专利名称：配电线路的故障指示器的制作方法
技术领域：
本发明属于配电线路安全运行保障及故障定位技术领域，尤其涉及一种用于配电线路的故障指示器。
背景技术：
当配电线路发生单相接地故障或相间短路故障时，为了尽快恢复供电，必须尽快找到故障点，因此在配电线路上安装故障指示器，以确定配电线路上发生故障的位置。当线路发生故障时，通过检测电流、电压突变量，运用各种判据，判断故障状态，并显示故障信息，从而达到故障点定位的目的，缩短了线路维修时间，提高了供电可靠性。但是现有的故障指示器的故障判断方法对于单相接地故障判断不够准确，经常造成对于单相接地故障的误动或拒动。此外，电力系统配电线路深入负荷中心，结构复杂，分布广泛，运行环境恶劣。尤其是，鸟类在线杆上筑巢及鸟类粪便，可能引起线路发生单相接地故障，甚至发生相间短路故障，因此鸟类是影响线路安全运行重要因素之一。但是，根据有关法规，鸟类又不能猎杀，只能驱赶。目前常用的驱鸟方式有高频声响、强光、超声波等，刺激鸟类神经器官，使其难以承受而离去，而不致伤害其生命，从而保证线路运行安全。此外，在现有技术的故障指示器中，一旦制造完成，就将故障指示器的壳体内部封装，因此无法修改故障指示器的保护参数，这限定了固定的使用场合，并且一旦故障指示器的电池能量耗尽或内部电路发生故障，故障指示器只能报废。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，需要能够更加可靠地判断单相接地故障的故障指示器。此外，需要一种能够更加可靠地判断相间短路故障的故障指示器。另外，需要一种具有驱鸟功能的故障指示器。此外，需要一种便于维护的故障指示器。根据本发明示例性实施例的一种用于配电线路的故障指示器，所述故障指示器包括故障确认系统，所述故障确认系统包括电流检测器，检测配电线路的电流；电压检测器，检测配电线路的电压；第一控制器，根据检测的电流值的暂态分量、检测的电流值的稳态分量、检测的电压值的稳态分量确定是否产生了单相接地故障。另外，所述第一控制器包括第一比较器，将检测的电流值的暂态分量的变化与预定电流变化值进行比较；第二比较器，将检测的电压值的稳态分量的下降比例与预定电压下降比例值进行比较；第三比较器，确定检测的电流值的稳态分量是否变化；计时器，对检测的电压值的下降比例大于预定电压下降比例值的时间进行计时；故障确定单元，当检测的电流的暂态分量的变化大于预定电流变化值，检测的电压的稳态分量的下降比例大于预定电压下降比例值，检测的电流的稳态分量没有变化，且检测的电压值的下降比例大于预定电压下降比例值的时间大于第一预定时间时，确定产生了单相接地故障。
另外，所述第一控制器基于检测的电流的暂态分量确定是否产生了相间短路故障。另外，所述第一控制器包括第四比较器，将电流的暂态分量与预定电流值进行比较；计时器，对检测的电流值的暂态分量大于预定电流值的时间进行计时；故障确定单元， 当检测的电流值的暂态分量大于预定电流值的时间持续第二预定时间之后，检测的电流和电压均变成零时，确定产生了相间短路故障。另外，所述故障确认系统还包括警报单元，当故障确定单元确定发生了单相接地故障和/或相间短路故障时，发出警报信息。另外，所述警报单元通过发出闪光来发出警报信息并通过无线方式将警报信息传送到负责配电线路维护的控制室。另外，所述故障确认系统还包括第一信号处理器，用于对检测的电流值进行低通滤波来产生电流的稳态分量；第二信号处理器，用于对检测的电流值进行高通滤波来产生电流的暂态分量；第三信号处理器，用于对检测的电压值进行低通滤波来产生电压的稳态分量。另外，所述故障指示器还包括用于驱散鸟类的驱鸟系统。另外，所述驱鸟系统包括第二控制器；多个发光器单元，在第二控制器的控制下按预定的时隙顺序地发光；超声波换能单元，在第二控制器的控制下发出超声波声音。