采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，包括電流互感器、整流電路、微處理器、反向放電保護(hù)二極管D1、正向放電二極管D2、直流電壓轉(zhuǎn)換電路、雙向開關(guān)和超級(jí)電容；整流電路的正極輸出端接有旁路開關(guān)，整流電路的負(fù)極輸出端接有電流檢測(cè)電路；正向放電二極管D2的陽極與反向放電保護(hù)二極管D1的陰極連接，超級(jí)電容的正極與雙向開關(guān)連接，正向放電二極管D2的陰極還接有電壓檢測(cè)電路；微處理器上接有無線通信模塊，微處理器的輸出端接有旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路和雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路。本發(fā)明還公開了一種采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)方法。本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢測(cè)的方法步驟簡(jiǎn)單，智能化程度高，工作可靠性高。
【專利說明】
采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于電網(wǎng)故障檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠的運(yùn)行，對(duì)生產(chǎn)和用戶用電有重要的經(jīng)濟(jì)意義，所以有必要對(duì)對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，來提高其運(yùn)行的安全性和可靠性。當(dāng)電網(wǎng)線路出現(xiàn)短路、斷路等故障時(shí)，可及時(shí)檢測(cè)到故障，并將故障信息發(fā)送至控制中心，通知檢修人員，及時(shí)排除故障，恢復(fù)電力運(yùn)行。故障檢測(cè)裝置是一種電力設(shè)施，在電網(wǎng)配套設(shè)施中有大量應(yīng)用，它通過傳感器件檢測(cè)線路故障，配合信號(hào)處理模塊，實(shí)現(xiàn)故障類型判斷，利用無線傳輸模塊將故障信息發(fā)送至控制中心，實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)與發(fā)送。現(xiàn)有電力線路在線檢測(cè)裝置地處偏遠(yuǎn)，難以按常規(guī)辦法解決電源供給問題，目前應(yīng)用于輸電線路故障檢測(cè)的電源，通常采用太陽能電池板、電壓互感器從電網(wǎng)上取電、電流互感器從電網(wǎng)上取電、風(fēng)光互補(bǔ)、接地線感應(yīng)等方式取電，配以蓄電池儲(chǔ)能的方案實(shí)現(xiàn)檢測(cè)裝置供電。但太陽能電池板工作受天氣、氣候、地理等影響，實(shí)際使用有一定缺陷；風(fēng)光互補(bǔ)方案適合在日照時(shí)間長(zhǎng)、風(fēng)力充足的地方;接地線感應(yīng)取電需要在新鋪設(shè)或電網(wǎng)改造的設(shè)計(jì)有避雷架空線的輸電線路上使用；電壓互感器和電流互感器直接安裝于輸電線路上，應(yīng)用較多。
[0003]電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置目前有以下幾種方式:方式(I)用太陽能電池板配合蓄電池供電，用互感器實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)，用ZigBee實(shí)現(xiàn)短距離的信息傳輸，把故障信號(hào)發(fā)送至桿塔下的箱式子站，在由箱內(nèi)的無線設(shè)備發(fā)送信號(hào)至控制中心，實(shí)現(xiàn)故障信息報(bào)送;方式(2)用電流或電壓互感器直接取電，配合鋰電池供電，互感器取能的同時(shí)檢測(cè)故障，用ZigBee實(shí)現(xiàn)短距離的信息傳輸，把故障信息傳送至最近的傳輸子站，在由子站發(fā)送至上級(jí)終端，實(shí)現(xiàn)故障信息報(bào)送;方式(3)用電流互感器或電壓互感器配合鋰電池或蓄電池實(shí)現(xiàn)裝置供能，互感器取能的同時(shí)檢測(cè)故障，用GSM無線模塊，將故障信息直接遠(yuǎn)程發(fā)送至控制中心。對(duì)于方式(I)，整個(gè)裝置分為兩部分，體積大，太陽能電池板又受到天氣、地理、氣候的影響，供電性能不穩(wěn)定;對(duì)于方式(2)同樣存在方式(I)的問題，裝置分為兩部分，體積大，安裝復(fù)雜;對(duì)于方式
[3]，電流互感器或電壓互感器配合蓄電池或鋰電池實(shí)現(xiàn)供電，蓄電池和鋰電池壽命較短，并且充放電性能受到溫度、氣候、地理的影響。
[0004]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)中的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置均存在一定使用上的不足，不能很好地滿足實(shí)際使用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、智能化程度高、工作可靠性高、實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好、便于推廣使用的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:包括用于在電網(wǎng)線路出現(xiàn)短路時(shí)從電網(wǎng)線路上取電的電流互感器和與電流互感器的輸出端連接的整