本實(shí)用新型屬于配電線路故障定位技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于低溫環(huán)境的故障指示器及配電線路故障定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

對(duì)于傳輸距離較遠(yuǎn)、沿途地形復(fù)雜、環(huán)境和氣候條件較差的配電線路，再加上供電壓力的波動(dòng)，導(dǎo)致配電線路故障率升高，故障查抄和排查難度增大。如何快速有效的對(duì)配電線路故障進(jìn)行定位，從而減少故障排除時(shí)間，是電力優(yōu)質(zhì)服務(wù)的重要內(nèi)容之一。

對(duì)于傳統(tǒng)的故障定位系統(tǒng)，包括故障指示器，故障指示器作為該系統(tǒng)前端采集設(shè)備，其穩(wěn)定可靠性直接關(guān)乎整套定位系統(tǒng)穩(wěn)定性。而傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的故障指示器，只采用電池供電，而由于受電池材質(zhì)的影響，在零下30度以上的環(huán)境中，電池容量會(huì)變小，容量變小的電池難以長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)向故障指示器供電，從而易造成故障指示器失靈，直接導(dǎo)致故障定位系統(tǒng)癱瘓，無(wú)法對(duì)配電線路故障進(jìn)行定位。

可見(jiàn)，傳統(tǒng)的故障定位系統(tǒng)，不適用于在新疆、內(nèi)蒙古及東北等低溫環(huán)境中使用，具有較大的使用局限性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實(shí)用新型提供一種適用于低溫環(huán)境的故障指示器及配電線路故障定位系統(tǒng)，可有效解決上述問(wèn)題。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：

本實(shí)用新型提供一種適用于低溫環(huán)境的故障指示器，包括微處理器、配電線路電流互感器、三級(jí)供電單元以及本地?zé)o線收發(fā)器；

所述三級(jí)供電單元包括一級(jí)電源、二級(jí)電源和三級(jí)電源；其中，所述一級(jí)電源采用取電CT電路，所述取電CT電路用于感應(yīng)配電線路電流信息，所述取電CT電路具有供電輸出端子和電流信號(hào)輸出端子；所述供電輸出端子依次經(jīng)過(guò)整流電路、穩(wěn)壓電路、第2二極管后，連接到穩(wěn)壓芯片的第1輸入端子；所述穩(wěn)壓芯片的輸出端子連接到微處理器的供電輸入端；所述電流信號(hào)輸出端子依次經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路和線路電流信號(hào)A/D采樣電路后，連接到所述微處理器的信號(hào)輸入端，從而用于向微處理器傳輸配電線路電流信號(hào)；

所述二級(jí)電源采用超級(jí)電容；所述超級(jí)電容的輸入端經(jīng)過(guò)充電保護(hù)電路后，連接到所述穩(wěn)壓電路的輸出端；所述超級(jí)電容的輸出端經(jīng)過(guò)放電控制電路后，連接到所述穩(wěn)壓芯片的輸出端到所述微處理器的輸入端之間的線路上；所述超級(jí)電容并聯(lián)有用于采集超級(jí)電容電壓信號(hào)的電容電壓A/D采樣電路；所述電容電壓A/D采樣電路的輸出端連接到所述微處理器的采集端；所述充電保護(hù)電路和所述放電控制電路均連接到所述微處理器的控制端；

所述三級(jí)電源采用電池，所述電池的輸出端經(jīng)過(guò)第1二極管后，連接到所述穩(wěn)壓芯片的第2輸入端子；

在配電線路安裝用于采集配電線路電流值的電流互感器；所述電流互感器的輸出端連接到所述微處理器的信號(hào)輸入端；所述微處理器還與所述本地?zé)o線收發(fā)器連接。

優(yōu)選的，所述電池采用鋰電池。

優(yōu)選的，所述電池的電池電壓值低于所述穩(wěn)壓電路輸出端的電壓值。

優(yōu)選的，所述電池采用電池電壓為3.6V的電池；所述穩(wěn)壓電路采用輸出端電壓值為5V的電路。

優(yōu)選的，所述第1二極管和所述第2二極管采用正向壓降相同的二極管，其正向壓降均為0.2V。

優(yōu)選的，所述超級(jí)電容采用滿充時(shí)電壓值為U1的超極電容；所述穩(wěn)壓芯片采用輸出端電壓值為U2的穩(wěn)壓芯片，并且，U1大于U2。

優(yōu)選的，U1為3.6V；U2為3.1V。

優(yōu)選的，所述穩(wěn)壓電路采用穩(wěn)壓電路過(guò)壓保護(hù)電路。

本實(shí)用新型還提供一種應(yīng)用上述適用于低溫環(huán)境的故障指示器的配電線路故障定位系統(tǒng)，包括故障指示器、通訊終端和主站系統(tǒng)；所述故障指示器通過(guò)所述通訊終端與所述主站系統(tǒng)通信連接。

