一种配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统的制作方法
【专利摘要】一种配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，它包括监控中心、中心节点监测单元和多个子节点监测单元，多个子节点监测单元分别安装在不同的被检测水泥电线杆上并通过ZigBee网络向中心节点监测单元传递监测信息；中心节点监测单元通过GSM网络与控制中心交换信息。本实用新型利用检测电极监测水泥电线杆的单相接地故障并通过ZigBee网络和GSM网络传递监测信息，实现了配电网单相接地故障的实时监测，该系统不仅可在电力线路出现单相接地故障时，快速准确地向配电网管理中心报告故障点的具体位置，而且投资成本低，是一种非常经济的在线故障检测装置。
【专利说明】一种配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于在线监测配电网的水泥电线杆是否存在单相接地故障的装置，属于监测【技术领域】。
【背景技术】
[0002]我国城乡配电网多采用水泥杆架空线路结构，一旦水泥电线杆上的绝缘子击穿、瓷瓶击穿、绑线松动或避雷器击穿，对应的相线就有可能经过水泥杆接地，使配电网不能正常运行。显然，及时发现和排除这种单相接地故障对提高电网的供电可靠性具有重要意义。
[0003]现有的配电网接地故障定位方法可分为离线定位方法和在线定位方法。离线故障定位是指永久性接地故障发生时，先断开故障线路，然后进行故障定位的方法；在线定位是指在故障线路带电运行状态下进行故障定位的方法。
[0004]目前，离线故障定位方法主要有行波法、交直流法等。行波法是通过行波传输特性来判断故障位置的方法，该方法往往受过渡电阻和分支数目的影响。交直流法向线路注入直流或交流信号，通过对交直流信号的检测来判断故障位置。这些方法都有一个弊端，就是确定故障点需要先断开故障线路，影响供电的连续性。
[0005]常见的在线故障定位方法有S信号注入法、基于零序功率方向法和移动式比相方法。S信号注入法在系统内注入一个220Hz的信号，通过检测该信号是否存在来判断故障位置，该方法易受接地电阻和线路分布电容的影响。基于零序功率方向法和基于移动式比相方法都是利用了故障点前后的零序电流与零序电压之间的相位关系，这两种方法都需要沿电力线路查找故障点，很难实现故障点的快速定位，无法保证供电的可靠性。
[0006]总之，现有的配电网故障定位方法均不理想，不能适应经济发展对供电可靠性的要求，如何在不切断线路的情况下实现故障的快速准确定位，已成为有关技术人员目前所面临的课题。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，在不切断故障线路的情况下实现故障的快速准确定位。
[0008]本实用新型所述问题是以下述技术方案实现的:
[0009]一种配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，构成中包括监控中心、中心节点监测单元和多个子节点监测单元，多个子节点监测单元分别安装在不同的被检测水泥电线杆上并通过ZigBee网络向中心节点监测单元传递监测信息；中心节点监测单元通过GSM网络与控制中心交换信息。
[0010]上述配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，所述子节点监测单元包括漏电检测电路、检测单片机和Zigbee无线发射模块，所述漏电检测电路包括整流桥、限流电阻、钳位稳压管和两个检测电极，两个检测电极分别安装在被监测电线杆上的不同位置，所述整流桥的两个交流输入端分别与两个检测电极连接，其直流输出端经限流电阻接检测单片机的P1.0端口，所述钳位稳压管接于检测单片机的Pl.0端口与电源负极之间，所述Zigbee无线发射模块通过ZigBee网络向中心节点监测单元传递监测信息，其RXl和TXl端分别接检测单片机的TXDO和RXDO端。
[0011]上述配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，所述中心节点监测单元包括Zigbee无线接收模块、中心节点单片机和中心节点GSM模块,所述Zigbee无线接收模块接收Zigbee无线发射模块发出的监测信息，其RXl和TXl端分别接中心节点单片机的TXDO和RXDO端，所述中心节点GSM模块通过GSM网络与监控中心交换信息，其RXD和TXD端分别接中心节点单片机的TXDl和RXDl端。
[0012]上述配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，所述监控中心包括监控中心单片机、监控中心GSM模块和监控计算机，所述监控中心GSM模块通过GSM网络与中心节点GSM模块交换信息，其RXD和TXD端分别接监控中心单片机的TXDl和RXDl端，所述监控中心单片机通过其TXDO和RXDO端与监控计算机的串口连接。
[0013]上述配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，所述中心节点监测单元设置多个，每个中心节点监测单元均与多个子节点监测单元相对应。
[0014]上述配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，两个检测电极均为金属环，它们套装在水泥电线杆的不同高度上。
[0015]本实用新型利用检测电极监测水泥电线杆的单相接地故障并通过ZigBee网络和GSM网络传递监测信息，实现了配电网单相接地故障的实时监测，该系统不仅可在电力线路出现单相接地故障时，快速准确地向配电网管理中心报告故障点的具体位置，而且投资成本低，是一种非常经济的在线故障检测装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图对本实用新型作进一步说明。
[0017]图1是本实用新型的总体结构图；
[0018]图2是子节点监测单元的电原理图；
[0019]图3是中心节点监测单元的电原理图；
[0020]图4是监控中心的电原理图；
[0021 ] 图5是故障电压提取示意图。