流電路，以及微處理器、反向放電保護(hù)二極管D1、正向放電二極管D2、直流電壓轉(zhuǎn)換電路、雙向開關(guān)和超級(jí)電容;所述整流電路的正極輸出端接有旁路開關(guān)，所述整流電路的負(fù)極輸出端接有用于對(duì)電流互感器二次側(cè)的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的電流檢測(cè)電路，所述電流檢測(cè)電路與旁路開關(guān)連接;所述反向放電保護(hù)二極管Dl的陽極與整流電路的正極輸出端和旁路開關(guān)連接，所述正向放電二極管D2的陽極和雙向開關(guān)均與反向放電保護(hù)二極管Dl的陰極連接，所述超級(jí)電容的正極與雙向開關(guān)連接，所述超級(jí)電容的負(fù)極接地，所述直流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端與正向放電二極管D2的陰極連接，所述正向放電二極管D2的陰極還接有用于對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的電壓檢測(cè)電路;所述微處理器上接有無線通信模塊，所述電流檢測(cè)電路的輸出端和電壓檢測(cè)電路的輸出端均與微處理器的輸入端連接，所述微處理器的輸出端接有旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路和雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路，所述旁路開關(guān)與旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接，所述雙向開關(guān)與雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接。
[0007]上述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述整流電路為由二極管D3、二極管D4、二極管D5和二極管D6組成的全橋整流電路，所述二極管D3的陰極與二極管D4的陽極連接且為整流電路的第一交流信號(hào)輸入端ACl，所述二極管D6的陰極與二極管D5的陽極連接且為整流電路的第二交流信號(hào)輸入端AC2，所述二極管D4的陰極與二極管D5的陰極連接且為整流電路的正極直流電壓輸出端V+，所述二極管D3的陽極與二極管D6的陽極連接且為整流電路的負(fù)極直流電壓輸出端V-;所述整流電路的第一交流信號(hào)輸入端ACl與電流互感器的二次側(cè)的一端連接，所述整流電路的第二交流信號(hào)輸入端AC2與電流互感器的二次側(cè)的另一端連接。
[0008]上述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述直流電壓轉(zhuǎn)換電路包括電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul、極性電容Cl和極性電容C2，所述電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul的輸入端引腳VIN為直流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入端且與極性電容Cl的正極連接，所述電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul的輸出端引腳OUT為直流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端VCC且與極性電容C2的正極連接，所述電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul的接地端弓I腳GND、極性電容Cl的負(fù)極和和極性電容C2的負(fù)極均接地。
[0009]上述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述雙向開關(guān)為增強(qiáng)型PMOS管Q2，所述增強(qiáng)型PMOS管Q2的柵極與雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接，所述超級(jí)電容的正極與所述增強(qiáng)型PMOS管Q2的漏極連接，所述增強(qiáng)型PMOS管Q2的源極與反向放電保護(hù)二極管DI的陰極連接。
[0010]上述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路包括三極管VT2、電阻R3、電阻R4和電阻R5，所述電阻R5的一端為雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路的控制信號(hào)輸入端且與微處理器的輸出端連接，所述三極管VT2的基極與電阻R5的另一端連接，所述三極管VT2的發(fā)射極接地，所述三極管VT2的集電極與電阻R4的一端連接，所述電阻R4的另一端為雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端，且通過電阻R3與反向放電保護(hù)二極管DI的陰極連接。
[0011]上述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述旁路開關(guān)為增強(qiáng)型匪OS管Ql，所述增強(qiáng)型匪OS管Ql的柵極與旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接，所述增強(qiáng)型NMOS管Ql的漏極與整流電路的正極輸出端連接;所述電流檢測(cè)電路由電流采樣電阻Rs構(gòu)成，所述電流采樣電阻Rs的一端與所述增強(qiáng)型NMOS管Ql的源極連接，所述電流采樣電阻Rs的另一端為電流檢測(cè)電路的輸出端，且與整流電路的負(fù)極輸出端連接。
