路状态智能传感器处于绝缘休眠状态，能承受电网的正常电压和过电压；当配电线路发生跳闸故障时，启动配电线路状态智能传感器对故障线路的状态信号进行检测，即配电线路状态智能传感器与故障相绝缘电阻Rm构成阻抗回路，采集阻抗回路中采样电阻 Ri两端的电压信号，并将该信号传送至与之配合使用的计算机系统进行相应的数据处理。 它包括直流高压电源、开关模块、信号采集模块和保护电阻RO ；所述直流高压电源、开关模块、信号采集模块和保护电阻RO依次串联组成配电线路状态智能传感器，当线路发生故障时，与故障相绝缘电阻Rm构成阻抗回路，所述直流高压电源为阻抗回路提供直流电压，所述开关模块用于接收计算机系统发出的导通或关断信号，控制配电线路状态智能传感器是否启动，所述信号采集模块用于采集故障线路的状态信号，所述保护电阻RO串接在回路中起到限流的作用，防止其他元件由于电流过大而受到损坏。作为本发明的进一步改进所述开关模块由IGBT触发电路、IGBT串联电路和均压电路组成；所述IGBT触发电路通过接收计算机系统发出的导通或关断信号，控制IGBT串联电路的导通或关断，所述 IGBT串联电路由多个相同的IGBT串联而成，关断状态时能承受电网的正常电压和过电压， 导通时呈低阻状态，所述均压电路用于保证IGBT串联电路在关断瞬间对每个IGBT的过电压保持均衡；所述信号采集模块由采样电阻Ri和放大电路组成；当线路发生故障时，开关模块导通，对采样电阻Ri两端的电压信号进行采集，所述放大电路用于将从采样电阻Ri两端采集到的信号进行放大，将其转换成满足计算机系统处理要求的信号，再送入计算机系统进行处理。本发明具有下述优点本发明的配电线路状态智能传感器，可实现对发生跳闸故障的配电线路的绝缘及绝缘恢复状态进行实时检测和跟踪，并与相应的计算机系统配合使用，以自动判断线路故障类型，判别是否可以投入自动重合闸，从而保证电力系统安全有效的运行，保障人民的生命财产安全，具有很好的应用价值。本发明利用IGBT构成开关模块，用于启用或退出智能传感器，其导通与关断由相应的计算机系统进行控制，实现了智能化操作；且IGBT的导通与关断迅速，采集到的线路状态信号具有实时性和准确性。本发明具有结构简单紧凑、可靠性好、装置启动迅速、可实现信号的实时准确采集和跟踪等优点。
图1为本发明装置的框架结构示意图；图2为本发明实施例中开关模块的电路原理示意图；图3为本发明实施例中IGBT触发电路的电路原理示意图；图4为本发明实施例中均压电路的电路原理示意图；图5为本发明实施例中放大电路的电路原理示意图。
具体实施例方式如图1所示，本发明的配电线路状态智能传感器包括直流高压电源1、开关模块2、 信号采集模块3和保护电阻R04 ；直流高压电源1、开关模块2、信号采集模块3和保护电阻 R04依次串联组成配电线路状态智能传感器，线路正常运行时，配电线路状态智能传感器处于绝缘休眠状态，能承受电网的正常电压和过电压；当线路发生故障时，与故障相绝缘电阻 Rm构成阻抗回路，直流高压电源1为阻抗回路提供直流电压，开关模块2用于接收计算机系统发出的导通或关断信号，控制配电线路状态智能传感器是否启动，信号采集模块3用于采集故障线路的状态信号，保护电阻R04串接在回路中起到限流的作用，防止其他元件由于电流过大而受到损坏。开关模块2由IGBT触发电路21、IGBT串联电路22和均压电路 23组成；信号采集模块3由放大电路31和采样电阻Ri32组成。如图2所示，开关模块2由IGBT触发电路21、IGBT串联电路22和均压电路23组成。IGBT触发电路21通过接收计算机系统发出的导通或关断信号，控制IGBT串联电路22 的导通或关断；IGBT串联电路22由多个相同的IGBT串联而成，以满足较高的电压值，关断状态时能承受电网的正常电压和过电压，导通时呈低阻状态；均压电路23用于保证IGBT串联电路在关断瞬间对每个IGBT的过电压保持均衡。图3为由集成电路TLP250构成的IGBT触发电路21。TLP250内置光耦的隔离电压高，上升和下降时间小，可有效地驱动IGBT。当输入控制信号时，晶体管V4导通输入+15V 驱动电压；当控制信号为零时，晶体管V5导通输入-IOV驱动电压，使IGBT截止。TLP250构成的驱动器体积小，价格便宜，是不带过流保护的IGBT驱动器中较理想的选择。图4为IGBT均压电路23。IGBT串联系统实行均压的目的是为了保证在导通或关断瞬间对每个IGBT的过电压保持均衡，以防止损坏IGBT的内部结构。该均压电路中要求电容Cl >> C2，电阻Rl >> R2。静态时，VTl漏源极通过Rl，R2串联后的阻值确定其电压静态值，Rl起主要分压功能。只要R1+R2 = R3+R4 = . . . = Rn-I+Rn,即可保证IGBT之间的静态均压。其均压原理为1)当VTl不开通时，Rl, R2对VTl进行静态均压，由于Rl >>R2，静态电压大部分电压集中在Rl两端；2)当VTl完全开通时，由于Cl >> C2，Cl相对于C2是个直流源，Cl通过VTl对 C2进行反相充电。