专利名称：配电网故障检测器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统领域，尤其涉及一种配电网故障检测器。
背景技术：
我国配电网具有线路结构复杂、环境多样多变、故障频繁复杂、维护工作量大等特征。配电线路某一段发生故障，需要逐段排查故障发生位置，不但工作强度大，而且还会延误抢修时间，影响供电可靠性。目前，一些配电线路的故障检测普遍存在一些问题，具体表现在1、指示简单采用简单的翻牌、闪光等技术，需人工巡检进行故障定位，排查效率低。2、故障判据简单采用硬件模拟电路做判据，不能量化，判据单一固化，难以准确判断故障。3、自检功能不完备未能对配电线路监控设备的运行情况做到实时自检并报警。
实用新型内容鉴于上述现有技术所存在的问题，本实用新型提供了一种配电网故障检测器，故障判断和定位准确，发生故障时能及时通知用户进行维护，保证配电网工作稳定可靠。为了达到上述技术效果，本实用新型提供了一种配电网故障检测器，包括用于采集配电网的电流信号，并将所述电流信号处理成小电流信号的电流互感器；用于将所述小电流信号处理成带直流分量的交流信号的信号处理电路；用于检测所述带直流分量的交流信号中的电流信息的低通滤波器；用于检测所述带直流分量的交流信号中的频率信息的频率检测电路；用于检测所述带直流分量的交流信号中的高频信息带通滤波器；微处理器，所述微处理器包括用于判断所述电流信息中的电流是否有变化，如果有则判断所述配电网发生故障，发送告警信号的电流判断单元、用于计算所述频率信息在预先设置的第四时间内所通过的次数，当所述次数不为预先设置的值时，判断所述配电网发生故障，发送告警信号的频率判断单元和用于读取所述高频信息，当所述读取的高频信息增大时，则判断所述配电网发生故障，发送告警信号的高频分量判断单元；用于接收所述告警信号，并进行告警的告警模块。作为本实用新型配电网故障检测器优选实施方式，所述电流判断单元包括用于判断所述电流信息中的电流是否减小，当所述电流减小且持续时间为预先设置的第一时间时，判断所述配电网发生开路故障，发送告警信号至所述告警模块的第一电流判断单元；用于当所述电流信息中的电流增大且持续时间为预先设置的第二时间时，判断所述电流是否大于预先设置的电流值，当所述电流大于预先设置的电流值时，将所述电流信息发送至所述告警模块的第二电流判断单元；用于当所述电流小于预先设置的电流值且在预先设置的第三时间内未恢复时，则判断所述配电网发生重合闸失败故障，发送告警信号至所述告警模块的第三电流判断单元。作为本实用新型配电网故障检测器优选实施方式，所述配电网故障检测器还包括用于向所述配电网故障检测器提供电源电压的电源模块；用于检测所述配电网故障检测器的电源电压，并将检测结果发送至所述微处理器的低压检测电路；用于向所述微处理器提供精准时钟信号的时钟电路。作为本实用新型配电网故障检测器优选实施方式，所述信号处理电路包括接线端子J2、压敏电阻P1、瞬态抑制二极管D1、稳压管D3、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R10、电容Cl、电容C2、运算放大器UlA和第一电源，所述J2的输入端与所述电流互感器连接，所述 J2的输出端经过所述Pl接地，所述J2的输出端经过所述Dl接地，所述J2的输出端经过所述D3接地，所述J2的输出端经过所述R3接地，所述J2的输出端经过所述C2接入所述 UlA的反相输入端，所述R4 —端与所述UlA的同相输入端连接，所述R4另一端与所述电源连接，所述R4另一端还经过所述Cl接地，所述UlA的正电源端与所述第一电源连接，所述 UlA的负电源端接地，所述UlA的同相输入端经过所述R5接地，所述UlA的反相输入端经过所述RlO与所述UlA的输出端连接。作为本实用新型配电网故障检测器优选实施方式，所述低通滤波器包括电阻R13、 电阻R14、电阻R6、电阻R11、电阻R19、电容C6、电容C7和运算放大器U1C，所述R13 —端与所述UlA的输出端连接，所述R13另一端与所述R14 —端连接，所述R13另一端经过C7与所述UlC输出端连接，所述R14另一端与所述UlC的同相输入端连接，所述R14另一端经过所述C6接地，所述UlC的反相输入端经过所述R6接地，所述UlC的反相输入端经过所述Rl 1 与所述UlC的输出端连接，所述UlC的输出端与所述R19连接。