本實(shí)用新型涉及電網(wǎng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種便攜式接地故障探測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

配電網(wǎng)線路多，情況錯(cuò)綜復(fù)雜，是電力系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)。當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，故障電流的數(shù)值往往較負(fù)荷電流小得多，故障相電壓降為零，非故障相電壓升高為相電壓的數(shù)倍，但三相之間的線電壓仍然保持對(duì)稱，對(duì)供電負(fù)荷沒(méi)有影響，因此規(guī)程允許繼續(xù)運(yùn)行1～2h。但實(shí)際運(yùn)行中可能由于過(guò)電壓引發(fā)電力電纜爆炸、TV保險(xiǎn)熔斷甚至燒壞、母線短路等事故，因此，迅速確定系統(tǒng)接地點(diǎn)消除單相接地故障對(duì)系統(tǒng)的安全運(yùn)行有著十分重要的意義。

傳統(tǒng)的尋找接地故障線路的方法是：依次逐條斷開每回出線的斷路器，故障線路被斷開后，接地相電壓恢復(fù)且接地信號(hào)消失，否則繼續(xù)尋找。雖然這種尋找方法大多可通過(guò)重合閘來(lái)進(jìn)行補(bǔ)救，但隨著工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)一些供電要求很高的用電客戶來(lái)說(shuō)，這種方法的弊病是顯而易見的，尤其是對(duì)那些負(fù)荷較重的35kV線路，這種方法已不滿足安全穩(wěn)定供電的要求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種便攜式接地故障探測(cè)裝置。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種便攜式接地故 障探測(cè)裝置，包括：多個(gè)工況采集模塊和一個(gè)移動(dòng)收集裝置，每個(gè)所述工況采集模塊均與移動(dòng)收集裝置通信連接，每根配電線路上分別安裝有至少一個(gè)工況采集模塊，其中：

所述移動(dòng)收集裝置包括第一通信單元、供電單元、存儲(chǔ)單元、顯示單元、主控單元；其中，第一通信單元、供電單元、存儲(chǔ)單元、顯示單元分別連接至所述主控單元；

所述工況采集模塊包括控制單元、第二通信單元、傳感單元、儲(chǔ)能單元、用于基于配電線路電場(chǎng)進(jìn)行取電的電場(chǎng)取能單元、用于通過(guò)耦合方式從配電線路耦合取能以及與其他工況采集模塊進(jìn)行耦合通信的耦合單元、用于通過(guò)耦合單元注入載波信號(hào)到配電線路或者通過(guò)耦合單元獲取配電線路中的載波信號(hào)的信號(hào)處理單元；其中，所述傳感單元、第二通信單元、儲(chǔ)能單元、信號(hào)處理單元分別連接至所述控制單元，所述電場(chǎng)取能單元連接配電線路和儲(chǔ)能單元，所述耦合單元連接配電線路和儲(chǔ)能單元、信號(hào)處理單元。

在本實(shí)用新型所述的便攜式接地故障探測(cè)裝置中，所述第一通信單元和第二通信單元均采用ZigBee通信模塊。

在本實(shí)用新型所述的便攜式接地故障探測(cè)裝置中，所述電場(chǎng)取能單元包括第一分壓電容、第二分壓電容、電感、變壓器、輸出阻抗；

所述第一分壓電容和第二分壓電容串接在配電線路的母線和地線之間，變壓器的原邊繞組的第一端通過(guò)電感連接至第一分壓電容和第二分壓電容的連接節(jié)點(diǎn)，所述變壓器的原邊繞組的第二端連接所述地線，變壓器的副邊繞組并聯(lián)所述輸出阻抗后形成兩個(gè)供所述儲(chǔ)能單元連接的電源輸出端。

在本實(shí)用新型所述的便攜式接地故障探測(cè)裝置中，所述耦合單元包括連接儲(chǔ)能單元的取能耦合電路和連接信號(hào)處理單元的信號(hào)耦合電路。

在本實(shí)用新型所述的便攜式接地故障探測(cè)裝置中，取能耦合電路包括依次連接的：用于耦合配電線路中的電流信號(hào)的取能耦合器、整流電路、濾波電路、連接儲(chǔ)能單元的DC-DC變換電路；其中，所述取能耦合器包括可開閉的：包圍在配電線路外的鐵芯以及繞制在鐵芯外的取能耦合線圈。