Cl的电量及其两端电压Ucl基本保持不变，C2两端电压Uc2 = -Ucl, VTl 的门极为高电位，二极管VDl反方向截止，将驱动信号与反馈通道隔离；3)当VTl开始关断时，通过VTl的电流逐渐减小到零，电路由Cl向C2充电，Uc2 从-Uca逐渐增加为正极性，此时VTl两端电压Uvn = ucl+uc2 ；4)当因某种原因关断时，VTl漏源极两端产生过电压。主电路对Cl和C2充电。因 Cl >> C2，Ucl不变，而化为正且上升很快，在关断时VTl门极为低电位，VDl导通，给VTl 门极一个正的触发信号，使VTl开通，其两端的过电压消失』。2又回到VTl静态分压时的电位；5)当VTl未完全开通时，由于某种原因，在VTl两端产生过电压，同样C2上极板的电位会很快上升，使VDl导通，产生正的电压信号，加速VTl的开通，从而有效地抑制VTl漏源极两端的过电压。通过分析工作原理可知，该电路无需再加吸收电路。由于R1，1 2>>负载扎，所以Rl，R2消耗的功率很小，因而提高了效率。由于引入了反馈通道，开关的响应加快，从而抑制了 IGBT串联的过电压。图5为放大电路31。当线路发生故障时，开关模块2导通，对采样电阻Ri32两端的电压信号进行采集，由于从采样电阻Ri32两端采集到的信号可能无法满足计算机系统的数据处理要求，需通过信号放大电路31将其进行放大，再送入计算机系统进行处理。如图5所示，电压信号Uv从电阻R8端输入，经过集成运算放大器输出，并采用负反馈放大，输出的电压Utl放大比例由Rf、R9决定。输出与输入的关系式为
权利要求
1.一种配电线路状态智能传感器，其特征在于当配电线路正常运行时，配电线路状态智能传感器处于绝缘休眠状态，能承受电网的正常电压和过电压；当配电线路发生跳闸故障时，启动配电线路状态智能传感器对故障线路的状态信号进行检测，即配电线路状态智能传感器与故障相绝缘电阻Rm构成阻抗回路，采集阻抗回路中采样电阻Ri两端的电压信号，并将该信号传送至与之配合使用的计算机系统进行相应的数据处理。
2.根据权利要求1所述的配电线路状态智能传感器，其特征在于它包括直流高压电源(1)、开关模块O)、信号采集模块(3)和保护电阻R(K4)；所述直流高压电源(1)、开关模块O)、信号采集模块(3)和保护电阻R0(4)依次串联组成配电线路状态智能传感器，当线路发生故障时，与故障相绝缘电阻Rm构成阻抗回路。
3.根据权利要求2所述的配电线路状态智能传感器，所述直流高压电源(1)为阻抗回路提供直流电压，所述开关模块(2)用于接收计算机系统发出的导通或关断信号，控制配电线路状态智能传感器是否启动，所述信号采集模块(3)用于采集故障线路的状态信号， 所述保护电阻R(K4)串接在回路中起到限流的作用，防止其他元件由于电流过大而受到损坏。
4 根据权利要求2或3所述的配电线路状态智能传感器，其特征在于所述开关模块 (2)由IGBT(绝缘栅双极型晶体管)触发电路01)、IGBT串联电路02)和均压电路03) 组成；所述IGBT触发电路通过接收计算机系统发出的导通或关断信号，控制IGBT串联电路02)的导通或关断，所述IGBT串联电路03)由多个相同的IGBT串联而成，关断状态时能承受电网的正常电压和过电压，导通时呈低阻状态，所述均压电路03)用于保证 IGBT串联电路0 在关断瞬间对每个IGBT的过电压保持均衡。
5.根据权利要求2或3所述的配电线路状态智能传感器，其特征在于所述信号采集模块(3)由放大电路(31)和采样电阻Ri (32)组成；当线路发生故障时，开关模块导通，对采样电阻Ri (31)两端的电压信号进行采集，所述放大电路(32)用于将从采样电阻 Ri (31)两端采集到的信号进行放大，将其转换成满足计算机系统处理要求的信号，再送入计算机系统进行处理。
全文摘要
本发明公开了一种配电线路状态智能传感器，它包括直流高压电源(1)、开关模块(2)、信号采集模块(3)和保护电阻R0(4)。当配电线路正常运行时，配电线路状态智能传感器处于绝缘休眠状态；当线路发生跳闸故障时，开关模块(2)接收计算机系统发出的导通信号，启动配电线路状态智能传感器对故障线路的状态信号进行检测，并通过信号采集模块(3)将该信号传送至计算机系统进行相应的数据处理，从而实现配电线路故障的智能诊断；信号采集完毕，开关模块(2)接收计算机系统发出的关断信号，使配电线路状态智能传感器退出工作。本发明具有结构简单紧凑、可靠性好、装置启动迅速、可实现信号的实时准确采集和跟踪等优点。
文档编号H02H7/26GK102279344SQ20101019793
公开日2011年12月14日 申请日期2010年6月11日 优先权日2010年6月11日
发明者彭利强, 李景禄, 王伟平, 雷丰瑞 申请人:彭利强, 李景禄, 王伟平, 雷丰瑞