作为本实用新型配电网故障检测器优选实施方式，所述频率检测电路包括电容 C13、电阻R7、电阻R8、电阻R25、运算放大器UlD和第二电源，所述电容C13 —端与所述UlA 的输出端连接，所述C13另一端与所述UlD的反相输入端连接，所述UlD的同相输入端经过所述R7与所述第二电源连接，所述UlD的同相输入端经过所述R8接地，所述UlD的输出端与所述R25连接。作为本实用新型配电网故障检测器优选实施方式，所述带通滤波器包括电阻R15、 电阻R1、电阻R2、电阻R17、电阻R18、电阻R20、电容C4、电容C5、运算放大器UlB和第三电源，所述R15 —端与所述UlA的输出端连接，所述R15另一端经过所述R17接地，所述R15 另一端与所述C4 一端连接，所述R15另一端经过所述C5与所述UlB的输出端连接，所述C4 另一端与所述UlB的反相输入端连接，所述C4另一端经过所述R18与所述UlB的输出端连接，所述UlB的同相输入端经过所述Rl接地，所述UlB的同相输入端经过所述R2与所述第三电源连接，所述UlB的输出端与所述R20连接。作为本实用新型配电网故障检测器优选实施方式，所述低压检测电路包括电阻 R28、电阻R9、电阻Rl2、电阻R16、电阻R27、电阻R29、场效应管Ql、场效应管Q2和第四电源，所述似8 —端与所述微处理器连接，所述似8另一端与所述Q2的栅极连接，所述似8另一端经过所述R9接地，所述Q2的源极接地，所述Q2的漏极与所述R12 —端连接，所述R12另一端与所述Ql的栅极连接，所述Ql的栅极经过所述R27与所述第四电源连接，所述Ql的源极与所述第四电源连接，所述Ql的漏极与所述似9 一端连接，所述似9另一端经过所述 R15接地，所述似9另一端还作为所述低压检测电路的输出端。作为本实用新型配电网故障检测器优选实施方式，所述时钟电路包括CIO、Cll和晶体振荡器Yi，所述Cio —端与输入端连接，所述ClO另一端接地，所述Yl —端与输入端连接，所述Yl另一端经过所述Cll接地，所述Yl另一端还作为所述时钟电路的输出端。实施本实用新型配电网故障检测器，具有如下有益效果通过配电网故障检测器中的电流互感器、电流检测模块、频率检测电路和带通滤波器对配电网的电流信号进行采集和处理，并通过微处理器对采集到的信息进行分析，即可判断出配电网线路是否出现故障，并通过告警模块来提示用户，及时通知用户进行维护，达到智能检测作用，定位准确，保证配电网工作稳定可靠，功耗低，抗干扰能力强。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显然，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例；对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实用新型配电网故障检测器第一实施例的结构示意图；图2为信号处理电路示意图；图3为低通滤波器电路示意图；图4为频率检测电路示意图；图5为带通滤波器电路示意图；图6为低压检测电路示意图；图7为时钟电路示意图。
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、完整的描述。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的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。参见图1，图1为本实用新型配电网故障检测器一个实施例的结构示意图。