[0012]上述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路包括三極管VT1、電阻Rl和電阻R2，所述電阻Rl的一端為旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路的控制信號(hào)輸入端且與微處理器的輸出端連接，所述三極管VTl的基極與電阻Rl的另一端連接，所述三極管VTl的集電極與電阻R2的一端連接，所述電阻R2的另一端與所述正向放電二極管D2的陰極連接，所述三極管VTl的發(fā)射極為旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路的輸出端。
[0013]上述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述微處理器為混合信號(hào)處理器，所述無線通信模塊為GSM無線通信模塊。
[0014]上述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述電壓檢測(cè)電路由串聯(lián)的電阻R6和電阻R7組成，串聯(lián)后的電阻R6和電阻R7的一端與正向放電二極管D2的陰極連接，串聯(lián)后的電阻R6和電阻R7的另一端接地，所述電阻R6和電阻R7的連接端為電壓檢測(cè)電路的輸出端。本發(fā)明還提供了一種方法步驟簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)方法，其特征在于，該方法的具體過程為:
[0015]將電流互感器的一次側(cè)接到電網(wǎng)線路上；
[0016]當(dāng)電網(wǎng)線路發(fā)生短路故障而使電網(wǎng)線路中產(chǎn)生瞬時(shí)大電流時(shí)，電流互感器的一次側(cè)有大電流流過，耦合到電流互感器的二次側(cè)的電流通過整流電路首先給直流電壓轉(zhuǎn)換電路供電，直流電壓轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生微處理器和無線通信模塊所需要的工作電壓，微處理器和無線通信模塊開始正常工作；電流檢測(cè)電路對(duì)電流互感器二次側(cè)的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將檢測(cè)到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器的輸入電壓輸出給微處理器，當(dāng)電流檢測(cè)電路輸出的微處理器的輸入電壓達(dá)到微處理器的中斷觸發(fā)電壓時(shí)，微處理器處理中斷，將故障信號(hào)通過無線通信模塊發(fā)送至控制中心；電壓檢測(cè)電路對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將檢測(cè)到的信號(hào)輸出給微處理器，微處理器將其接收到的直流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓檢測(cè)值與預(yù)先設(shè)定在微處理器中的充電起始電壓相比較，當(dāng)直流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓檢測(cè)值大于預(yù)先設(shè)定在微處理器中的充電起始電壓時(shí)，微處理器輸出控制信號(hào)給雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路，雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)雙向開關(guān)導(dǎo)通，整流電路輸出的直流電流經(jīng)過反向放電保護(hù)二極管Dl后給超級(jí)電容充電儲(chǔ)能；當(dāng)直流電壓轉(zhuǎn)換電路的輸入電壓檢測(cè)值大于預(yù)先設(shè)定在微處理器中的充電停止電壓時(shí)，微處理器輸出控制信號(hào)給旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路，旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)旁路開關(guān)導(dǎo)通，整流電路輸出的直流電流經(jīng)過旁路開關(guān)形成流通回路；
[0017]當(dāng)電網(wǎng)線路發(fā)生短路故障而使電網(wǎng)線路中的故障保護(hù)斷路器跳閘時(shí)，超級(jí)電容作為后備電源，通過雙向開關(guān)給直流電壓轉(zhuǎn)換電路供電，從而繼續(xù)為微處理器和無線通信模塊提供穩(wěn)定的工作電壓，保證微處理器和無線通信模塊的正常工作，微處理器繼續(xù)通過無線通信模塊向控制中心發(fā)送故障信號(hào)。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]1、本發(fā)明的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)方便。
[0020]2、本發(fā)明的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置使用時(shí)，在電網(wǎng)線路正常運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)線路電流較小，裝置整體處于休眠工作模式，當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，裝置啟動(dòng)工作，功耗低。