在本實(shí)用新型所述的便攜式接地故障探測(cè)裝置中，信號(hào)耦合電路包括用于耦合配電線路中的載波信號(hào)的信號(hào)耦合器、連接所述信號(hào)耦合器和信號(hào)處理單元的調(diào)制解調(diào)電路,其中，所述信號(hào)耦合器包括可開閉的：包圍在配電線路外的鐵芯以及繞制在鐵芯外的信號(hào)耦合線圈。

實(shí)施本實(shí)用新型的便攜式接地故障探測(cè)裝置，具有以下有益效果：本實(shí)用新型在針對(duì)每根配電線路，分別設(shè)置至少一個(gè)工況采集模塊，該模塊采用無(wú)源供電方式，能從配電線路中自取電，且通過(guò)電場(chǎng)取能單元和耦合單元提供兩種取電方式，解決了工況采集模塊電源問(wèn)題；同時(shí)信號(hào)沿線路傳輸，各個(gè)工況采集模塊可以通過(guò)耦合單元進(jìn)行耦合通信，如果某兩個(gè)工況采集模塊之間出現(xiàn)接地故障，則信號(hào)傳播下游的工況采集模塊就無(wú)法接收到載波信號(hào)，這樣下游的工況采集模塊就能有效快速的實(shí)現(xiàn)接地故障的定位，移動(dòng)收集裝置可以沿線收集各個(gè)工況采集模塊的信息從而快速找到接地故障點(diǎn)，提高配電網(wǎng)線路運(yùn)行維護(hù)檢修效率，縮小故障影響范圍。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：

圖1是本實(shí)用便攜式接地故障探測(cè)裝置的原理框圖；

圖2是本實(shí)用便攜式接地故障探測(cè)裝置的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1中電場(chǎng)取能單元的電路原理圖；

圖4是圖1中耦合單元的電路原理圖；

圖5是耦合單元的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是本實(shí)用新型便攜式接地故障探測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)接地故障探測(cè)的原理圖。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式。

參考圖1和圖2，圖1是本實(shí)用便攜式接地故障探測(cè)裝置的原理框圖；圖2是本實(shí)用便攜式接地故障探測(cè)裝置的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

本實(shí)用新型的便攜式接地故障探測(cè)裝置包括：多個(gè)工況采集模塊2和一個(gè)移動(dòng)收集裝置1，每個(gè)所述工況采集模塊2均與移動(dòng)收集裝置1通信連接，每根配電線路上分別安裝有至少一個(gè)工況采集模塊2。

一般一根配電線路上間隔一定距離安裝一個(gè)工況采集模塊2，如圖2中A1、B1、C1、A2、B2、C2均表示工況采集模塊。每個(gè)配電線路工況采集模塊2可以與相鄰的配電線路工況采集模塊2配合實(shí)現(xiàn)接地故障的具體區(qū)段的定位，具體原理將在后續(xù)部分進(jìn)行詳細(xì)解釋。圖中虛線箭頭表示移動(dòng)收集裝置1的移動(dòng)路徑，移動(dòng)收集裝置1沿著移動(dòng)路徑進(jìn)行移動(dòng)，依次收集各個(gè)工況采集模塊2的信息。本實(shí)用新型中的配電線路工況采集模塊2不僅可以確定其所在的配電線路是否存在接地故障，而且通過(guò)在一根配電線路上安裝多個(gè)配電線路工況采集模塊2可以具體定位該跟線路的接地故障所在的區(qū)段。

其中，所述移動(dòng)收集裝置1包括：第一通信單元12、供電單元14、存儲(chǔ)單元13、顯示單元15、主控單元11；其中，第一通信單元12、供電單元14、存儲(chǔ)單元13、顯示單元15分別連接至所述主控單元11；

其中，配電線路工況采集模塊2包括：控制單元23、第二通信單元22、傳感單元21、儲(chǔ)能單元24、電場(chǎng)取能單元25、耦合單元26、信號(hào)處理單元27；其中，所述傳感單元21、第二通信單元22、儲(chǔ)能單元24、信號(hào)處理單元27分別連接至所述控制單元23，所述電場(chǎng)取能單元25連接配電線路和儲(chǔ)能單元24，所述耦合單元26連接配電線路和儲(chǔ)能單元24、信號(hào)處理單元27。