该配电网故障检测器包括电流互感器101、信号处理电路102、低通滤波器103、频率检测电路104、 带通滤波器105、微处理器106和告警模块107，电流互感器101，用于采集配电网的电流信号，并将电流信号处理成小电流信号， 发送至信号处理电路102;具体的，电流互感器101由采用具有高导磁性能的电流互感器组成，由于采集到的配电网的电流比较大，导致无法直接采集大电流信号，所以必须通过电流互感器101将大电流信号处理成小电流信号，使输出幅度与配电网在线电流成比例，输出频率与配电网在线电流频率相等。信号处理电路102，用于将小电流信号处理成带直流分量的交流信号，并发送至低通滤波器103、频率检测电路104和带通滤波器105 ；具体的，由于电流互感器101输出的小电流信号是一个正负交替的交流信号，配电网故障检测器1无法采集负电流波形信号，所以需要信号处理电路1021将正负交替的交流信号(即小电流信号)处理成带直流分量的交流信号，该信号处理电路102电路图如图2 所示，该信号处理电路102包括接线端子J2、压敏电阻P1、瞬态抑制二极管D1、稳压管D3、 电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R10、电容Cl、电容C2、运算放大器UlA和第一电源，所述J2 的输入端与所述电流互感器连接，所述J2的输出端经过所述Pl接地，J2的输出端经过Dl 接地，J2的输出端经过D3接地，J2的输出端经过R3接地，J2的输出端经过C2接入UlA 的反相输入端，R4—端与UlA的同相输入端连接，R4另一端与电源连接，R4另一端还经过Cl接地，UlA的正电源端与第一电源连接，UlA的负电源端接地，UlA的同相输入端经过R5接地，UlA的反相输入端经过RlO与所述UlA的输出端连接。电流互感器101输出的小电流信号从J2端口接入，经C2耦合后输入至运算放大器，运算放大器在保持信号完整的基础上，既提高了输入电阻，减少电流互感器101的负载，又降低了输出电阻，增加电路的驱动能力，使输入和输出阻抗相匹配，提高后续电路对信号的分辨能力，且Pl压敏电阻、 Dl瞬变电压抑制二极管、D3稳压管对运算放大器输入端起到了良好的保护作用，经过处理后的带直流分量的交流信号从运算放大器1脚输出端输出。低通滤波器103，用于检测带直流分量的交流信号中的电流信息，并发送至微处理器 106 ；具体的，低通滤波器1022的电路示意图如图3所示，该低通滤波器包括电阻R13、 电阻R14、电阻R6、电阻R11、电阻R19、电容C6、电容C7和运算放大器U1C，R13 一端与UlA 的输出端连接，R13另一端与R14—端连接，R13另一端经过C7与UlC输出端连接，R14 另一端与UlC的同相输入端连接，R14另一端经过C6接地，UlC的反相输入端经过R6接地，UlC的反相输入端经过Rll与UlC的输出端连接，UlC的输出端与R19连接。带直流分量的交流信号从R13输入至由运放组成的有源二阶低通滤波器，滤掉配电网中由于各种负载所产生的高频分量仅对低频的稳态分量进行处理，得到配电网中的电流信息，然后发送至微处理器106中。频率检测电路104，用于检测带直流分量的交流信号中的频率信息，并发送至微处理器106 ；具体的，由于高压线附近的强磁场会产生干扰，从而造成波形的畸变，最终导致判断出错，所以需要通过一频率检测电路来解决此情况，该频率检测电路示意图如图4所示， 该频率检测电路包括电容C13、电阻R7、电阻R8、电阻R25、运算放大器UlD和第二电源，电容C13—端与UlA的输出端连接，C13另一端与UlD的反相输入端连接，UlD的同相输入端经过R7与第二电源连接，UlD的同相输入端经过R8接地，UlD的输出端与R25连接。利用由运放组成的运算放大器电路对带直流分量的交流信号进行波形整形，将其变化的正弦波整形成方波，然后输入至微处理器106中。