本發(fā)明涉及配電線路故障檢測領(lǐng)域，尤其是一種適用于配電網(wǎng)架空線路負(fù)荷監(jiān)測、故障檢測、故障定位的專用故障指示裝置。

背景技術(shù)：

故障指示器是掛裝于架空線路上，檢測線路負(fù)荷電流，檢測短路、接地故障，給出翻牌、閃燈指示；同時，它將檢測到的線路數(shù)據(jù)、故障信息上傳給供電監(jiān)控部門，幫助供電部門迅速查找到故障點，縮短停電時間，從而提高供電可靠性。

現(xiàn)有技術(shù)中，故障指示器存在多種問題，例如：線路取電電流不穩(wěn)定且范圍大，沒有儲備電源充、放電管理，電源效率低，嚴(yán)重影響儲備電源充電壽命；普遍采用半波采樣，不能分析線路全波情況，電流采樣范圍太廣，偶然誤差對采樣精度影響太大；無線通訊常采用433MHz的RF通訊，距離近且不穩(wěn)定。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種結(jié)構(gòu)合理的配電網(wǎng)架空線路故障檢測指示裝置，可以很好的解決線路取電電流不穩(wěn)定、電源效率低、采樣精度差等問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種配電網(wǎng)架空線路故障檢測指示裝置，包括電源管理模塊、電流突變檢測模塊、全波分級采樣模塊、RF通訊模塊和指示模塊；電源管理模塊、電流突變檢測模塊、全波分級采樣模塊、RF通訊模塊和指示模塊都分別與MCU模塊相連，電流突變檢測模塊還與電源管理模塊相連。

優(yōu)選的，電源管理模塊包括第一取電線圈、整流電路、調(diào)理電路、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、電源管理芯片PM、超級電容Super Cap和電池BAT；第一取電線圈連接整流電路，整流電路連接調(diào)理電路，調(diào)理電路兩端分別連接第一電容C1的兩端，第一電容C1連接電源管理芯片PM，電容BAT與超級電容Super Cap組成一個回路，一端連接電源管理芯片PM，另一端直接接地，第二電容C2與第三電容C3組成一個回路，一端連接電源管理芯片PM，另一端直接接地，電源VCC為整個裝置提供工作電源。

優(yōu)選的，電流突變檢測模塊包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第七電容C7、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5和第一三極管Q1；第一電阻R1和第一二極管D1依次相連連接到第一三極管Q1的集電極；第三二極管D3、第五二極管D5、第五電容C5、第四電容C4和第四二極管D4依次相連連接到第一三極管Q1的基極；第六電容C6一端連接第五二極管D5，另一端直接接地，第三電阻R3并聯(lián)在第六電容C6的兩端；第三電阻R3一端連接在第六電容C6和第四二極管D4的中間，另一端直接接地；第四電阻R4一端連接在第四二極管D4與第一三極管Q1的基極中間，另一端直接接地；第七電容C7一端連接在第一三極管Q1的集電極，另一端連接在第一三極管Q1的發(fā)射極；第二二極管D2的一端連接MCU，一端連接在第一三極管Q1的集電極。

優(yōu)選的，全波分級采樣模塊包括第二采樣線圈、第七二極管D7、第六電阻R6、第七電阻R7、第十電阻R10、第十二電阻R12、第二三極管Q2、第八電容C8、第一運(yùn)算放大器U1、第二運(yùn)算放大器U2；第七電阻R7的一端連接第一運(yùn)算放大器U1的反相輸入端，一端直接接地，第一運(yùn)算放大器U1的正相輸入端連接第二運(yùn)算放大器的反相輸入端，第一運(yùn)算放大器的輸出端接ADC_0端，第六電阻R6一端連接在第七電阻R7與第一運(yùn)算放大器U1的反相輸入端之間，另一端連接在第一運(yùn)算放大器U1的輸出端與ADC_0端之間；第二運(yùn)算放大器U2的輸出端接ADC_1端；第二采樣線圈一端連接第十電阻R10后接入第二運(yùn)算放大器U2的正相輸入端，一端連接第七二極管D7連接基準(zhǔn)電壓，第十二電阻R12并聯(lián)在第七二極管D7的兩端，第八電容C8一端連接在第十電阻R10與第二運(yùn)算放大器U2的正相輸入端之間，另一端直接接地。

優(yōu)選的，RF通訊模塊選用MJN400/900，包括14個管腳，1管腳為RF管腳，2管腳為GND管腳，3管腳為MISO管腳，4管腳為MOSI管腳，5管腳為NSS管腳，6管腳為CLK管腳，7管腳為RST管腳，8管腳為DIO0管腳，9管腳為DIO1管腳，10管腳為NC管腳，11管腳為DIO3管腳，12管腳為NC管腳，13管腳為GND管腳，14管腳為VCC管腳；第七電容C7的一端連接14管腳，另一端接地；2管腳直接接地，13管腳直接接地，1管腳連接天線J1。