具體的：

主控單元11，可以采用MCU實(shí)現(xiàn)。

第一通信單元12和第二通信單元22，均可以采用ZigBee通信模塊。

供電單元14，采用大容量鋰電池供電，充滿電狀態(tài)下可連續(xù)工作10小時(shí)。

存儲(chǔ)單元13，用于存儲(chǔ)各個(gè)配電線路工況采集模塊2的信息。

顯示單元15，在主控單元11判斷出第一通信單元12接收到某個(gè)工況采集模塊2的接地故障信息時(shí)，在主控單元11的觸發(fā)下顯示具體的接地故障相關(guān)的信息。

儲(chǔ)能單元24，用于給整個(gè)采集模塊供電，其能量來(lái)源有兩個(gè)，一個(gè)是電場(chǎng)取能單元25、另一個(gè)是耦合單元26；

電場(chǎng)取能單元25，用于基于配電線路電場(chǎng)進(jìn)行取電；

耦合單元26，有兩個(gè)功能，一是用于通過(guò)耦合方式從配電線路耦合取能，二是與其他工況采集模塊2進(jìn)行耦合通信；

信號(hào)處理單元27，用于通過(guò)耦合單元26注入載波信號(hào)到配電線路中，或者通過(guò)耦合單元26獲取配電線路中的載波信號(hào)，如此實(shí)現(xiàn)兩個(gè)工況采集模塊2以配電線路為介質(zhì)的通信；

傳感單元21，主要包括電流、電場(chǎng)、溫度、振動(dòng)等傳感器，具體可以根據(jù)監(jiān)測(cè)需求選擇對(duì)應(yīng)的傳感器即可，用于實(shí)現(xiàn)線路實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

控制單元23，選擇低功耗CPU，對(duì)工況采集模塊2進(jìn)行控制，當(dāng)傳感單元21監(jiān)測(cè)到線路故障時(shí)存儲(chǔ)故障信息，便于配電運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)并排除故障。

可見工況采集模塊2采用的是無(wú)源供電技術(shù)，不主要依賴電池，采用雙電源冗余供給方式，不僅能從高壓電場(chǎng)獲取所需能量，同時(shí)還能從耦合單元獲取能量，工況采集模塊2采集的線路信息采用耦合方式通過(guò)耦合單元經(jīng)線路將信息進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)配電線路的有效監(jiān)測(cè)。因采用耦合方式，信號(hào)沿線路傳輸，若發(fā)生接地故障，兩采集模塊之間的耦合信號(hào)將發(fā)生變化，通過(guò)比對(duì)相鄰的工況采集模塊2信號(hào)，可以有效實(shí)現(xiàn)線路接地故障定位，有別于傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)線路電氣量作為判別依據(jù)(配電線路大部分接地故障電氣量特征不明顯)，極大提高了判別的準(zhǔn)確性。

參考圖3，是圖1中電場(chǎng)取能單元的電路原理圖。

所述電場(chǎng)取能單元25包括第一分壓電容C1、第二分壓電容C2、電感L、變壓器T、輸出阻抗ZD；

所述第一分壓電容C1和第二分壓電容C2串接在配電線路的母線和地線之間，變壓器T的原邊繞組的第一端通過(guò)電感L連接至第一分壓電容C1和第二分壓電容C2的連接節(jié)點(diǎn)，所述變壓器T的原邊繞組的第二端連接所述地線，變壓器T的副邊繞組并聯(lián)所述輸出阻抗ZD后形成兩個(gè)供所述儲(chǔ)能單元24連接的電源輸出端。

參考圖4，是圖1中耦合單元的電路原理圖。

所述耦合單元26包括連接儲(chǔ)能單元的取能耦合電路61和連接信號(hào)處理單元的信號(hào)耦合電路62。

取能耦合電路61包括依次連接的：用于耦合配電線路中的電流信號(hào)的取 能耦合器、整流電路、濾波電路、連接儲(chǔ)能單元24的DC-DC變換電路；

信號(hào)耦合電路62包括用于耦合配電線路中的載波信號(hào)的信號(hào)耦合器、連接所述信號(hào)耦合器和信號(hào)處理單元27的調(diào)制解調(diào)電路。