带通滤波器105，用于检测带直流分量的交流信号中的高频信息，并发送至微处理器 106 ；具体的，因发生短路接地和小电流接地时会存在较多的5次谐波和7次谐波分量， 这为故障的判断提供了依据，因此，利用如图5所示的带通滤波器电路中由运放组成的让限定的频带500Hz-1500Hz之内的信号分量通过，而对该频带之外的信号分量大大抑制的谐振电路将其提取出来，该带通滤波器包括电阻R15、电阻R1、电阻R2、电阻R17、电阻R18、 电阻R20、电容C4、电容C5、运算放大器UlB和第三电源，R15 —端与UlA的输出端连接， R15另一端经过R17接地，R15另一端与C4 一端连接，R15另一端经过C5与UlB的输出端连接，C4另一端与UlB的反相输入端连接，C4另一端经过R18与UlB的输出端连接，UlB 的同相输入端经过Rl接地，UlB的同相输入端经过R2与第三电源连接，UlB的输出端与 R20连接。其工作原理为当配电网线路正常运行时，由于配电网供电频率为50Hz，无法满足带通滤波器条件，此时带通滤波器无信号输出；当发生短路接地和小电流接地时会存在较多的5次谐波和7次谐波分量，谐波大小一般为500Hz-1500Hz，刚好满足带通滤波器输出条件。该带通滤波器105具有较高的Q值，能很好地对阻带内的信号进行抑制，因此，可完整地、不失真地对谐波分量进行提取。微处理器106，包括电流判断单元1061、频率判断单元1062和高频分量判断单元 1063，具体的，微处理器106采用具有12位模数转换器(Analog-to-Digital Converter, ADC)采样精度的微处理器。电流判断单元1061，用于判断电流信息中的电流是否有变化，如果有则判断配电网发生故障，发送告警信号至告警模块107 ；具体的，电流判断单元1061包括第一电流判断单元10611，用于判断电流信息中的电流是否减小，当电流减小且持续时间为预先设置的第一时间时，判断配电网发生开路故障，发送告警信号至告警模块 107，具体的，第一时间为2秒；第二电流判断单元10612，用于当电流信息中的电流增大且持续时间为预先设置的第二时间时，判断电流是否大于预先设置的电流值，当电流大于预先设置的电流值时，将电流信息发送至告警模块107，具体的，第二时间为20毫秒，预先设置的电流值为5A ；第三电流判断单元10613，当电流小于预先设置的电流值且在预先设置的第三时间内未恢复时，则判断配电网发生重合闸失败故障，发送告警信号至告警模块107，具体的， 第三时间为50毫秒，如果电流小于预先设置的电流值且在预先设置的第三时间内恢复正常时，则可以判断速断重合闸成功，此时不需要再启动相电流突变判据。频率判断单元1062，用于计算频率信息在预先设置的第四时间内所通过的次数， 当次数不为预先设置的值时，判断配电网发生故障，发送告警信号至告警模块107 ；具体的，第四时间为1. 66毫秒，微处理器106对方波进行下降沿中断，以1. 66毫秒计时，通过计算1.66毫秒的次数，得到一个周期时间，因为正常相电流频率是50 Hz，在中断计时窗口里计数值应为12，如果计数值不为12，则表明频率不正常，偏离了 50 Hz，判断配电网发生故障，发生告警信号至告警模块107中。高频分量判断单元1063，用于读取高频信息，当读取的高频信息增大时，则判断配电网发生故障，发送告警信号至告警模块107 ；具体的，高频分量判断单元1063每周波读取12次，如果本次读取的数据比上次读取的数据增大IOA是，则认为有暂态发生，发送告警信号至告警模块107中。告警模块107，用于接收告警信号，并进行告警。具体的，告警模块107接收到告警信号时，进行告警，提示用户配电网发生了故障。需要说明的是，配电网故障检测器1还包括电源模块108，用于向配电网故障检测器提供电源电压；低压检测电路109，用于检测配电网故障检测器的电源电压，并将检测结果发送至微处理器106 ；具体的，该低压检测电路示意图如图6所示，该低压检测电路109包括电阻R28、电阻R9、电阻R12、电阻R16、电阻R27、电阻R29、场效应管Ql、场效应管Q2和第四电源，似8 一端与微处理器106连接，似8另一端与Q2的栅极连接，似8另一端经过R9接地，Q2的源极接地，Q2的漏极与R12—端连接，R12另一端与Ql的栅极连接，Ql的栅极经过R27 与第四电源连接，Ql的源极与第四电源连接，Ql的漏极与似9一端连接，似9另一端经过 R15接地，似9另一端还作为低压检测电路的输出端。