另外，故障确认系统还包括多个发光器单元，在第一控制器的控制下按预定的时隙顺序地发光；超声波换能单兀，在第一控制器的控制下发出超声波声音。另外，超声波换能单元下以IkHz的频率间隔发出12kHz至25kHz的声音，其中，预定的时隙为400毫秒，且每个发光器单元发光的时间为100毫秒。另外，所述故障指示器，还包括安装有所述故障确认系统或故障确认系统和驱鸟系统的壳体，其中，所述壳体包括圆柱型结构的上壳体和与所述上壳体可拆卸地结合的圆柱型结构的下壳体。另外，所述上壳体为不透明聚酯材料，所述下壳体为透明聚酯材料。另外，所述上壳体的顶部设置有用于安装所述配电线路的导线的夹具。另外，在所述夹具上设置有太阳能板固定件，在所述太阳能板固定件上设置有沿水平面转动的太阳能板。另外，所述指示器还包括充电管理系统，用于存储太阳能板输出的电压并向故障确认系统和驱鸟系统供电。根据本发明示例性实施例的故障指示器能够更加可靠稳定地检测出诸如单相接地故障和相间短路故障的短路故障，且能够防止短路故障的误判断。此外，根据本发明示例性实施例的故障指示器还具有驱散鸟类的功能，从而能够防止鸟类对配电线路设备的影响。此外，根据本发明示例性实施例的故障指示器具有可分离的上壳体和下壳体，因此，便于维护。
图I示出根据本发明示例性实施例的用于配电线路的故障指示器的框图。
图2示出根据本发明示例性实施例的用于配电线路的故障确认系统。图3示出根据本发明的另一示例性实施例的用于配电线路的故障确认系统。图4示出根据本发明示例性实施例的驱鸟系统。图5和图6分别示出根据本发明示例性实施例的驱鸟系统工作时闪光输出波形和超声波输出波形。图7示出根据本发明示例性实施例的故障指示器的安装到配电线路的壳体的结构。图8和图9分别示出故障指示器的壳体的上壳体和下壳体的示意图。图10至图12为用于说明将故障指示器安装到配电线路和从配电线路卸载故障指示器的过程的示图。图13为示出根据本发明示例性实施例的故障指示器的充电管理系统。
具体实施例方式现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。图I示出根据本发明示例性实施例的用于配电线路的故障指示器。参照图1，根据本发明示例性实施例的用于配电线路的故障指示器包括用于确定配电线路的故障(例如，相间短路故障和单相接地故障)的故障确认系统和用于驱散鸟类的驱鸟系统。具体地讲，根据本发明实施例的故障指示器的故障确认系统包括电流检测器 110，检测配电线路的电流(例如，通过互感方式检测电流)；电压检测器120，检测配电线路的电压；第一信号处理器131，用于对检测的电流值进行低通滤波来产生电流的稳态分量；第二信号处理器132，用于对检测的电流值进行高通滤波来产生电流的暂态分量；第三信号处理器133，用于对检测的电压值进行低通滤波来产生电压的稳态分量；第一控制器 140，根据检测的电流的暂态分量、检测的电流的稳态分量以及检测的电压的稳态分量的确定是否产生了单相接地故障。优选地，为了避免开机时的电流、电压变化引起的误报，第一控制器140可在所述故障指示器开始工作之后过去第一稳定时间之后(例如，在所述检测的电流和/或电压达到稳定电流和/或稳定电压之后过去一段时间，例如，30秒)，确定是否产生了故障。下面，参照图2和图3来说明根据本发明的故障确认系统。图2示出根据本发明示例性实施例的故障确认系统。