专利名称：基于嵌入式主板的电缆故障定位装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种电力技术和设备，适用于6 IOkV以电缆为主的配电网，能够在发生短路故障或者单相接地故障时，快速准确定位。
背景技术：
我国6 IOkV配电网广泛采用中性点非有效接地方式，又称为小电流接地系统。配电网的故障包括短路故障和单相接地故障。这两种故障的特征完全不同，但是都必须尽快找到故障点，这就提出了故障定位问题。随着城市化建设的加快，越来越多的电缆取代架空线路，成为配电线路的主体，电缆在发生故障时比架空线路的定位难度更大，因此如何解决电缆故障定位问题成为了现场关注的热点。电缆故障定位问题长期以来没有得到很好的解决，现场往往还在采用人工巡线的方法，人工巡线不仅耗费了大量人力物力，而且延长了停电时间，影响供电安全。目前现场有两种方法进行自动定位，第一种方法是利用电缆型故障指示器的方法，由于故障指示器测量精度有限，所以对于故障电流较大的短路故障效果较好，但是对于故障电流很小的单相接地故障定位准确率很低。第二种方法是安装内置CT的智能开关，利用可靠的外置电源工作，虽然该方法可以测量零序电流，单相接地故障的定位准确性也较好，但是投资较大，只适用于造价高的环网柜，无法在数量广大的电缆分支箱中使用。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术上的不足，提出一种针对以电缆为主的配电网故障的定位装置。该定位装置能够快速、准确地确定故障点，并适用于金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等多种故障情况。定位装置能够实现“二遥”功能，降低了用户的投资，性价比较高。本实用新型的技术方案如下:一种基于嵌入式主板的电缆故障定位装置，该故障定位装置由主站和终端两个部分组成，其特征为:所述终端安装在电缆分支箱或环网柜内，其输入端接收各条电缆线路的相电流以及零序电流信号；所述终端包含了嵌入式主板、模拟量变换器板卡和移动通信模块，所述嵌入式主板与模拟量变换器板卡通过背板连接线相连，与移动通信模块通过RS232串口连接；所述终端与主站通过移动通信连接；所述主站安装在变电站内或调度中心，具有移动通信模块，接收终端发送的信号。本实用新型还可以进一步采用以下优选技术方案:所述终端还包括自取电电源模块；自取电电源模块包括:电流互感器、太阳能电池板、电流互感器输入保护模块、太阳能电池板输入保护模块、电池管理模块、锂电池组、多电轨功率输出模块；所述电流互感器套置于电缆线路上，其二次侧顺次连接电流互感器输入保护模块、电池管理模块和多电轨功率输出模块；所述太阳电池板顺次连接太阳能电池板输入保护模块、电池管理模块和锂电池组。所述终端利用取电CT和太阳能电池板获得工作电源。其中，所述锂电池组可以为汽车级磷酸铁锂电池组；所述多电轨功率输出模块提供+5V、+12V、-12V三个电压轨道，并连接至嵌入式主板、模拟量变换器板卡和移动通信模块的电源端。所述嵌入式主板包括集成在一块电路板上的主频为500MHz的32位ARM芯片、64M内存、128MFlash存储器、12位AD采样芯片、232/485串口和USB串口。主板的操作系统为嵌入式WinCE5.0系统。所述终端支持USB鼠标、USB键盘、U盘。可以将录波数据拷贝到U盘上。所述主站为工业控制计算机。正常运行时终端实时计算电流幅值并将结果上传给主站，由主站显示。发生短路故障后，终端根据相电流越限启动报警，将报警信息发送给主站。发生单相接地故障后，终端根据零序电流越限启动报警，将报警信息发送给主站。主站根据所有终端的信息，采用深入优先搜索算法，确定故障区段的位置。本实用新型的故障定位装置通过以下方法实现故障定位:所述的终端为适用于户外使用的嵌入式微机型装置，安装于电缆分支箱或环网柜内，与安装在各条线路上的相CT及零序CT配合使用。终端用于测量相电流和零序电流信号及向主站发送故障信息，由嵌入式主板、电流变换器板卡和移动通信模块组成。所述的嵌入式主板包括集成在一块电路板上的主频为500MHz的32位ARM芯片、64M内存、128MFlash存储器、12位AD采样芯片、232/485串口和USB串口。主板支持USB鼠标、USB键盘、U盘，可以将录波数据拷贝到U盘上。主板的操作系统为嵌入式WinCE5.0系统。所述终端具有蓄电池组和充放电控制模块，能够利用取电CT和太阳能电池板获得工作电源。所述的主站为一台工业控制计算机，安装于变电站内或者调度中心，用于接收终端的信息并进行故障定位运算，具有移动通信模块。