利用微处理器106的12位ADC功能， 把电池电压用电阻分压的形式输入至微处理器106的ADC转换脚，微处理器106利用ADC 转换将采集到的电压信号通过似9与R15的分压比算出当前电池电压电池电压=检测ADC 电压 / (R15/ (R15+R29))再根据电池电压跟预设的低压电压进行判断，当电池电压低于预设电压则为电池低压；当电池电压高于预设电压则是正常电压。Ql与Q2组成一开关电路，当微处理器106 需要采集时打开开关电路，采集完成关闭开关电路，保证电路低功耗运行。时钟电路110，用于向微处理器106提供精准时钟信号。具体的，该时钟电路示意图如图7所示，该时钟电路110包括C10、C11和晶体振荡器Yl，ClO—端与输入端连接，ClO另一端接地，Yl—端与输入端连接，Yl另一端经过 Cll接地，Yl另一端还作为时钟电路的输出端。该时钟电路110为由一晶体振荡器组成的标准时钟电路，为微处理器106提供一个标准的16M时钟信号，保证了数据采集的精确性。综上所述，本实用新型配电网故障检测器，通过配电网故障检测器中的电流互感器、电流检测模块、频率检测电路和带通滤波器对配电网的电流信号进行采集和处理，并通过微处理器对采集到的信息进行分析，即可判断出配电网线路是否出现故障，并通过告警模块来提示用户，及时通知用户进行维护，达到智能检测作用，定位准确，保证配电网工作稳定可靠，功耗低，抗干扰能力强。以上所披露的仅为本实用新型几种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围。因此，依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的技术范围和配电网故障检测器结构。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术范围和配电网故障检测器结构之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求1.一种配电网故障检测器，其特征在于，包括用于采集配电网的电流信号，并将所述电流信号处理成小电流信号的电流互感器； 用于将所述小电流信号处理成带直流分量的交流信号的信号处理电路； 用于检测所述带直流分量的交流信号中的电流信息的低通滤波器； 用于检测所述带直流分量的交流信号中的频率信息的频率检测电路； 用于检测所述带直流分量的交流信号中的高频信息带通滤波器； 微处理器，所述微处理器包括用于判断所述电流信息中的电流是否有变化，如果有则判断所述配电网发生故障，发送告警信号的电流判断单元、用于计算所述频率信息在预先设置的第四时间内所通过的次数，当所述次数不为预先设置的值时，判断所述配电网发生故障，发送告警信号的频率判断单元和用于读取所述高频信息，当所述读取的高频信息增大时，则判断所述配电网发生故障，发送告警信号的高频分量判断单元； 用于接收所述告警信号，并进行告警的告警模块。
2.如权利要求1所述的配电网故障检测器，其特征在于，所述电流判断单元包括用于判断所述电流信息中的电流是否减小，当所述电流减小且持续时间为预先设置的第一时间时，判断所述配电网发生开路故障，发送告警信号至所述告警模块的第一电流判断单元；用于当所述电流信息中的电流增大且持续时间为预先设置的第二时间时，判断所述电流是否大于预先设置的电流值，当所述电流大于预先设置的电流值时，将所述电流信息发送至所述告警模块的第二电流判断单元；用于当所述电流小于预先设置的电流值且在预先设置的第三时间内未恢复时，则判断所述配电网发生重合闸失败故障，发送告警信号至所述告警模块的第三电流判断单元。
3.如权利要求2所述的配电网故障检测器，其特征在于，所述配电网故障检测器还包括用于向所述配电网故障检测器提供电源电压的电源模块；用于检测所述配电网故障检测器的电源电压，并将检测结果发送至所述微处理器的低压检测电路；用于向所述微处理器提供精准时钟信号的时钟电路。