優(yōu)選的，所述通訊終端配置有后備電源和主電源；所述后備電源為低溫型鉛酸蓄電池；所述主電源為太陽(yáng)能電池。

本實(shí)用新型提供的適用于低溫環(huán)境的故障指示器及配電線路故障定位系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

故障指示器采用三級(jí)電源供電，并且，一級(jí)取電CT電路作為主電源供電，而只有當(dāng)配電線路停電時(shí)，才采用二級(jí)超級(jí)電容供電；當(dāng)一級(jí)取電CT電路和二級(jí)超級(jí)電容均失效時(shí)，才會(huì)啟用三級(jí)電池供電。由此可見(jiàn)，三級(jí)電池只有在極端情況下才會(huì)使用，使用頻率較低，因此，既使電池在低溫使用環(huán)境中容量同樣變小，也能夠長(zhǎng)時(shí)間使用。

本實(shí)用新型通過(guò)三級(jí)電源的相互配合，根據(jù)配電線路是否有電、電容是否有電等情況，可自動(dòng)無(wú)縫在各種電源之間切換，盡量降低電池的使用頻率，延長(zhǎng)了電池的使用壽命，可以確保故障指示器全天候長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行，進(jìn)而保證對(duì)配電線路故障進(jìn)行有效監(jiān)控定位。因此，本實(shí)用新型特別適用于新疆、內(nèi)蒙古及東北等低溫使用環(huán)境。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型提供的適用于低溫環(huán)境的故障指示器的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型所解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

結(jié)合圖1，本實(shí)用新型提供一種適用于低溫環(huán)境的故障指示器，包括微處理器、配電線路電流互感器、三級(jí)供電單元以及本地?zé)o線收發(fā)器；

所述三級(jí)供電單元包括一級(jí)電源、二級(jí)電源和三級(jí)電源；其中，所述一級(jí)電源采用取電CT電路，所述取電CT電路用于感應(yīng)配電線路電流信息，所述取電CT電路具有供電輸出端子和電流信號(hào)輸出端子；所述供電輸出端子依次經(jīng)過(guò)整流電路、穩(wěn)壓電路、第2二極管后，連接到穩(wěn)壓芯片的第1輸入端子；其中，穩(wěn)壓電路采用穩(wěn)壓電路過(guò)壓保護(hù)電路；所述穩(wěn)壓芯片的輸出端子連接到微處理器的供電輸入端；所述電流信號(hào)輸出端子依次經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路和線路電流信號(hào)A/D采樣電路后，連接到所述微處理器的信號(hào)輸入端，從而用于向微處理器傳輸配電線路電流信號(hào)；

所述二級(jí)電源采用超級(jí)電容；所述超級(jí)電容的輸入端經(jīng)過(guò)充電保護(hù)電路后，連接到所述穩(wěn)壓電路的輸出端；所述超級(jí)電容的輸出端經(jīng)過(guò)放電控制電路后，連接到所述穩(wěn)壓芯片的輸出端到所述微處理器的輸入端之間的線路上；所述超級(jí)電容并聯(lián)有用于采集超級(jí)電容電壓信號(hào)的電容電壓A/D采樣電路；所述電容電壓A/D采樣電路的輸出端連接到所述微處理器的采集端；所述充電保護(hù)電路和所述放電控制電路均連接到所述微處理器的控制端；

所述三級(jí)電源采用電池，所述電池的輸出端經(jīng)過(guò)第1二極管后，連接到所述穩(wěn)壓芯片的第2輸入端子；

在配電線路安裝用于采集配電線路電流值的電流互感器；所述電流互感器的輸出端連接到所述微處理器的信號(hào)輸入端；所述微處理器還與所述本地?zé)o線收發(fā)器連接。

實(shí)際應(yīng)用中，各設(shè)備選用符合以下要求的設(shè)備：

(1)電池采用鋰電池。

(2)電池的電池電壓值低于所述穩(wěn)壓電路輸出端的電壓值。例如，電池采用電池電壓為3.6V的電池；穩(wěn)壓電路采用輸出端電壓值為5V的電路。

(3)第1二極管和所述第2二極管采用正向壓降相同的二極管，其正向壓降均為0.2V。

(4)超級(jí)電容采用滿充時(shí)電壓值為U1的超極電容；所述穩(wěn)壓芯片采用輸出端電壓值為U2的穩(wěn)壓芯片，并且，U1大于U2。例如，U1為3.6V；U2為3.1V。

本實(shí)用新型提供的適用于低溫環(huán)境的故障指示器，其供電電源采用三層設(shè)計(jì)架構(gòu)，既能實(shí)現(xiàn)設(shè)備在三種電源之間的無(wú)縫切換，也能確保在極低溫度情況下設(shè)備也能正常工作。