参照图2，根据本发明示例性实施例的故障确认系统200包括电流检测器210，检测配电线路的电流；电压检测器220， 检测配电线路的电压；第一信号处理器231，用于对检测的电流值进行低通滤波来产生电流的稳态分量；第二信号处理器232，用于对检测的电流值进行高通滤波来产生电流的暂态分量；第三信号处理器233，用于对检测的电压值进行低通滤波来产生电压的稳态分量； 第一比较器241，将检测的电流的暂态分量的变化与预定电流变化值进行比较；第二比较器242，将检测的电压的稳态分量的下降比例与预定电压下降比例值(例如，30% )进行比较；第三比较器243，确定检测的电流的稳态分量是否变化；第四比较器244，将电流的暂态分量与预定电流值(例如，400A)进行比较；计时器250，对检测的电压的下降比例大于预定电压下降比例值的时间进行计时；故障确定单元260，用于确认单相接地故障和相间短路故障；警报单元270。在图2所示的示例中，第一比较器241、第二比较器242、第三比较器243、第四比较器244、计时器250和故障确定单元260可构成图I中的第一控制器140。这里，当检测的电流值的暂态分量的变化大于预定电流变化值，检测的电压值的稳态分量的下降比例大于预定电压下降比例值，检测的电流值的稳态分量没有变化且检测的电压值的下降比例大于预定电压下降比例值的时间持续大于第一预定时间(例如，60 秒)时，故障确定单元260可确定产生了单相接地故障。此外，当在检测的电流值的暂态分量大于预定电流值的时间持续第二预定时间 (例如，200毫秒)之后，检测电流和电压均变成零时，故障确定单元260确定产生了相间短路故障。当故障确定单元260确定发生了单相接地故障和/或相间短路故障时，警报单元 270可发出警报信息。例如，所述警报单元270通过发出红色闪光来发出警报信息并通过无线方式将警报信息传送到负责配电线路维护的控制室。图3示出根据本发明另一示例性实施例的故障确认系统。参照图3，根据本发明另一示例性实施例的故障确认系统300可包括电流检测器310，检测配电线路的电流；电压检测器320，检测配电线路的电压；第一信号处理器331，用于对检测的电流值进行低通滤波来产生电流的稳态分量；第二信号处理器332，用于对检测的电流值进行高通滤波来产生电流的暂态分量；第三信号处理器333，用于对检测的电压值进行低通滤波来产生电压的稳态分量；微处理器360 (例如，但不限于，单片机)，用于确认单相接地故障和相间短路故障；具有报警器371和无线传输模块372的警报单元370。在图3所示的示例中，微处理器360可构成图I所示的第一控制器140。在根据本发明另一不例性实施例的故障确认系统300中，微处理器360将检测的电流值的暂态分量的变化与预定电流变化值进行比较，将检测的电压值的暂态分量的下降比例与预定电压下降比例值进行比较，确定检测的电流值的稳态分量是否变化并且对检测的电压的下降比例大于电压下降比例的时间进行计时。同时，当检测的电流值的暂态分量的变化大于预定电流变化值，检测的电压值的稳态分量的下降比例大于预定电压下降比例值，检测的电流值的稳态分量没有变化且检测的电压值的下降比例大于预定电压下降比例值的时间大于第一预定时间时，故障确定单元360确定产生了单相接地故障。此外,在根据本发明另一不例性实施例的故障确认系统300中，微处理器360将电流值的暂态分量与预定电流值进行比较并且对电流值的暂态分量大于预定电流值的时间进行计时。当在电流值的暂态分量大于预定电流值的时间持续第二预定时间之后，检测的电流和电压均变成零时，所述微处理器360确定发生了相间短路故障。当配电线路发生单相接地故障时，配电线路一般允许继续运行一定时间(例如， 24小时)，因此配电线路中的负荷电流(电流的稳态分量)不会改变，但暂态分量会突变， 相电压也以大于一定比例(例如，预定电压下降比例值)地下降且这种下降要持续一定时间以上，由此故障指示器可判断出配电线路中是否发生单相接地故障并根据判断结果提供警报信息。另外，当线路发生相间短路故障时，线路中电流突变且超过一定的值，且线路的电流超过所述一定值的状态持续一定时间之后，变电站继电保护动作启动使得断路器跳闸， 从而配电线路的电压、电流均变为零，由此故障指示器可判断出是否出现相间短路故障并根据判断结果发出报警信息。