[0021]3、本發(fā)明采用電流互感器從電網(wǎng)線路上取電，并輔以超級(jí)電容儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)為該電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的不間斷供電，這種方式和傳統(tǒng)方式相比，兼顧了電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的尺寸與使用壽命，是傳統(tǒng)方法無法比擬的，由于電流互感器較電壓互感器價(jià)格便宜，且可方便地安裝在配電開關(guān)箱體內(nèi)部或制成開口形式直接掛在配電線路上，所以對(duì)于架空線路的故障檢測(cè)，采用電流互感器取電超級(jí)電容儲(chǔ)能的供電方法是一種極具應(yīng)用前景的供電方式。
[0022]4、本發(fā)明采用電流互感器從電網(wǎng)線路上取電，能夠?qū)崿F(xiàn)高電壓與低電壓的隔離，保證一次側(cè)故障后，該電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置仍可安全可靠工作，特別適合于電網(wǎng)一類需要高電壓故障信號(hào)檢測(cè)的系統(tǒng)。
[0023]5、本發(fā)明采用功率密度高、壽命長(zhǎng)、綠色環(huán)保，且具有寬工作溫度范圍的超級(jí)電容作為后備儲(chǔ)能器件，后備電源的可靠性高，保證了整個(gè)電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置工作的可靠性。
[0024]6、本發(fā)明充分利用了電網(wǎng)線路短路故障時(shí)產(chǎn)生的巨大短路能量，用電流互感器取電，超級(jí)電容儲(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)自供電，為電網(wǎng)線路故障檢測(cè)裝置供電方案提供了新思路。
[0025]7、本發(fā)明雙向開關(guān)和旁路開關(guān)的開通利用微處理器的內(nèi)部模擬比較器配合外部三級(jí)管的驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)，故障判斷利用微處理器的中斷實(shí)現(xiàn)，判斷和檢測(cè)用一個(gè)微處理器實(shí)現(xiàn)，減小了電路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度。
[0026]8、本發(fā)明通過設(shè)置無線通信模塊，能夠?qū)⒐收闲盘?hào)實(shí)時(shí)發(fā)送至控制中心，實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)故障的遠(yuǎn)程自動(dòng)監(jiān)測(cè)和智能化。
[0027]9、本發(fā)明的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)方法的方法步驟簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)方便。
[0028]10、本發(fā)明能夠方便地用于電網(wǎng)故障檢測(cè)，能夠及時(shí)通知電網(wǎng)線路控制中心并安排檢修人員及時(shí)排除故障，恢復(fù)電力運(yùn)行，可在一定程度上減少因電力故障帶來的經(jīng)濟(jì)損失。
[0029]綜上所述，本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)合理，檢測(cè)的方法步驟簡(jiǎn)單，智能化程度高，工作可靠性高，實(shí)用性強(qiáng)，使用效果好，便于推廣使用。
[0030]下面通過附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發(fā)明采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的電路原理框圖。
[0032]圖2為本發(fā)明采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的電路原理圖。
[0033]附圖標(biāo)記說明:
[0034]I 一整流電路;2—電流檢測(cè)電路;3—旁路開關(guān)；
[0035]4—直流電壓轉(zhuǎn)換電路;5—雙向開關(guān);6—超級(jí)電容；
[0036]7—無線通信模塊;8—微處理器;9 一旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路；
[0037]10—雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路；11一電壓檢測(cè)電路；12—電流互感器。
【具體實(shí)施方式】
[0038]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，包括用于在電網(wǎng)線路出現(xiàn)短路時(shí)從電網(wǎng)線路上取電的電流互感器12和與電流互感器12的輸出端連接的整流電路I，以及微處理器8、反向放電保護(hù)二極管Dl、正向放電二極管D2、直流電壓轉(zhuǎn)換電路4、雙向開關(guān)5和超級(jí)電容6;所述整流電路I的正極輸出端接有旁路開關(guān)3，所述整流電路I的負(fù)極輸出端接有用于對(duì)電流互感器12 