參考圖5，是耦合單元的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

所述取能耦合器包括可開閉的：包圍在配電線路外的鐵芯以及繞制在鐵芯外的取能耦合線圈；所述信號(hào)耦合器包括可開閉的：包圍在配電線路外的鐵芯以及繞制在鐵芯外的信號(hào)耦合線圈。

下面介紹本實(shí)用新型的工作原理：

便攜式接地故障探測(cè)裝置的接地故障定位原理：

參考圖6，假如在配電線路A上設(shè)置了3個(gè)工況采集模塊A1、A2、A3，采集模塊A1、A2、A3之間的通信依靠配電線路為介質(zhì)，每個(gè)裝置通過(guò)控制單元23控制信號(hào)處理單元27將特殊頻率的載波信號(hào)通過(guò)信號(hào)耦合器注入配電線路，載波信號(hào)沿線路傳輸，采集模塊同時(shí)通過(guò)信號(hào)耦合器接收載波信號(hào)，采集模塊通過(guò)比對(duì)沿線采集模塊的信號(hào)異常，確定故障區(qū)域并進(jìn)行故障定位。假如，信號(hào)從A1往A3的方向傳輸，A2A3之間的線路出現(xiàn)了接地故障，A1、A2采集模塊均能檢測(cè)接地異常信息，A3不可以接收信息，因此通過(guò)A1、A2、A3間的信息交互，即可確定接地點(diǎn)在A2A3之間。同理，配電線路B上的各個(gè)工況采集模塊B1、B2、B3也可以通過(guò)上述過(guò)程判斷配電線路B是否存在接地故障以及具體的故障區(qū)段。其他配電線路的接地定位同理可見。

工況采集模塊2的無(wú)源取電原理：

一方面，電場(chǎng)取能單元25通過(guò)兩個(gè)分壓電容獲取電場(chǎng)能量，另一方面，通過(guò)取能耦合電路61從配電電路獲取電能。電場(chǎng)取能單元25和取能耦合電路61形成雙電源供給模式，優(yōu)選的，工況采集模塊2工作模式分為全功率運(yùn)行 模式和靜默工作模式。當(dāng)線路處于負(fù)荷較大工況時(shí)，雙電源獲取能量充足時(shí)，工況采集模塊2進(jìn)入全功率運(yùn)行模式，實(shí)時(shí)采集線路運(yùn)行信息，同時(shí)沿線路進(jìn)行耦合通信；當(dāng)線路負(fù)載較輕，工況采集模塊2主要依靠電場(chǎng)取能單元25獲取能量，此時(shí)工況采集模塊2切換到靜默模式，僅僅負(fù)責(zé)循環(huán)采集運(yùn)行信息，不開啟實(shí)時(shí)耦合通信，若監(jiān)測(cè)到預(yù)設(shè)的異常信息，則立即短暫開啟耦合通信傳送異常信息。

綜上所述，實(shí)施本實(shí)用新型的便攜式接地故障探測(cè)裝置，具有以下有益效果：本實(shí)用新型在針對(duì)每根配電線路，分別設(shè)置至少一個(gè)工況采集模塊，該模塊采用無(wú)源供電方式，能從配電線路中自取電，且通過(guò)電場(chǎng)取能單元和耦合單元提供兩種取電方式，解決了工況采集模塊電源問(wèn)題；同時(shí)信號(hào)沿線路傳輸，各個(gè)工況采集模塊可以通過(guò)耦合單元進(jìn)行耦合通信，如果某兩個(gè)工況采集模塊之間出現(xiàn)接地故障，則信號(hào)傳播下游的工況采集模塊就無(wú)法接收到載波信號(hào)，這樣下游的工況采集模塊就能有效快速的實(shí)現(xiàn)接地故障的定位，移動(dòng)收集裝置可以沿線收集各個(gè)工況采集模塊的信息從而快速找到接地故障點(diǎn)，提高配電網(wǎng)線路運(yùn)行維護(hù)檢修效率，縮小故障影響范圍。

上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本實(shí)用新型并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本實(shí)用新型的啟示下，在不脫離本實(shí)用新型宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之內(nèi)。