以采用電池電壓為3.6V的鋰電池、正向壓降均為0.2V的第1二極管和第2二極管、滿充時(shí)電壓值為3.6V的超級(jí)電容、輸出端電壓值為3.1V的穩(wěn)壓芯片為例，介紹故障指示器的一種具體工作原理：

(1)微處理器通過(guò)配電線路電流互感器實(shí)時(shí)檢測(cè)到配電線路電流值；同時(shí)，通過(guò)電容電壓A/D采樣電路，實(shí)時(shí)檢測(cè)超級(jí)電容的電壓值；

(2)如果檢測(cè)到配電線路存在電流，此時(shí)，微處理器通過(guò)對(duì)放電控制電路進(jìn)行控制，使超級(jí)電容不放電，也就是使超級(jí)電容不向微處理器供電；

而取電CT電路感應(yīng)到配電線路電流值，經(jīng)過(guò)整流電路、穩(wěn)壓電路、第2二極管、穩(wěn)壓芯片后，直接向微處理器供電；而在此種情況下，電池不工作；

此處，取電CT電路向微處理器供電，而電池不供電的原因?yàn)椋?/p>

本實(shí)用新型中，穩(wěn)壓電路輸出端電壓為5V，第2二極管的壓降為0.2V，因此，第2二極管輸出端電壓為4.8V；此時(shí)第2二極管為導(dǎo)通狀態(tài)；

又由于第1二極管和第2二極管的輸出端并聯(lián)在穩(wěn)壓芯片的輸入端，因此，第1二極管和第2二極管的輸出端電壓值相同；所以，第1二極管輸出端電壓為4.8V；又由于鋰電池電壓為3.6V，所以，第1二極管輸入端電壓為3.6V，可見(jiàn)，第1二極管輸入端電壓低于第1二極管輸出端電壓，因此，第1二極管此時(shí)為截止?fàn)顟B(tài)。

(3)在取電CT電路向微處理器供電過(guò)程中，如果微處理器檢測(cè)到超級(jí)電容的電壓值過(guò)低，則需采用取電CT電路輸出的一部分電流向超級(jí)電容充電，具體實(shí)現(xiàn)方法為：

當(dāng)微處理器檢測(cè)到配電線路負(fù)荷電流達(dá)到2A時(shí)，開(kāi)啟充電保護(hù)電路，向超級(jí)電容充電，超級(jí)電容充電后，作為配電線路停電后的系統(tǒng)供電。

(4)如果檢測(cè)到配電線路不存在電流，即：發(fā)生配電線路停電現(xiàn)象，此時(shí)，區(qū)分以下兩種情況：

(第一種情況)如果微處理器不需要向主站系統(tǒng)上傳配電電流信號(hào)，可使微處理器處于休眠狀態(tài)，僅由電池供電。

在本情況下，微處理器只要不啟動(dòng)超級(jí)電容，不采用超級(jí)電容向微處理器供電，則系統(tǒng)自動(dòng)無(wú)縫切換到電池供電狀態(tài)，原因?yàn)椋?/p>

當(dāng)配電線路停電時(shí)，第2二極管沒(méi)有電流通過(guò)，自然轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)；而對(duì)于第1二極管，其正極電壓等于鋰電池電壓，為3.6V，經(jīng)過(guò)0.2V壓降后，第1二極管負(fù)極電壓為3.4V，因此，第1二極管正極電壓高于負(fù)極電壓，第1二極管轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)，由電池向微處理器供電。

由于休眠狀態(tài)時(shí)微處理器功耗非常低，鋰電池可長(zhǎng)時(shí)間供電。

(第二種情況)當(dāng)微處理器需要向主站系統(tǒng)上傳配電電流信號(hào)，由于此時(shí)微處理器功耗非常高，因此，采用鋰電池供電會(huì)影響鋰電池使用壽命，所以，微處理器啟動(dòng)超級(jí)電容，采用超級(jí)電容向微處理器供電。

本情況時(shí)，當(dāng)啟動(dòng)超級(jí)電容，使其向微處理器供電時(shí)，電池串聯(lián)的第1二極管自動(dòng)轉(zhuǎn)為截止?fàn)顟B(tài)，不會(huì)繼續(xù)向微處理器供電，原因?yàn)椋?/p>

當(dāng)啟動(dòng)超級(jí)電容供電時(shí)，由于超級(jí)電容的充滿電壓為3.6V，而超級(jí)電容輸出端接到穩(wěn)壓芯片的輸出端，所以，穩(wěn)壓芯片的輸出端電壓等于超級(jí)電容電壓，為3.6V；而穩(wěn)壓芯片正常工作電壓僅為3.1V，低于3.6V，所以，當(dāng)超級(jí)電容工作時(shí)，穩(wěn)壓芯片處于截止不工作狀態(tài)，由此必然導(dǎo)致第1二極管和第2二極管均處于截止?fàn)顟B(tài)，所以，電池不會(huì)向微處理器供電。