二次側(cè)的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的電流檢測(cè)電路2，所述電流檢測(cè)電路2與旁路開關(guān)3連接;所述反向放電保護(hù)二極管Dl的陽極與整流電路I的正極輸出端和旁路開關(guān)3連接，所述正向放電二極管D2的陽極和雙向開關(guān)5均與反向放電保護(hù)二極管Dl的陰極連接，所述超級(jí)電容6的正極與雙向開關(guān)5連接，所述超級(jí)電容6的負(fù)極接地，所述直流電壓轉(zhuǎn)換電路4的輸入端與正向放電二極管D2的陰極連接，所述正向放電二極管D2的陰極還接有用于對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換電路4的輸入電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的電壓檢測(cè)電路11;所述微處理器8上接有無線通信模塊7，所述電流檢測(cè)電路2的輸出端和電壓檢測(cè)電路11的輸出端均與微處理器8的輸入端連接，所述微處理器8的輸出端接有旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路9和雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路10，所述旁路開關(guān)3與旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路9的輸出端連接，所述雙向開關(guān)5與雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路10的輸出端連接。
[0039]如圖2所示，本實(shí)施例中，所述整流電路I為由二極管D3、二極管D4、二極管D5和二極管D6組成的全橋整流電路，所述二極管D3的陰極與二極管D4的陽極連接且為整流電路I的第一交流信號(hào)輸入端AC1，所述二極管D6的陰極與二極管D5的陽極連接且為整流電路I的第二交流信號(hào)輸入端AC2，所述二極管D4的陰極與二極管D5的陰極連接且為整流電路I的正極直流電壓輸出端V+，所述二極管D3的陽極與二極管D6的陽極連接且為整流電路I的負(fù)極直流電壓輸出端V-;所述整流電路I的第一交流信號(hào)輸入端AC I與電流互感器12的二次側(cè)的一端連接，所述整流電路I的第二交流信號(hào)輸入端AC2與電流互感器12的二次側(cè)的另一端連接。
[0040]如圖2所示，本實(shí)施例中，所述直流電壓轉(zhuǎn)換電路4包括電壓轉(zhuǎn)換芯片U1、極性電容Cl和極性電容C2，所述電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul的輸入端引腳VIN為直流電壓轉(zhuǎn)換電路4的輸入端且與極性電容Cl的正極連接，所述電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul的輸出端引腳OUT為直流電壓轉(zhuǎn)換電路4的輸出端VCC且與極性電容C2的正極連接，所述電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul的接地端引腳GND、極性電容Cl的負(fù)極和極性電容C2的負(fù)極均接地。具體實(shí)施時(shí)，所述電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul為芯片LM7805;[0041 ]如圖2所示，本實(shí)施例中，所述雙向開關(guān)5為增強(qiáng)型PMOS管Q2，所述增強(qiáng)型PMOS管Q2的柵極與雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路10的輸出端連接，所述超級(jí)電容6的正極與所述增強(qiáng)型PMOS管Q2的漏極連接，所述增強(qiáng)型PMOS管Q2的源極與反向放電保護(hù)二極管Dl的陰極連接。
[0042]如圖2所示，本實(shí)施例中，所述雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路10包括三極管VT2、電阻R3、電阻R4和電阻R5，所述電阻R5的一端為雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路10的控制信號(hào)輸入端且與微處理器8的輸出端連接，所述三極管VT2的基極與電阻R5的另一端連接，所述三極管VT2的發(fā)射極接地，所述三極管VT2的集電極與電阻R4的一端連接，所述電阻R4的另一端為雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路10的輸出端，且通過電阻R3與反向放電保護(hù)二極管Dl的陰極連接。
[0043]如圖2所示，本實(shí)施例中，所述旁路開關(guān)3為增強(qiáng)型NMOS管Ql，所述增強(qiáng)型NMOS管Ql的柵極與旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路9的輸出端連接，所述增強(qiáng)型NMOS管Ql的漏極與整流電路I的正極輸出端連接;所述電流檢測(cè)電路2由電流采樣電阻Rs構(gòu)成，所述電流采樣電阻Rs的一端與所述增強(qiáng)型NMOS管Ql的源極連接，所述電流采樣電阻Rs的另一端為電流檢測(cè)電路2的輸出端，且與整流電路I的負(fù)極輸出端連接。
[0044]如圖2所示，本實(shí)施例中，所述旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路9包括三極管VT1、電阻Rl和電阻R2，所述電阻Rl的一端為旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路9的控制信號(hào)輸入端且與微處理器8的輸出端連接，所述三極管VTI的基極與電阻Rl的另一端連接，所述三極管VTI的集電極與電阻R2的一端連接，所述電阻R2的另一端與所述正向放電二極管D2的陰極連接，所述三極管VTl的發(fā)射極為旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路9的輸出端。