[0022]图中各标号为:U1、检测单片机，U2、Zigbee无线发射模块，U3、Zigbee无线接收模±夹，U4、中心节点单片机，U5、中心节点GSM模块，U6、监控中心GSM模块，U7、监控中心单片机，PC、监控计算机，R、限流电阻，DW、钳位稳压管，ZQ、整流桥，DJ1、第一检测电极，DJ2、第二检测电极。
【具体实施方式】
[0023]参看图1，本实用新型由三大部分组成:子节点监测单元、中心节点监测单元和监控中心。
[0024]参看图2，子节点监测单元主要由漏电检测电路、检测单片机Ul (型号为MSP430)和Zigbee无线发射模块U2 (型号为SZ05)组成，负责故障电压的采集和向中心节点监测单元传输故障信息。漏电检测电路由限流电阻R、钳位稳压管DW、整流桥ZQ、过压保护模块OVP、第一检测电极DJl和第二检测电极DJ2构成。DJl和DJ2通过装置的外壳直接连接到水泥杆上，不需要外接线；随着周围环境的不同，水泥杆的电阻不同，流过水泥杆的电流也不同，因而加在该装置上的电压也会不同，因此需要对第一检测电极DJl和第二检测电极DJ2之间较高的交流电压进行保护；整流桥ZQ将交流电压变成直流电压后经限流电阻R送入检测单片机U1，钳位稳压管DW用于保护检测单片机U1，防止输入电压过高使单片机Ul击穿，供给单片机进行漏电电压检测。
[0025]在漏电检测电路中可以增设过压保护模块0VP，所述整流桥的两个交流输入端分别与过压保护模块OVP两极连接。
[0026]参看图3，中心节点监测单元主要由中心节点单片机U4 (型号为MSP430)、中心节点GSM模块U5 (型号为M590)和Zigbee无线接收模块U3 (型号为SZ05)组成，负责把接收到的各个子节点监测单元采集的信息传输到监控中心。
[0027]参看图4，监控中心主要由监控中心GSM模块U6 (型号为M590)、监控中心单片机U7 (型号为MSP430)和监控计算机PC组成，负责监控信息的汇总和故障具体位置的显示以及控制命令的下达。
[0028]工作原理:首先，单片机通过RS232串口对GSM短信模块M590、ZigBee模块SZ05进行初始化，对GSM短信模块M590进行AT命令控制。如果某个电线杆上的子节点监测单元采集到电线杆上有漏电电压，说明有接地故障，通过ZigBee模块SZ05向中心节点监测单元发送故障信息，然后中心节点监测单元通过GSM网络向监控中心发送短信信息，报告故障的具体位置。监控中心显示出哪条线路的哪个电线杆有接地故障。
[0029]本实用新型可以实时在线监测水泥电线杆配电网单相接地故障发生的时间，及时了解故障发生的地点，节省了大量的人力和时间，基本实现水泥电线杆配电网故障监测的自动化。对配电网供电的安全性有实际意义。如果某条线路母线发生了由以下原因造成的接地故障:绝缘子击穿、瓷瓶击穿、绑线松动、避雷器击穿、人为恶意抛物等。那么就会有接地电流通过水泥电线杆入地，就会在水泥电线杆上形成梯度电压，这样单片机通过采集单元采集水泥电线杆上的电压，就可以知道那一根水泥杆上发生了接地故障，而我们的每一个子节点电线杆采集单元都有地址编码，这样也就知道了故障点的具体位置。
【权利要求】
1.一种配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，其特征是，该系统包括监控中心、中心节点监测单元和多个子节点监测单元，多个子节点监测单元分别安装在不同的被检测水泥电线杆上并通过ZigBee网络向中心节点监测单元传递监测信息；中心节点监测单元通过GSM网络与控制中心交换信息。
2.根据权利要求1所述的一种配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，其特征是，所述子节点监测单元包括漏电检测电路、检测单片机(Ul)和Zigbee无线发射模块(U2)，所述漏电检测电路包括整流桥(ZQ)、限流电阻(R)、钳位稳压管(DW)和两个检测电极，两个检测电极分别安装在被监测电线杆上的不同位置，所述整流桥(ZQ)的两个交流输入端分别与两个检测电极连接，其直流输出端经限流电阻(R)接检测单片机(Ul)的Pl.0端口，所述钳位稳压管(DW)接于检测单片机(Ul)的Pl.0端口与电源负极之间，所述Zigbee无线发射模块(U2)通过ZigBee网络向中心节点监测单元传递监测信息，其RXl和TXl端分别接检测单片机(Ul)的TXDO和RXDO端。
3.根据权利要求1或2所述的一种配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，其特征是，所述中心节点监测单元包括Zigbee无线接收模块(U3)、中心节点单片机(U4)和中心节点GSM模块(U5)，所述Zigbee无线接收模块(U3)接收Zigbee无线发射模块(U2)发出的监测信息，其RXl和TXl端分别接中心节点单片机(U4)的TXDO和RXDO端，所述中心节点GSM模块(U5)通过GSM网络与监控中心交换信息，其RXD和TXD端分别接中心节点单片机(U4)的 TXDl 和 RXDl 端。
4.根据权利要求3所述的一种配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，其特征是，所述监控中心包括监控中心单片机(U7 )、监控中心GSM模块(U6 )和监控计算机(PC)，所述监控中心GSM模块(U6)通过GSM网络与中心节点GSM模块(U5)交换信息，其RXD和TXD端分别接监控中心单片机(U7)的TXDl和RXDl端，所述监控中心单片机(U7)通过其TXDO和RXDO端与监控计算机(PC)的串口连接。
5.根据权利要求4所述的一种配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，其特征是，所述中心节点监测单元设置多个，每个中心节点监测单元均与多个子节点监测单元相对应。
6.根据权利要求5所述的一种配电网水泥杆单相接地故障在线监测系统，其特征是，两个检测电极均为金属环，它们套装在水泥电线杆的不同高度上。
【文档编号】G01R31/02GK203551717SQ201320722258
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2013年11月17日 优先权日:2013年11月17日
【发明者】杨宏宇, 王志扬, 闫书畅, 戚宇林 申请人:华北电力大学（保定）