正常运行时终端实时计算电流幅值并将结果上传给主站，由主站显示。发生短路故障后，终端根据相电流越限启动报警，将报警信息发送给主站。发生单相接地故障后，终端根据零序电流越限启动报警，将报警信息发送给主站。主站根据所有终端的信息，采用深入优先搜索算法，确定故障区段的位置。本实用新型的优点如下:1、测量精度高，能够准确测量相电流及零序电流，精度达到0.5级以上。2、能够准确确定短路故障和单相接地故障所在区段。3、无需从外部接入传统电源，通过线路电流和太阳能电池板实现自取电工作。4、技术成熟、可靠性高，适用于6 IOkV中性点不接地或中性点经消弧线圈接地的配电网，适用于金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等多种故障情况。
图1是本实用新型的结构示意图；[0029]图2是终端的原理图；图3是嵌入式主板的原理图；图4是充放电控制模块的原理图。
具体实施方式
下面结合说明书如图，通过具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。本实用新型提出了一种针对以电缆为主的配电网故障的定位装置。该定位装置能够快速、准确地确定故障点，并适用于金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等多种故障情况。当发生短路故障后定位装置根据相电流信息确定故障区段，当发生单相接地故障后，定位装置根据零序电流信息确定故障区段。定位装置能够实现“二遥”功能，将报警信息上传至主站。基于本实用新型研制的定位装置由主站和终端两个部分组成组成。所述的终端为适用于户外使用的嵌入式微机型装置，安装于电缆分支箱或环网柜内，与安装在各条线路上的相CT及零序CT配合使用。终端用于测量相电流和零序电流信号及向主站发送故障信息，由嵌入式主板、电流变换器板卡和移动通信模块组成。所述的嵌入式主板包括集成在一块电路板上的主频为500MHz的32位ARM芯片、64M内存、128MFlash存储器、12位AD采样芯片、232/485串口和USB串口。主板支持USB鼠标、USB键盘、U盘，可以将录波数据拷贝到U盘上。主板的操作系统为嵌入式WinCE5.0系统。
所述终端具有自取电电源模块，能够利用取电CT和太阳能电池板获得工作电源。所述的主站为一台工业控制计算机，安装于变电站内或者调度中心，用于接收终端的信息并进行故障定位运算，具有移动通信模块。正常运行时终端实时计算电流幅值并将结果上传给主站，由主站显示。发生短路故障后，终端根据相电流越限启动报警，将报警信息发送给主站。发生单相接地故障后，终端根据零序电流越限启动报警，将报警信息发送给主站。主站根据所有终端的信息，采用深入优先搜索算法，确定故障区段的位置。本实用新型的结构如图1所示，定位装置终端和主站两个部分组成。各条电缆线路的电流互感器C (由于检测点的数量不止一个，而且每个检测点处的分支线路也不止一个，因此第一个检测点的第一条分支线路CT表示为C-1-1，第一个检测点的第二条分支线路CT表示为C-1-2，其他线路以此类推)的二次模拟电流信号接入到终端B (由于检测点的数量不止一个，多个终端分别使用Β-1、Β-2……B-n表示)。终端为适用于户外使用的嵌入式微机型装置，安装于电缆分支箱或环网柜内，与安装在各条线路上的相CT及零序CT配合使用。终端用于测量相电流和零序电流信号及向主站发送故障信息，由嵌入式主板、电流变换器板卡、移动通信模块组成。主站为一台工业控制计算机，安装于变电站内或者调度中心，用于接收终端的信息并进行故障定位运算，具有移动通信模块。终端的原理如图2所示，终端包括模拟量变换器板卡K1、嵌入式主板K2和移动通信模块K3，三块板卡通过背板B连接。通过二次电缆将电流互感器的电流模拟信号接入模拟量变换器板卡，Al至An表示板卡上的变换器单元，能够将电流转变为-5V与+5V之间的低压模拟量信号。变换后的模拟量进入嵌入式主板后经过AD转换变为数字信号，CPU对数字信号进行计算判断是否发生故障，如果发生故障立即保存故障数据，并通过RS232串口将报警信息发送到移动通信模块，移动通信模块将报警信息通过GPRS方式上传到主站。嵌入式主板的原理如图3所示，所述嵌入式主板包括集成在一块电路板上的主频为500MHz的32位ARM芯片、64M内存、128MFlash存储器、12位AD采样芯片、232/485串口和USB串口。主板的操作系统为嵌入式WinCE5.0系统。