[0045]如圖2所示，本實(shí)施例中，所述微處理器8為混合信號(hào)處理器，所述無線通信模塊7為GSM無線通信模塊。具體實(shí)施時(shí)，所述微處理器8為MSP430系列低功耗混合信號(hào)處理器，所述GSM無線通信模塊的型號(hào)為S頂900。
[0046]如圖2所示，本實(shí)施例中，所述電壓檢測(cè)電路11由串聯(lián)的電阻R6和電阻R7組成，串聯(lián)后的電阻R6和電阻R7的一端與正向放電二極管D2的陰極連接，串聯(lián)后的電阻R6和電阻R7的另一端接地，所述電阻R6和電阻R7的連接端為電壓檢測(cè)電路11的輸出端。
[0047 ]本發(fā)明的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)方法，具體過程為:
[0048]將電流互感器12的一次側(cè)接到電網(wǎng)線路上；
[0049]當(dāng)電網(wǎng)線路發(fā)生短路故障時(shí)而使電網(wǎng)線路中產(chǎn)生瞬時(shí)(幾十ms)大電流時(shí)，電流互感器12的一次側(cè)有大電流流過，耦合到電流互感器12的二次側(cè)的電流通過整流電路I首先給直流電壓轉(zhuǎn)換電路4供電，直流電壓轉(zhuǎn)換電路4產(chǎn)生微處理器8和無線通信模塊7所需要的工作電壓，微處理器8和無線通信模塊7開始正常工作；電流檢測(cè)電路2對(duì)電流互感器12二次側(cè)的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將檢測(cè)到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器8的輸入電壓輸出給微處理器8，當(dāng)電流檢測(cè)電路2輸出的微處理器8的輸入電壓達(dá)到微處理器8的中斷觸發(fā)電壓時(shí)，微處理器8處理中斷，將故障信號(hào)通過無線通信模塊7發(fā)送至控制中心；電壓檢測(cè)電路11對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換電路4的輸入電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將檢測(cè)到的信號(hào)輸出給微處理器8，微處理器8將其接收到的直流電壓轉(zhuǎn)換電路4的輸入電壓檢測(cè)值與預(yù)先設(shè)定在微處理器8中的充電起始電壓相比較，當(dāng)直流電壓轉(zhuǎn)換電路4的輸入電壓檢測(cè)值大于預(yù)先設(shè)定在微處理器8中的充電起始電壓時(shí)，微處理器8輸出控制信號(hào)給雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路10，雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路10驅(qū)動(dòng)雙向開關(guān)5導(dǎo)通，整流電路I輸出的直流電流經(jīng)過反向放電保護(hù)二極管Dl后給超級(jí)電容6充電儲(chǔ)能；當(dāng)直流電壓轉(zhuǎn)換電路4的輸入電壓檢測(cè)值大于預(yù)先設(shè)定在微處理器8中的充電停止電壓時(shí)，微處理器8輸出控制信號(hào)給旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路9，旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路9驅(qū)動(dòng)旁路開關(guān)3導(dǎo)通，整流電路I輸出的直流電流經(jīng)過旁路開關(guān)2形成流通回路;此時(shí)，超級(jí)電容6處于浮充模式；
[0050]當(dāng)電網(wǎng)線路發(fā)生短路故障而使電網(wǎng)線路中的故障保護(hù)斷路器跳閘時(shí)，超級(jí)電容6作為后備電源，通過雙向開關(guān)5給直流電壓轉(zhuǎn)換電路4供電，從而繼續(xù)為微處理器8和無線通信模塊7提供穩(wěn)定的工作電壓，保證微處理器8和無線通信模塊7的正常工作，微處理器8繼續(xù)通過無線通信模塊7向控制中心發(fā)送故障信號(hào)。
[0051]本發(fā)明采用電流互感器從電網(wǎng)線路上取電，并輔以超級(jí)電容儲(chǔ)能實(shí)現(xiàn)為該電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的不間斷供電，這種方式和傳統(tǒng)方式相比，兼顧了電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的尺寸與使用壽命，是傳統(tǒng)方法無法比擬的，保證了整個(gè)電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置工作的可靠性。