隨著超級(jí)電容持續(xù)向微處理器供電，導(dǎo)致超級(jí)電容的電壓逐漸降低，當(dāng)超級(jí)電容的電壓降到低于穩(wěn)壓芯片工作電壓3.1V時(shí)，一方面，超級(jí)電容已接近放完電狀態(tài)，此時(shí)，控制超級(jí)電容不再繼續(xù)放電；另一方面，此時(shí)，穩(wěn)壓芯片不再處于截止?fàn)顟B(tài)，因此，第1二級(jí)管自動(dòng)導(dǎo)通，使電池繼續(xù)向微處理器供電。這樣設(shè)計(jì)的原因?yàn)椋河捎诔?jí)電容的電量有限，當(dāng)超級(jí)電容的電量接近用盡時(shí)，為避免微處理器由于缺電而無(wú)法工作，所以采用電池自動(dòng)供電，保持微處理器工作的可靠穩(wěn)定性。

由此可見(jiàn)，本實(shí)用新型提供的適用于低溫環(huán)境的故障指示器，采用三級(jí)電源供電，并且，根據(jù)配電線路是否有電、電容是否有電等情況，可自動(dòng)無(wú)縫在各種電源之間切換。原則為：配電線路有電時(shí)，由CT取電電路供電；當(dāng)一次電流極小時(shí)，由超級(jí)電容作為電源供電，確保故障信息及時(shí)上報(bào)；在極端情況下，當(dāng)一級(jí)電源和二級(jí)電源均失效后，由鋰電池作為最后的保障，確保故障指示器可以全天候可靠運(yùn)行。

另外，當(dāng)一次電流達(dá)到2A時(shí)，由CT取電電路供電，可免電池全功能運(yùn)行；二級(jí)電源采用超級(jí)電容，可滿足零下30度可靠使用，零下40度不損壞；由于只有在極端情況才啟用電池供電，所以，有效避免電池使用頻率和使用時(shí)間，延長(zhǎng)電池的使用壽命。

本實(shí)用新型還提供一種應(yīng)用上述適用于低溫環(huán)境的故障指示器的配電線路故障定位系統(tǒng)，包括故障指示器、通訊終端和主站系統(tǒng)；所述故障指示器通過(guò)所述通訊終端與所述主站系統(tǒng)通信連接。其中，通訊終端配置有后備電源和主電源；所述后備電源為低溫型鉛酸蓄電池；所述主電源為太陽(yáng)能電池。采用低溫型鉛酸蓄電池搭配大功率太陽(yáng)能電池模式，可確保通訊終端在極低溫度下也能可靠運(yùn)行。

具體的，帶通信功能的故障指示器以三只為一組，每只分別安裝在A、B、C三相電力線上，以組為單位將故障指示器布置在配電線路上，CT輸出電流信號(hào)經(jīng)信號(hào)調(diào)理、A/D采樣后送入微處理器計(jì)算，微處理器將故障信號(hào)傳送到本地?zé)o線收發(fā)器，然后通過(guò)通訊終端上傳至主站。

通訊終端除傳遞故障信息以外，還傳遞線路遙測(cè)數(shù)據(jù)以及反映電壓變化的電場(chǎng)信息，同時(shí)接收主站對(duì)指示器翻拍的控制信息。

本實(shí)用新型提供的適用于低溫環(huán)境的故障指示器及配電線路故障定位系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

故障指示器采用三級(jí)電源供電，并且，一級(jí)取電CT電路作為主電源供電，而只有當(dāng)配電線路停電時(shí)，才采用二級(jí)超級(jí)電容供電；當(dāng)一級(jí)取電CT電路和二級(jí)超級(jí)電容均失效時(shí)，才會(huì)啟用三級(jí)電池供電。由此可見(jiàn)，三級(jí)電池只有在極端情況下才會(huì)使用，使用頻率較低，因此，既使電池在低溫使用環(huán)境中容量同樣變小，也能夠長(zhǎng)時(shí)間使用。

本實(shí)用新型通過(guò)三級(jí)電源的相互配合，根據(jù)配電線路是否有電、電容是否有電等情況，可自動(dòng)無(wú)縫在各種電源之間切換，盡量降低電池的使用頻率，延長(zhǎng)了電池的使用壽命，可以確保故障指示器全天候長(zhǎng)時(shí)間可靠運(yùn)行，進(jìn)而保證對(duì)配電線路故障進(jìn)行有效監(jiān)控定位。因此，本實(shí)用新型特別適用于新疆、內(nèi)蒙古及東北等低溫使用環(huán)境。

以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。