例如变压器空载投入时，由于变压器激磁涌流的影响，配电线路的电流和/或电流突变，由此故障指示器可能认为发生了短路故障(例如，单相接地故障和/或相间短路故障)。但是，在所检测的电流和/电压达到稳定之后，检测到电流、电压不为零时开始进行判断，因此可防止故障指示器的误判断以及由此引起的误操作。图4示出根据本发明示例性实施例的驱鸟系统。参照图4，根据本发明示例性实施例的驱鸟系统可包括第二控制器410 (例如，单片机)；发光器421，在第二控制器的控制下发光；超声波换能器430，在第二控制器410的控制下发出超声波声音。图4中为了便于描述而示出了驱鸟系统仅包括一个发光器，但是根据本发明示例性实施例的驱鸟系统可多个发光器，所述多个发光器在第二控制器410的控制下按预定的时隙数顺序地发光。这里，如分别示出根据本发明示例性实施例的驱鸟系统工作时的闪光输出波形和超声波输出波形的图5和图6所示，超声波换能器430在第二控制器410的控制下以IkHz 的频率间隔发出12kHz至25kHz的声音，其中，预定时隙为400毫秒，且每个发光器单元发光的时间为100毫秒。当鸟类落在线路绝缘子附近或在绝缘子横担上筑巢时，才可能对线路安全运行造成影响。将故障指示器安装在靠近线杆的输电线上，由于能够发出IOOdB的声压超声波及亮度达10000坎德拉以上闪光，使鸟类难以适应，不得不离去，从而具有驱散鸟类的效果。虽然在上面描述的实施例中，驱散鸟类的功能由驱鸟系统进行，但是根据本发明的另一示例性实施例，所述驱散鸟类的功能可由故障确认系统执行，即，故障确认系统包括多个发光器单元和超声波换能器，从而在第一控制器的控制下，所述故障确认系统通过发光器单元和超声波换能器执行驱鸟功能。下面，结合图7来描述根据本发明示例性实施例的故障指示器的壳体。如图7所示，根据本发明示例性实施例的故障指示器的壳体可包括圆柱型结构的上壳体710和与所述上壳体710可拆卸地连接(例如，通过螺纹连接)的圆柱型结构的下壳体720。上壳体710与下壳体720可以(例如，通过螺纹连接)紧密结合，从而可以起到防水、防结露等作用。在所述上壳体510和下壳体520所形成的空间中安装有上述的故障确认系统和驱鸟系统的全部或一部分。如图8和图9所示，在上壳体710的下部形成有内螺纹710A，而在下壳体720的上部形成有外螺纹720A，因此上壳体710和下壳体720可通过螺纹连接紧密连接。优选地，所述上壳体710为不透明聚酯材料，所述下壳体720为透明聚酯材料，从而在所述下壳体720中安装图4所示的发光器421至423和/或超声波换能器430。此外，在所述上壳体的顶部还形成有用于安装配电线路的导线的夹具部分。下面， 详细说明所述夹具部分以及基于该夹具部分拆装配电下路的导线的过程。在所述上壳体510的顶部形成有用于放置所述配电线路的导线L的V型槽730。 在所述上壳体710的上部的所述V型槽730的两端分别设置有第一立柱741和第二立柱 742。此外，根据本发明示例性实施例的故障指示器的壳体还包括U型弯件转动杆750、U型弯件760、压线板转动杆770、压线板780。具体地讲，U型弯件转动杆750结合到第二立柱742的端部(即，上端部)并可以绕第二立柱742的端部旋转。U型弯件760结合到U型弯件转动杆750，从而U型弯件760可通过U型弯件转动杆750相对于第二立柱742 而转动例如90°。压线板转动杆770设置在V型槽730的设置有第一立柱741的一侧。压线板780可旋转地结合到压线板转动杆770，从而压线板780可通过压线板转动杆770转动一定角度(例如，大约120° )。