[0052]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對(duì)本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:包括用于在電網(wǎng)線路出現(xiàn)短路時(shí)從電網(wǎng)線路上取電的電流互感器(12)和與電流互感器(12)的輸出端連接的整流電路(I)，以及微處理器(8)、反向放電保護(hù)二極管D1、正向放電二極管D2、直流電壓轉(zhuǎn)換電路(4)、雙向開關(guān)(5)和超級(jí)電容(6);所述整流電路(I)的正極輸出端接有旁路開關(guān)(3)，所述整流電路(I)的負(fù)極輸出端接有用于對(duì)電流互感器(12) 二次側(cè)的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的電流檢測(cè)電路(2)，所述電流檢測(cè)電路(2)與旁路開關(guān)(3)連接;所述反向放電保護(hù)二極管Dl的陽極與整流電路(I)的正極輸出端和旁路開關(guān)(3)連接，所述正向放電二極管D2的陽極和雙向開關(guān)(5)均與反向放電保護(hù)二極管Dl的陰極連接，所述超級(jí)電容(6)的正極與雙向開關(guān)(5)連接，所述超級(jí)電容(6)的負(fù)極接地，所述直流電壓轉(zhuǎn)換電路(4)的輸入端與正向放電二極管D2的陰極連接，所述正向放電二極管D2的陰極還接有用于對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換電路(4)的輸入電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)的電壓檢測(cè)電路(11);所述微處理器(8)上接有無線通信模塊(7)，所述電流檢測(cè)電路(2)的輸出端和電壓檢測(cè)電路(11)的輸出端均與微處理器(8)的輸入端連接，所述微處理器(8)的輸出端接有旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(9)和雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(10)，所述旁路開關(guān)(3)與旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(9)的輸出端連接，所述雙向開關(guān)(5)與雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(10)的輸出端連接。2.按照權(quán)利要求1所述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述整流電路(I)為由二極管D3、二極管D4、二極管D5和二極管D6組成的全橋整流電路，所述二極管D3的陰極與二極管D4的陽極連接且為整流電路(I)的第一交流信號(hào)輸入端ACl，所述二極管D6的陰極與二極管D5的陽極連接且為整流電路(I)的第二交流信號(hào)輸入端AC2，所述二極管D4的陰極與二極管D5的陰極連接且為整流電路(I)的正極直流電壓輸出端V+，所述二極管D3的陽極與二極管D6的陽極連接且為整流電路(I)的負(fù)極直流電壓輸出端V-;所述整流電路(I)的第一交流信號(hào)輸入端ACl與電流互感器(12)的二次側(cè)的一端連接，所述整流電路(I)的第二交流信號(hào)輸入端AC2與電流互感器(12)的二次側(cè)的另一端連接。3.按照權(quán)利要求1所述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述直流電壓轉(zhuǎn)換電路(4)包括電壓轉(zhuǎn)換芯片U1、極性電容Cl和極性電容C2，所述電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul的輸入端引腳VIN為直流電壓轉(zhuǎn)換電路(4)的輸入端且與極性電容Cl的正極連接，所述電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul的輸出端引腳OUT為直流電壓轉(zhuǎn)換電路(4)的輸出端VCC且與極性電容C2的正極連接，所述電壓轉(zhuǎn)換芯片Ul的接地端引腳GND、極性電容Cl的負(fù)極和極性電容C2的負(fù)極均接地。4.按照權(quán)利要求1所述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述雙向開關(guān)(5)為增強(qiáng)型PMOS管Q2，所述增強(qiáng)型PMOS管Q2的柵極與雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(10)的輸出端連接，所述超級(jí)電容(6)的正極與所述增強(qiáng)型PMOS管Q2的漏極連接，所述增強(qiáng)型PMOS管Q2的源極與反向放電保護(hù)二極管Dl的陰極連接。5.按照權(quán)利要求1所述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(I O)包括三極管VT2、電阻R3、電阻R4和電阻R5，所述電阻R5的一端為雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(10)的控制信號(hào)輸入端且與微處理器(8)的輸出端連接，所述三極管VT2的基極與電阻R5的另一端連接，所述三極管VT2的發(fā)射極接地，所述三極管VT2的集電極與電阻R4的一端連接，所述電阻R4的另一端為雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(10)的輸出端，且通過電阻R3與反向放電保護(hù)二極管Dl的陰極連接。6.按照權(quán)利要求1所述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述旁路開關(guān)(3)為增強(qiáng)型匪OS管Ql，所述增強(qiáng)型NMOS管Ql的柵極與旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(9)的輸出端連接，所述增強(qiáng)型NMOS管Ql的漏極與整流電路(I)的正極輸出端連接;所述電流檢測(cè)電路(2)由電流采樣電阻Rs構(gòu)成，所述電流采樣電阻Rs的一端與所述增強(qiáng)型NMOS管Ql的源極連接，所述電流采樣電阻Rs的另一端為電流檢測(cè)電路(2)的輸出端，且與整流電路(I)的負(fù)極輸出端連接。