嵌入式主板由CPU、FLASH、NANDFLASH、SDRAM、FPGA 组成，CPU 是 PXA270C520，通过 DATA 总线口输出数据总线 BDOBD15,通过 ADDR 总线口输出地址总线 ADO—AD25，SDRAM 是 MT48LC16，MT48LC16 上的 AOAl2 与地址总线对应连接，MT48LC16上的DQODQ15与数据总线对应连接；FLASH是JS28F128，JS28F128上的AOA24与地址总线对应连接，JS28F128上的DQODQ15与数据总线对应连接；NAND FLASH是K9F4G08，K9F4G08上的ALE与地址总线对应连接，K9F4G08上的100107与数据总线对应连接，用于控制GPRS通信；FPGA是EP3C5F256，EP3C5F256上的10_VB6与地址总线对应连接，EP3C5F256上的10_VB5与数据总线对应连接。充放电控制模块的原理如图4所示，整个充放电系统由特制电流互感器X、太阳能电池板Y、电流互感器输入保护模块A、太阳能电池板输入保护模块C、PowerPath以及电池管理模块B、汽车级磷酸铁锂电池组E、多电轨功率输出模块D组成。其中特制电流互感器X可以调整参数以在比较宽范围内满足不同负荷条件线路下不同功耗设备的运行需求，太阳能电池板Y和特制电流互感器X在都可以独立支持运行的前提下互为冗余，以提供复杂线路运行条件和复杂运行现场条件下的系统稳固性。电流互感器输入保护模块A和太阳能电池板输入保护模块C负责在线路发生震荡或者大的冲击电流、感应雷的情况下为后级电路提供保护。PowerPath以及电池管理模块B将宽范围的前端输入能量分配到电池或者负载，在前端没有输入的情况下再将电池的能量提供给负载。汽车级磷酸铁锂电池组E可以在零下20摄氏度到80度的环境温度下以接近铅酸蓄电池3倍的能量密度提供1000个全冲全放周期。多电轨功率输出模块D以超过额定输出20%后接近90%的高效率为后级负载提供+5V、+12V、-12V三个电压轨道。
权利要求1.一种基于嵌入式主板的电缆故障定位装置，该故障定位装置由主站和终端两个部分组成，其特征为: 所述终端安装在电缆分支箱或环网柜内，其输入端接收各条电缆线路的相电流以及零序电流号； 所述终端包含了嵌入式主板、模拟量变换器板卡和移动通信模块，所述嵌入式主板与模拟量变换器板卡通过背板连接线相连，与移动通信模块通过RS232串口连接； 所述终端与主站通过移动通信连接； 所述主站安装在变电站内或调度中心，具有移动通信模块，接收终端发送的信号。
2.根据权利要求1所述的电缆故障定位装置，其特征在于: 所述终端还包括自取电电源模块； 所述自取电电源模块包括:电流互感器、太阳能电池板、电流互感器输入保护模块、太阳能电池板输入保护模块、电池管理模块、锂电池组、多电轨功率输出模块； 所述电流互感器套置于电缆线路上，其二次侧顺次连接电流互感器输入保护模块、电池管理模块和多电轨功率输出模块；所述太阳电池板顺次连接太阳能电池板输入保护模块、电池管理模块和锂电池组。
3.根据权利要求2所述的电缆故障定位装置，其特征在于: 所述锂电池组为汽车级磷酸铁锂电池组； 所述多电轨功率输出模块提供+5V、+12V、-12V三个电压轨道，并连接至嵌入式主板、模拟量变换器板卡和移动通信模块的电源端。
4.根据权利要求1所述的电缆故障定位装置，其特征在于: 所述嵌入式主板包括集成在一块电路板上的主频为500MHz的32位ARM芯片、64M内存、128MFlash存储器、12位AD采样芯片、232/485串口和USB串口。
5.根据权利要求1所述的电缆故障定位装置，其特征在于: 所述终端支持USB鼠标、USB键盘、U盘。
6.根据权利要求1所述的电缆故障定位装置，其特征在于: 所述主站为工业控制计算机。
专利摘要本实用新型公开了一种基于嵌入式主板的电缆故障定位装置，由主站和终端两个部分组成，所述终端安装在电缆分支箱或环网柜内，其输入端接收各条电缆线路的相电流以及零序电流信号；所述终端包含了嵌入式主板、模拟量变换器板卡和移动通信模块，所述嵌入式主板与模拟量变换器板卡通过背板连接线相连，与移动通信模块通过RS232串口连接；所述终端与主站通过移动通信连接；所述主站安装在变电站内或调度中心，具有移动通信模块，接收终端发送的信号。本实用新型技术成熟、可靠性高。
文档编号G01R31/02GK203164356SQ201320101218
公开日2013年8月28日 申请日期2013年3月6日 优先权日2013年3月6日
发明者张惠汐, 蔡博, 齐郑, 樊威, 朱晨, 东野忠昊, 忻达, 傅笛, 王昊月 申请人:华北电力大学, 北京丹华昊博电力科技有限公司