一种便携式接地故障探测装置的制作方法

本实用新型涉及电网监测领域，尤其涉及一种便携式接地故障探测装置。

背景技术：

配电网线路多，情况错综复杂，是电力系统中最薄弱的环节。当发生接地故障时，故障电流的数值往往较负荷电流小得多，故障相电压降为零，非故障相电压升高为相电压的数倍，但三相之间的线电压仍然保持对称，对供电负荷没有影响，因此规程允许继续运行1～2h。但实际运行中可能由于过电压引发电力电缆爆炸、TV保险熔断甚至烧坏、母线短路等事故，因此，迅速确定系统接地点消除单相接地故障对系统的安全运行有着十分重要的意义。

传统的寻找接地故障线路的方法是：依次逐条断开每回出线的断路器，故障线路被断开后，接地相电压恢复且接地信号消失，否则继续寻找。虽然这种寻找方法大多可通过重合闸来进行补救，但随着工业的飞速发展，对一些供电要求很高的用电客户来说，这种方法的弊病是显而易见的，尤其是对那些负荷较重的35kV线路，这种方法已不满足安全稳定供电的要求。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种便携式接地故障探测装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种便携式接地故 障探测装置，包括：多个工况采集模块和一个移动收集装置，每个所述工况采集模块均与移动收集装置通信连接，每根配电线路上分别安装有至少一个工况采集模块，其中：

所述移动收集装置包括第一通信单元、供电单元、存储单元、显示单元、主控单元；其中，第一通信单元、供电单元、存储单元、显示单元分别连接至所述主控单元；

所述工况采集模块包括控制单元、第二通信单元、传感单元、储能单元、用于基于配电线路电场进行取电的电场取能单元、用于通过耦合方式从配电线路耦合取能以及与其他工况采集模块进行耦合通信的耦合单元、用于通过耦合单元注入载波信号到配电线路或者通过耦合单元获取配电线路中的载波信号的信号处理单元；其中，所述传感单元、第二通信单元、储能单元、信号处理单元分别连接至所述控制单元，所述电场取能单元连接配电线路和储能单元，所述耦合单元连接配电线路和储能单元、信号处理单元。

在本实用新型所述的便携式接地故障探测装置中，所述第一通信单元和第二通信单元均采用ZigBee通信模块。

在本实用新型所述的便携式接地故障探测装置中，所述电场取能单元包括第一分压电容、第二分压电容、电感、变压器、输出阻抗；

所述第一分压电容和第二分压电容串接在配电线路的母线和地线之间，变压器的原边绕组的第一端通过电感连接至第一分压电容和第二分压电容的连接节点，所述变压器的原边绕组的第二端连接所述地线，变压器的副边绕组并联所述输出阻抗后形成两个供所述储能单元连接的电源输出端。

在本实用新型所述的便携式接地故障探测装置中，所述耦合单元包括连接储能单元的取能耦合电路和连接信号处理单元的信号耦合电路。

在本实用新型所述的便携式接地故障探测装置中，取能耦合电路包括依次连接的：用于耦合配电线路中的电流信号的取能耦合器、整流电路、滤波电路、连接储能单元的DC-DC变换电路；其中，所述取能耦合器包括可开闭的：包围在配电线路外的铁芯以及绕制在铁芯外的取能耦合线圈。

在本实用新型所述的便携式接地故障探测装置中，信号耦合电路包括用于耦合配电线路中的载波信号的信号耦合器、连接所述信号耦合器和信号处理单元的调制解调电路,其中，所述信号耦合器包括可开闭的：包围在配电线路外的铁芯以及绕制在铁芯外的信号耦合线圈。

实施本实用新型的便携式接地故障探测装置，具有以下有益效果：本实用新型在针对每根配电线路，分别设置至少一个工况采集模块，该模块采用无源供电方式，能从配电线路中自取电，且通过电场取能单元和耦合单元提供两种取电方式，解决了工况采集模块电源问题；同时信号沿线路传输，各个工况采集模块可以通过耦合单元进行耦合通信，如果某两个工况采集模块之间出现接地故障，则信号传播下游的工况采集模块就无法接收到载波信号，这样下游的工况采集模块就能有效快速的实现接地故障的定位，移动收集装置可以沿线收集各个工况采集模块的信息从而快速找到接地故障点，提高配电网线路运行维护检修效率，缩小故障影响范围。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用便携式接地故障探测装置的原理框图；