7.按照權(quán)利要求1所述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(9)包括三極管VT1、電阻Rl和電阻R2，所述電阻Rl的一端為旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(9)的控制信號(hào)輸入端且與微處理器(8)的輸出端連接，所述三極管VTl的基極與電阻Rl的另一端連接，所述三極管VTl的集電極與電阻R2的一端連接，所述電阻R2的另一端與所述正向放電二極管D2的陰極連接，所述三極管VTl的發(fā)射極為旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(9)的輸出端。8.按照權(quán)利要求1所述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述微處理器(8)為混合信號(hào)處理器，所述無線通信模塊(7)為GSM無線通信模塊。9.按照權(quán)利要求1所述的采用短路電流自供電的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置，其特征在于:所述電壓檢測(cè)電路(11)由串聯(lián)的電阻R6和電阻R7組成，串聯(lián)后的電阻R6和電阻R7的一端與正向放電二極管D2的陰極連接，串聯(lián)后的電阻R6和電阻R7的另一端接地，所述電阻R6和電阻R7的連接端為電壓檢測(cè)電路(11)的輸出端。10.—種利用如權(quán)利要求1所述的電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置進(jìn)行電網(wǎng)故障檢測(cè)的方法，其特征在于，該方法的具體過程為: 將電流互感器(12)的一次側(cè)接到電網(wǎng)線路上； 當(dāng)電網(wǎng)線路發(fā)生短路故障而使電網(wǎng)線路中產(chǎn)生瞬時(shí)大電流時(shí)，電流互感器(I2)的一次側(cè)有大電流流過，耦合到電流互感器(12)的二次側(cè)的電流通過整流電路(I)首先給直流電壓轉(zhuǎn)換電路(4)供電，直流電壓轉(zhuǎn)換電路(4)產(chǎn)生微處理器(8)和無線通信模塊(7)所需要的工作電壓，微處理器(8)和無線通信模塊(7)開始正常工作；電流檢測(cè)電路(2)對(duì)電流互感器(12)二次側(cè)的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將檢測(cè)到的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為微處理器(8)的輸入電壓輸出給微處理器(8)，當(dāng)電流檢測(cè)電路(2)輸出的微處理器(8)的輸入電壓達(dá)到微處理器(8)的中斷觸發(fā)電壓時(shí)，微處理器(8)處理中斷，將故障信號(hào)通過無線通信模塊(7)發(fā)送至控制中心；電壓檢測(cè)電路(11)對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換電路(4)的輸入電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)并將檢測(cè)到的信號(hào)輸出給微處理器(8)，微處理器(8)將其接收到的直流電壓轉(zhuǎn)換電路(4)的輸入電壓檢測(cè)值與預(yù)先設(shè)定在微處理器(8)中的充電起始電壓相比較，當(dāng)直流電壓轉(zhuǎn)換電路(4)的輸入電壓檢測(cè)值大于預(yù)先設(shè)定在微處理器(8)中的充電起始電壓時(shí)，微處理器(8)輸出控制信號(hào)給雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(10)，雙向開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(10)驅(qū)動(dòng)雙向開關(guān)(5)導(dǎo)通，整流電路(I)輸出的直流電流經(jīng)過反向放電保護(hù)二極管Dl后給超級(jí)電容(6)充電儲(chǔ)能；當(dāng)直流電壓轉(zhuǎn)換電路(4)的輸入電壓檢測(cè)值大于預(yù)先設(shè)定在微處理器(8)中的充電停止電壓時(shí)，微處理器(8)輸出控制信號(hào)給旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(9)，旁路開關(guān)控制與驅(qū)動(dòng)電路(9)驅(qū)動(dòng)旁路開關(guān)(3)導(dǎo)通，整流電路(I)輸出的直流電流經(jīng)過旁路開關(guān)(2)形成流通回路； 當(dāng)電網(wǎng)線路發(fā)生短路故障而使電網(wǎng)線路中的故障保護(hù)斷路器跳閘時(shí)，超級(jí)電容(6)作為后備電源，通過雙向開關(guān)(5)給直流電壓轉(zhuǎn)換電路(4)供電，從而繼續(xù)為微處理器(8)和無線通信模塊(7)提供穩(wěn)定的工作電壓，保證微處理器(8)和無線通信模塊(7)的正常工作，微處理器(8)繼續(xù)通過無線通信模塊(7)向控制中心發(fā)送故障信號(hào)。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK106093674SQ201610378838
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月31日
【發(fā)明人】劉樹林, 鄧俊青, 汪子為, 李青青, 徐惠三
【申請(qǐng)人】西安科技大學(xué)