本發(fā)明屬于電力監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種電力線纜故障智能報警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著我國社會經(jīng)濟的高速發(fā)展，用電需求也在不斷的增大。目前，我國電網(wǎng)規(guī)模龐大，電力線纜線路長，設(shè)備多，運行方式復(fù)雜，人工巡視和檢查的人力和耗時成本相當可觀。而且，人工巡檢可能會發(fā)生誤檢和漏檢，出現(xiàn)故障時，故障排除時間長工，需要較大面積的停電，影響了電力線路的可靠性，容易帶來較大的經(jīng)濟損失。此外，由于不能及時的報警，也難以及時的處理突發(fā)狀況，或是阻止犯罪分子盜竊電纜等行為。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，而提出一種電力線纜故障智能報警系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種電力線纜故障智能報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括中央處理器以及分別與中央處理器連接的故障檢測模塊、采用了Zigbee技術(shù)的近距離無線通信模塊、采用了GPRS技術(shù)的遠距離無線通信模塊及收集太陽能的太陽能供電模塊，故障檢測模塊將自動測得并計算的故障點位置信息發(fā)送給中央處理器，中央處理器通過遠、近距離無線通信模塊向管理終端報警，

其中，所述故障檢測模塊，包括故障檢測從處理器，故障檢測從處理器分別與人機交互觸摸終端、隨機存儲器、低電壓脈沖信號生成模塊及AD檢測模塊連接，低電壓脈沖信號生成模塊通過信號調(diào)理電路經(jīng)由待測電纜與AD檢測模塊連接。

而且，所述太陽能供電模塊具體采用基于BQ25504的電池管理電路的太陽能電池板，太陽能電池板向中央處理器模塊供電，所述中央處理器具體采用基于STM32F407的處理器，所述近距離無線通信模塊具體采用的型號為DRF1607H，所述遠距離無線通信模塊具體采用的型號為USR-GPRS232。

而且，所述基于BQ25504的電池管理電路為具有過壓保護、欠壓保護以及電池狀態(tài)監(jiān)測的電池管理電路。

而且，在所述故障檢測模塊中，由低電壓脈沖信號生成模塊發(fā)出一個低電壓脈沖信號，低電壓脈沖信號通過信號調(diào)理模塊加載在電力電纜上，由AD檢測模塊記錄測量入射電壓行波和反射電壓行波相關(guān)數(shù)據(jù)，然后將測得的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸給故障檢測從處理器，由故障檢測從處理器繪制出波形圖，根據(jù)入射波與反射波的時間差，計算出故障點距電纜起點的距離。

而且，所述由AD檢測模塊記錄測量入射電壓行波和反射電壓行波相關(guān)數(shù)據(jù)儲存在RAM中。

本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：

本發(fā)明可以代替人工檢測，實時的監(jiān)測電纜的運行情況，在故障發(fā)生后迅速的計算出發(fā)生故障的位置，即時的向管理人員報警，并提供更準確的檢測結(jié)果，在提高電網(wǎng)的管理和運行效率方面具有重大的作用。

附圖說明

圖1是本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明系統(tǒng)中故障檢測模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明系統(tǒng)中故障檢測模塊的電池管理電路的電原理圖；

圖4是本發(fā)明系統(tǒng)的故障檢測原理邏輯步驟圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進一步詳述：需要強調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明并不限于具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其它實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護的范圍。

一種電力線纜故障智能報警系統(tǒng)，如圖1所示，該系統(tǒng)包括中央處理器以及分別與中央處理器連接的故障檢測模塊、采用Zigbee技術(shù)的近距離無線通信模塊、采用GPRS技術(shù)的遠距離無線通信模塊及收集太陽能的太陽能供電模塊，故障檢測模塊將自動測得并計算的故障點位置信息發(fā)送給中央處理器，中央處理器通過遠、近距離無線通信模塊向管理終端報警，

其中，所述故障檢測模塊，如圖2所示，包括故障檢測從處理器，故障檢測從處理器分別與人機交互觸摸終端、隨機存儲器(RAM)、低電壓脈沖信號生成模塊及AD檢測模塊，低電壓脈沖信號生成模塊通過信號調(diào)理電路與AD檢測模塊連接，

在本發(fā)明的具體實施中，所述太陽能供電模塊具體采用基于BQ25504的電池管理電路的太陽能電池板，太陽能電池板向中央處理器模塊供電，具有節(jié)能環(huán)保、無需頻繁更換電池的特點，所述中央處理器具體采用基于STM32F407的處理器，所述近距離無線通信模塊具體采用的型號為DRF1607H，所述遠距離無線通信模塊具體采用的型號為USR-GPRS232。

在本發(fā)明的具體實施中，所述基于BQ25504的電池管理電路，如圖3所示，該電池管理電路為具有過壓保護、欠壓保護以及電池狀態(tài)監(jiān)測的電池管理電路。

BQ25504是TI公司生產(chǎn)的一款面向毫微(超低)功率能量收集和管理應(yīng)用的高效升壓型轉(zhuǎn)換器。該器件可管理諸如太陽能、熱電能、電磁能和振動能等多種能源所產(chǎn)生的微瓦至毫瓦級功率。

在BQ25504啟動工作后，升壓轉(zhuǎn)換器可以有效地從低壓輸出采集器，即太陽能電池板中抽取能量。升壓轉(zhuǎn)換器能夠在輸入電壓(VIN)低至330mV時啟動，并且一旦啟動，它能夠在VIN不低于80mV的條件下持續(xù)釆集能量。