图2是本实用便携式接地故障探测装置的安装结构示意图；

图3是图1中电场取能单元的电路原理图；

图4是图1中耦合单元的电路原理图；

图5是耦合单元的安装结构示意图；

图6是本实用新型便携式接地故障探测装置实现接地故障探测的原理图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

参考图1和图2，图1是本实用便携式接地故障探测装置的原理框图；图2是本实用便携式接地故障探测装置的安装结构示意图。

本实用新型的便携式接地故障探测装置包括：多个工况采集模块2和一个移动收集装置1，每个所述工况采集模块2均与移动收集装置1通信连接，每根配电线路上分别安装有至少一个工况采集模块2。

一般一根配电线路上间隔一定距离安装一个工况采集模块2，如图2中A1、B1、C1、A2、B2、C2均表示工况采集模块。每个配电线路工况采集模块2可以与相邻的配电线路工况采集模块2配合实现接地故障的具体区段的定位，具体原理将在后续部分进行详细解释。图中虚线箭头表示移动收集装置1的移动路径，移动收集装置1沿着移动路径进行移动，依次收集各个工况采集模块2的信息。本实用新型中的配电线路工况采集模块2不仅可以确定其所在的配电线路是否存在接地故障，而且通过在一根配电线路上安装多个配电线路工况采集模块2可以具体定位该跟线路的接地故障所在的区段。

其中，所述移动收集装置1包括：第一通信单元12、供电单元14、存储单元13、显示单元15、主控单元11；其中，第一通信单元12、供电单元14、存储单元13、显示单元15分别连接至所述主控单元11；

其中，配电线路工况采集模块2包括：控制单元23、第二通信单元22、传感单元21、储能单元24、电场取能单元25、耦合单元26、信号处理单元27；其中，所述传感单元21、第二通信单元22、储能单元24、信号处理单元27分别连接至所述控制单元23，所述电场取能单元25连接配电线路和储能单元24，所述耦合单元26连接配电线路和储能单元24、信号处理单元27。

具体的：

主控单元11，可以采用MCU实现。

第一通信单元12和第二通信单元22，均可以采用ZigBee通信模块。

供电单元14，采用大容量锂电池供电，充满电状态下可连续工作10小时。

存储单元13，用于存储各个配电线路工况采集模块2的信息。

显示单元15，在主控单元11判断出第一通信单元12接收到某个工况采集模块2的接地故障信息时，在主控单元11的触发下显示具体的接地故障相关的信息。

储能单元24，用于给整个采集模块供电，其能量来源有两个，一个是电场取能单元25、另一个是耦合单元26；

电场取能单元25，用于基于配电线路电场进行取电；

耦合单元26，有两个功能，一是用于通过耦合方式从配电线路耦合取能，二是与其他工况采集模块2进行耦合通信；

信号处理单元27，用于通过耦合单元26注入载波信号到配电线路中，或者通过耦合单元26获取配电线路中的载波信号，如此实现两个工况采集模块2以配电线路为介质的通信；

传感单元21，主要包括电流、电场、温度、振动等传感器，具体可以根据监测需求选择对应的传感器即可，用于实现线路实时监测；

控制单元23，选择低功耗CPU，对工况采集模块2进行控制，当传感单元21监测到线路故障时存储故障信息，便于配电运维人员发现故障点并排除故障。

可见工况采集模块2采用的是无源供电技术，不主要依赖电池，采用双电源冗余供给方式，不仅能从高压电场获取所需能量，同时还能从耦合单元获取能量，工况采集模块2采集的线路信息采用耦合方式通过耦合单元经线路将信息进行实时传输，从而实现配电线路的有效监测。因采用耦合方式，信号沿线路传输，若发生接地故障，两采集模块之间的耦合信号将发生变化，通过比对相邻的工况采集模块2信号，可以有效实现线路接地故障定位，有别于传统的监测线路电气量作为判别依据(配电线路大部分接地故障电气量特征不明显)，极大提高了判别的准确性。