这里，压线板780可将所述配电线路的导线L压紧到所述 V型槽730并且当导线L压紧到所述V型槽730时，所述U型弯件760与所述第一立柱741 和第二立柱742紧密接触。另外，在下壳体720的下部形成有将故障指示器安装到配电线路时使用的安装挂钩H。为了给故障指示器的故障确认系统和驱鸟系统供电，根据本发明示例性实施例的故障指示器还可包括接收太阳能的太阳能板791。为此，在所述U型弯件760的上部设置有太阳能板固定件792，以将所述太阳能板791设置在所述太阳能板固定件792之上。优选地，所述太阳能板591可旋转地设置到太阳能固定件792之上，从而保证太阳能板791朝南，以保证获得最大转换功率。此外，所述故障指示器还可包括如图X所示的用于存储太阳能板输出的电压并向故障确认系统和驱鸟系统供电的充电管理系统(如图13所示)。如上所述当故障指示器安装完毕时，U形弯件760与第一立柱741和第二立柱742 紧密接触而形成磁路，由此通过在配电线路的导线L中流过的电流产生的磁场与所述磁路的互感作用来检测配电线路的导线L的中流过的电流。这仅是示例，还可以采用本领域中公知的其它方法来检测配电线路的电流。配电线路的电压可通过电容式传感器(作为图2和图3所示的电压检测器220和 320)的来检测，从而可以避免空气湿度对测量精度的影响。所述电容式传感器可内置于故障指示器的内部(例如，在上壳体的靠近V型槽730的位置)。以下，参照图10至图12来说明将故障指示器安装到配电线路和从配电线路卸载故障指示器的过程。在故障指示器被安装到配电线路之前，其各个部件的位置如图10所示。当将故障指示器安装到配电线路时，将U型弯件760沿顺时针转动，压线板780逆时针转动，U形弯件760将压线板780支撑在与水平面成大约90°的位置，而配电线路的导线L位于V形槽 730上方，即位于U型弯件760内部，如图11所示。借助于安装工具，在故障指示器的下壳体的下方通过安装挂钩施加向上的力F，此时U形弯件760将受到导线L向下的推力，从而逆时针转动，导线L进入V形槽730，同时压线板780顺时针转动，将导线L压紧，从而完成安装操作。为了将故障指示器从配电线路卸载，借助于安装工具，在故障指示器的外壳体720 的下方施加向下的力F (如图12所示)，此时导线L向压线板780和U形弯件760施加向上的推力，U形弯件760顺时针转动，压线板780逆时针转动，导线L从V型槽730内拖出，从而完成故障指示器的卸载操作。虽然上面根据特定实施例描述了故障指示器的夹具部分，但是故障指示器的夹具不限于上述的实施例。还可包括本领域中常用的用于拆卸导线的其它形式的夹具。
根据本发明示例性实施例的故障指示器能够更加可靠稳定地检测出诸如单相接地故障和相间短路故障的短路故障，且能够防止短路故障的误判断。此外，根据本发明示例性实施例的故障指示器还具有驱散鸟类的功能，从而能够防止鸟类对配电线路设备的影响。此外，根据本发明示例性实施例的故障指示器具有可分离的上壳体和下壳体，因此，便于维护。虽然已表示和描述了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。
权利要求
1.一种配电线路的故障指示器，所述故障指示器包括故障确认系统，其特征在于，所述故障确认系统包括电流检测器，检测配电线路的电流；电压检测器，检测配电线路的电压；第一控制器，根据检测的电流值的暂态分量、检测的电流值的稳态分量、检测的电压值的稳态分量确定是否产生了单相接地故障。