4.如权利要求1至3任一项所述的配电网故障检测器，其特征在于，所述信号处理电路包括接线端子J2、压敏电阻P1、瞬态抑制二极管D1、稳压管D3、电阻R3、电阻R4、电阻R5、 电阻R10、电容Cl、电容C2、运算放大器UlA和第一电源，所述J2的输入端与所述电流互感器连接，所述J2的输出端经过所述Pl接地，所述J2的输出端经过所述Dl接地，所述J2的输出端经过所述D3接地，所述J2的输出端经过所述R3接地，所述J2的输出端经过所述C2 接入所述UlA的反相输入端，所述R4 —端与所述UlA的同相输入端连接，所述R4另一端与所述电源连接，所述R4另一端还经过所述Cl接地，所述UlA的正电源端与所述第一电源连接，所述UlA的负电源端接地，所述UlA的同相输入端经过所述R5接地，所述UlA的反相输入端经过所述RlO与所述UlA的输出端连接。
5.如权利要求4所述的配电网故障检测器，其特征在于，所述低通滤波器包括电阻 R13、电阻R14、电阻R6、电阻R11、电阻R19、电容C6、电容C7和运算放大器U1C，所述R13 — 端与所述UlA的输出端连接，所述R13另一端与所述R14 —端连接，所述R13另一端经过C7与所述UlC输出端连接，所述R14另一端与所述UlC的同相输入端连接，所述R14另一端经过所述C6接地，所述UlC的反相输入端经过所述R6接地，所述UlC的反相输入端经过所述 Rll与所述UlC的输出端连接，所述UlC的输出端与所述R19连接。
6.如权利要求4所述的配电网故障检测器，其特征在于，所述频率检测电路包括电容 C13、电阻R7、电阻R8、电阻R25、运算放大器UlD和第二电源，所述电容C13 —端与所述UlA 的输出端连接，所述C13另一端与所述UlD的反相输入端连接，所述UlD的同相输入端经过所述R7与所述第二电源连接，所述UlD的同相输入端经过所述R8接地，所述UlD的输出端与所述R25连接。
7.如权利要求4所述的配电网故障检测器，其特征在于，所述带通滤波器包括电阻 R15、电阻R1、电阻R2、电阻R17、电阻R18、电阻R20、电容C4、电容C5、运算放大器UlB和第三电源，所述R15 —端与所述UlA的输出端连接，所述R15另一端经过所述R17接地，所述 R15另一端与所述C4 一端连接，所述R15另一端经过所述C5与所述UlB的输出端连接，所述C4另一端与所述UlB的反相输入端连接，所述C4另一端经过所述R18与所述UlB的输出端连接，所述UlB的同相输入端经过所述Rl接地，所述UlB的同相输入端经过所述R2与所述第三电源连接，所述UlB的输出端与所述R20连接。
8.如权利要求3所述的配电网故障检测器，其特征在于，所述低压检测电路包括电阻 R28、电阻R9、电阻R12、电阻R16、电阻R27、电阻R29、场效应管Q1、场效应管Q2和第四电源， 所述似8 —端与所述微处理器连接，所述似8另一端与所述Q2的栅极连接，所述似8另一端经过所述R9接地，所述Q2的源极接地，所述Q2的漏极与所述R12 —端连接，所述R12另一端与所述Ql的栅极连接，所述Ql的栅极经过所述R27与所述第四电源连接，所述Ql的源极与所述第四电源连接，所述Ql的漏极与所述似9 一端连接，所述似9另一端经过所述 R15接地，所述似9另一端还作为所述低压检测电路的输出端。
9.如权利要求3所述的配电网故障检测器，其特征在于，所述时钟电路包括C10、C11和晶体振荡器Yi，所述Cio —端与输入端连接，所述ClO另一端接地，所述Yl —端与输入端连接，所述Yl另一端经过所述Cll接地，所述Yl另一端还作为所述时钟电路的输出端。
专利摘要本实用新型公开了一种配电网故障检测器，包括电流互感器、信号处理电路、低通滤波器、频率检测电路、带通滤波器、微处理器和告警模块。本实用新型配电网故障检测器，能智能检测出配电网故障，并及时提示用户进行维护，定位准确，保证配电网工作稳定可靠，功耗低，抗干扰能力强。
文档编号G01R31/08GK201935981SQ20112001498
公开日2011年8月17日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者吴多龙, 李 瑞, 李超, 罗峰, 罗轮 申请人:广州思泰信息技术有限公司