BQ25504采用一個可編程最大功率點跟蹤采樣網(wǎng)絡(luò)以優(yōu)化器件的功率傳輸。采樣VIN_DC開路電壓可使用外部電阻進行編程，并由一個外部參考電容保持。太陽能電池運行在它們開路電壓80％的最大功率點上，電阻分壓器可被設(shè)定到VIN_DC電壓的80％，并且此網(wǎng)絡(luò)將控制VIN_DC使其工作在接近采樣基準電壓下，或者可以由一個微控制器提供一個外部基準電壓以生成一個更復(fù)雜的MPPT算法。

BQ25504具有靈活性的設(shè)計使其可以支持多種能量存儲元件。采集器抽取能量的來源可以是零星的或者隨時間變化的。系統(tǒng)通常需要一些類型的能量存儲元件，例如可充電電池、超級電容器或者傳統(tǒng)電容器。當系統(tǒng)需要時，存儲元件將提供特定恒定電流。存儲元件還允許系統(tǒng)處理任何峰值電流，此峰值電流并不直接來源于輸入源。為防止損壞用戶的存儲元件，根據(jù)用戶編程設(shè)定的欠壓(UV)和過壓(0V)，對最高和最低電壓進行監(jiān)視。為了進一步幫助用戶嚴格管理他們的能量預(yù)算，當儲能電池或者電容器的電壓降至低于預(yù)設(shè)臨界水平時，BQ25504觸發(fā)電池正常標志位以向附加的微控制器傳遞信號。這將觸發(fā)負載電流以防止系統(tǒng)進入欠壓狀況。0V、UV和電池正常閥值可獨立編程。

設(shè)定欠壓閾值VBAT_UV＝2.83V，過壓閾值VBAT_OV＝4.2V，電池工作電壓范圍VBAT_OK_PROG＝3.45V，VBAT_OK_HYST＝3.96V。根據(jù)BQ25504的域值設(shè)定公式可以得到：R3＝5.6M，R4＝4.4M，R5＝5.6M，R6＝4.3M，R7＝3.1M，R8＝5.6M，R9＝1.3M。當電池電壓VBAT小于VBAT_OK_PROG時，此時VBAT_OK輸出低電平0，NMOS管截止，PMOS管也截止，停止對負載供電，當鋰電池電壓從VBAT_OK_PROG逐漸上升到3.60V時，VBAT_OK輸出高電平，此時NMOS管導(dǎo)通，PMOS管的柵極為低電平，PMOS管也導(dǎo)通，可以對負載電路供電，直到電池電壓降為3.5V為止。

在本發(fā)明的具體實施中，故障檢測模塊的原理是：由低電壓脈沖信號生成模塊發(fā)出一個低電壓脈沖信號，低電壓脈沖信號通過信號調(diào)理模塊加載在電力電纜上，由AD檢測模塊記錄測量入射電壓行波和反射電壓行波相關(guān)數(shù)據(jù)，然后將測得的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號傳輸給故障檢測從處理器，由故障檢測從處理器繪制出波形圖，根據(jù)入射波與反射波的時間差，計算出故障點距電纜起點的距離，這種方法也稱為LTDR(低壓時域脈沖反射)法。

在本發(fā)明的具體實施中，所述由AD檢測模塊記錄測量入射電壓行波和反射電壓行波相關(guān)數(shù)據(jù)儲存在RAM中。

工作原理

如圖4所示，故障檢測模塊定期測試電纜纜芯之間的電阻，通過是否發(fā)生異常變化來判斷是否有故障，如果有故障，則發(fā)送低電壓脈沖信號，判別故障特征點，計算出故障距離；如果沒有故障，則通過發(fā)送低壓脈沖計算出電纜長度。無論是否有故障，都將結(jié)束實時在液晶顯示器上進行顯示。

中央處理器采用STM32F407處理器。STM32F407處理器是ST(意法半導(dǎo)體)推出的以基于ARM&reg；Cortex^TM-M4為內(nèi)核的STM32F4系列高性能微控制器，其采用了90納米的NVM工藝和ART(自適應(yīng)實時存儲器加速器，Adaptive Real-Time MemoryAccelerator^TM)。ART技術(shù)使得程序零等待執(zhí)行，提升了程序執(zhí)行的效率，大大發(fā)揮了Cortext-M4的性能。

近距離無線通信模塊采用DRF1607H。該模塊采用CC2530F256，256KFLASH，TI公司最新一代ZigBee SOC芯片為主處理器，采用Zigbee2007協(xié)議棧，節(jié)點可配置為Coordinator，Router，使用方便靈活。模塊接收靈敏度為-110dBm，傳輸距離傳輸距離400米。用戶可通過串口指令更改頻道，默認串行通信速率為9600bps。

遠距離無線通信模塊采用USR-GPRS232。該模塊是一種GPRS DTU，即物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)終端，利用公用運營商網(wǎng)絡(luò)GPRS網(wǎng)絡(luò)(又稱G網(wǎng))為用戶提供無線長距離數(shù)據(jù)傳輸功能.采用高性能的工業(yè)級8/16/32位通信處理器和工業(yè)級無線模塊，以嵌入式實時操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺，同時提供RS232和RS485(或RS422)接口，可直接連接串口設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能。