2.根据权利要求I所述的故障指示器，其特征在于，所述第一控制器包括第一比较器，将检测的电流值的暂态分量的变化与预定电流变化值进行比较；第二比较器，将检测的电压值的稳态分量的下降比例与预定电压下降比例值进行比较；第三比较器，确定检测的电流值的稳态分量是否变化；计时器，对检测的电压值的下降比例大于预定电压下降比例值的时间进行计时； 故障确定单元，当检测的电流的暂态分量的变化大于预定电流变化值，检测的电压的稳态分量的下降比例大于预定电压下降比例值，检测的电流的稳态分量没有变化，且检测的电压值的下降比例大于预定电压下降比例值的时间大于第一预定时间时，确定产生了单相接地故障。
3.根据权利要求I所述的故障指示器，其特征在于，所述第一控制器基于检测的电流的暂态分量确定是否产生了相间短路故障。
4.根据权利要求3所述的故障指示器，其特征在于，所述第一控制器包括第四比较器，将电流的暂态分量与预定电流值进行比较；计时器，对检测的电流值的暂态分量大于预定电流值的时间进行计时；故障确定单元，当检测的电流值的暂态分量大于预定电流值的时间持续第二预定时间之后，检测的电流和电压均变成零时，确定产生了相间短路故障。
5.根据权利要求3所述的故障指示器，其特征在于，所述故障确认系统还包括警报单元，当故障确定单元确定发生了单相接地故障和/或相间短路故障时，发出警报信息。
6.根据权利要求5所述的故障指示器，其特征在于，所述警报单元通过发出闪光来发出警报信息并通过无线方式将警报信息传送到负责配电线路维护的控制室。
7.根据权利要求I所述的故障指示器，其特征在于，所述故障确认系统还包括第一信号处理器，用于对检测的电流值进行低通滤波来产生电流的稳态分量；第二信号处理器，用于对检测的电流值进行高通滤波来产生电流的暂态分量；第三信号处理器，用于对检测的电压值进行低通滤波来产生电压的稳态分量。
8.根据权利要求I所述的故障指示器，其特征特在于，还包括用于驱散鸟类的驱鸟系统。
9.根据权利要求I所述的故障指示器，其中，所述驱鸟系统包括第二控制器；多个发光器单元，在第二控制器的控制下按预定的时隙顺序地发光；超声波换能单元，在第二控制器的控制下发出超声波声音。
10.根据权利要求I所述的故障指示器，其特征在于，故障确认系统还包括多个发光器单元，在第一控制器的控制下按预定的时隙顺序地发光；超声波换能单元，在第一控制器的控制下发出超声波声音。
11.根据权利要求9或10所述的故障指示器，其特征特在于，超声波换能单元下以 IkHz的频率间隔发出12kHz至25kHz的声音；其中，预定的时隙为400毫秒，且每个发光器单元发光的时间为100毫秒。
12.根据权利要求8或10所述的故障指示器，其特征在于，还包括安装有所述故障确认系统或故障确认系统和驱鸟系统的壳体，其中，所述壳体包括圆柱型结构的上壳体和与所述上壳体可拆卸地结合的圆柱型结构的下壳体。
13.根据权利要求12所述的故障指示器，其特征在于，所述上壳体为不透明聚酯材料， 所述下壳体为透明聚酯材料。
14.根据权利要求12所述的指示器，其特征在于，所述上壳体的顶部设置有用于安装所述配电线路的导线的夹具。
15.根据权利要求14所述的指示器，其特征在于，在所述夹具上设置有太阳能板固定件，在所述太阳能板固定件上设置有沿水平面转动的太阳能板。
16.根据权利要求15所述的指示器，其特征在于，还包括充电管理系统，用于存储太阳能板输出的电压并向故障确认系统和驱鸟系统供电。
全文摘要
本发明公开了一种配电线路的故障指示器。故障指示器所包括的所述故障确认系统包括电流检测器，通过互感方式检测配电线路的电流；电压检测器，检测配电线路的电压；第一控制器，根据检测的电流的暂态分量的变化、检测的电流的稳态分量、检测的电压的暂态分量的下降比例，确定是否产生了单相接地故障。
文档编号G01R31/08GK102608484SQ20121006659
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月14日 优先权日2012年3月14日
发明者关兴虎, 王炳革 申请人:北京中电欧亚科技有限公司