参考图3，是图1中电场取能单元的电路原理图。

所述电场取能单元25包括第一分压电容C1、第二分压电容C2、电感L、变压器T、输出阻抗ZD；

所述第一分压电容C1和第二分压电容C2串接在配电线路的母线和地线之间，变压器T的原边绕组的第一端通过电感L连接至第一分压电容C1和第二分压电容C2的连接节点，所述变压器T的原边绕组的第二端连接所述地线，变压器T的副边绕组并联所述输出阻抗ZD后形成两个供所述储能单元24连接的电源输出端。

参考图4，是图1中耦合单元的电路原理图。

所述耦合单元26包括连接储能单元的取能耦合电路61和连接信号处理单元的信号耦合电路62。

取能耦合电路61包括依次连接的：用于耦合配电线路中的电流信号的取 能耦合器、整流电路、滤波电路、连接储能单元24的DC-DC变换电路；

信号耦合电路62包括用于耦合配电线路中的载波信号的信号耦合器、连接所述信号耦合器和信号处理单元27的调制解调电路。

参考图5，是耦合单元的安装结构示意图。

所述取能耦合器包括可开闭的：包围在配电线路外的铁芯以及绕制在铁芯外的取能耦合线圈；所述信号耦合器包括可开闭的：包围在配电线路外的铁芯以及绕制在铁芯外的信号耦合线圈。

下面介绍本实用新型的工作原理：

便携式接地故障探测装置的接地故障定位原理：

参考图6，假如在配电线路A上设置了3个工况采集模块A1、A2、A3，采集模块A1、A2、A3之间的通信依靠配电线路为介质，每个装置通过控制单元23控制信号处理单元27将特殊频率的载波信号通过信号耦合器注入配电线路，载波信号沿线路传输，采集模块同时通过信号耦合器接收载波信号，采集模块通过比对沿线采集模块的信号异常，确定故障区域并进行故障定位。假如，信号从A1往A3的方向传输，A2A3之间的线路出现了接地故障，A1、A2采集模块均能检测接地异常信息，A3不可以接收信息，因此通过A1、A2、A3间的信息交互，即可确定接地点在A2A3之间。同理，配电线路B上的各个工况采集模块B1、B2、B3也可以通过上述过程判断配电线路B是否存在接地故障以及具体的故障区段。其他配电线路的接地定位同理可见。

工况采集模块2的无源取电原理：

一方面，电场取能单元25通过两个分压电容获取电场能量，另一方面，通过取能耦合电路61从配电电路获取电能。电场取能单元25和取能耦合电路61形成双电源供给模式，优选的，工况采集模块2工作模式分为全功率运行 模式和静默工作模式。当线路处于负荷较大工况时，双电源获取能量充足时，工况采集模块2进入全功率运行模式，实时采集线路运行信息，同时沿线路进行耦合通信；当线路负载较轻，工况采集模块2主要依靠电场取能单元25获取能量，此时工况采集模块2切换到静默模式，仅仅负责循环采集运行信息，不开启实时耦合通信，若监测到预设的异常信息，则立即短暂开启耦合通信传送异常信息。

综上所述，实施本实用新型的便携式接地故障探测装置，具有以下有益效果：本实用新型在针对每根配电线路，分别设置至少一个工况采集模块，该模块采用无源供电方式，能从配电线路中自取电，且通过电场取能单元和耦合单元提供两种取电方式，解决了工况采集模块电源问题；同时信号沿线路传输，各个工况采集模块可以通过耦合单元进行耦合通信，如果某两个工况采集模块之间出现接地故障，则信号传播下游的工况采集模块就无法接收到载波信号，这样下游的工况采集模块就能有效快速的实现接地故障的定位，移动收集装置可以沿线收集各个工况采集模块的信息从而快速找到接地故障点，提高配电网线路运行维护检修效率，缩小故障影响范围。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。