本發(fā)明的有益效果為：解決了儲備電源充放電管理問題，提高了電源效率，延長了儲備電源充電壽命；分析線路全波情況，分級采樣，減少了偶然誤差對采樣精度的影響；采用LoRa^TM調(diào)制方式，解決了常規(guī)無線通訊采用433MHz的RF通訊距離近、不穩(wěn)定的問題。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體裝置電氣原理示意圖。

圖2是本發(fā)明的電源管理模塊示意圖。

圖3是本發(fā)明的電流突變檢測模塊原理圖。

圖4是本發(fā)明的全波分級采樣模塊原理圖。

圖5是本發(fā)明的RF通訊模塊原理圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種配電網(wǎng)架空線路故障檢測指示裝置，包括電源管理模塊、電流突變檢測模塊、全波分級采樣模塊和RF通訊模塊；電源管理模塊、電流突變檢測模塊、全波分級采樣模塊、RF通訊模塊和指示模塊都分別與MCU模塊相連，電流突變檢測模塊還與電源管理模塊相連。

電流突變檢測模塊包括第一線圈、整流單元和異常檢測單元；RF通訊模塊包括通訊單元；全波分級采樣模塊包括第二線圈、基準(zhǔn)電壓和濾波單元；指示模塊包括本地指示單元。第一線圈采集到的交流電壓經(jīng)過整流單元整流后的直流經(jīng)過調(diào)理單元進(jìn)入電源管理單元作為裝置供電的首選電源，同時給超級電容充電；當(dāng)線路電流小，第一線圈產(chǎn)生電能不足以給裝置供電時，電源管理單元將供電轉(zhuǎn)切到超級電容，由超級電容放電來維持裝置供電，當(dāng)超級電容放電低于一定閾值時，不足以維持設(shè)備供電，電源管理單元將供電轉(zhuǎn)切到備用電池供電；同時第一線圈整流后直流電壓用于突變檢測：若電壓突變引起電流突變，引起第三電容C3和第四電容C4的充放電，從而在第五電阻R5產(chǎn)生電壓，驅(qū)動NPN型第一三極管Q1，由于第二二極管D2連接的MCU管腳被設(shè)置為內(nèi)部上拉，此時該管腳被拉低，形成下降沿，觸發(fā)MCU中斷。第二線圈采集交流信號，由于基準(zhǔn)電壓的抬高，使得整個交流波形都可以被MCU內(nèi)部的ADC模塊采集到。MCU模塊通過Lora技術(shù)的RF通訊模塊與采集裝置無線通訊，傳遞電流和故障判斷信息，接收采集裝置的讀取和設(shè)置信息；MCU模塊控制指示模塊通過閃燈、旋轉(zhuǎn)機(jī)械裝置來進(jìn)行就地指示故障區(qū)分和引導(dǎo)檢修人員排除故障。

如圖2所示，為本發(fā)明的電源管理模塊結(jié)構(gòu)圖。電源管理模塊包括第一取電線圈、整流電路、調(diào)理電路、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、電源管理芯片PM、超級電容Super Cap和電池BAT；第一取電線圈連接整流電路，整流電路連接調(diào)理電路，調(diào)理電路兩端分別連接第一電容C1的兩端，第一電容C1連接電源管理芯片PM，電池BAT與超級電容Super Cap組成一個回路，一端連接電源管理芯片PM，另一端直接接地，第二電容C2與第三電容C3組成一個回路，一端連接電源管理芯片PM，另一端直接接地，電源VCC為整個裝置各模塊提供工作電源。

調(diào)理電路將整流后毛糙的直流調(diào)理平滑，同時對線路產(chǎn)生電壓較大的時候，對后級的電路進(jìn)行保護(hù)，第一電容C1電容平滑如數(shù)電壓，第二電容C2和第三電容C3濾波并且穩(wěn)定工作電源VCC。

第一取電線圈經(jīng)整流電路和調(diào)理電路后給電源管理芯片PM供電，當(dāng)?shù)谝浑娙軨1兩端電壓達(dá)80mV-3.3V即可供電，380mV冷啟動內(nèi)部電荷泵，帶最大功率點跟蹤MPPT，有效提高電源效率；此時，內(nèi)部低壓差線性穩(wěn)壓器LDO主電源給設(shè)備提供穩(wěn)壓電源VCC，同時給超級電容Super Cap充電，直至充滿。當(dāng)LDO主電源失去或不足后自動切換至超級電容或可充電電池，當(dāng)電池供電電源仍不足，將再次切換到后備電池供電。

如圖3所示，為本發(fā)明的電流突變檢測模塊結(jié)構(gòu)圖。電流突變檢測模塊包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第四電容C4、第五電容C5、第六電容C6、第七電容C7、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、第五二極管D5和第一三極管Q1；第一電阻R1和第一二極管D1依次相連連接到第一三極管Q1的集電極；第三二極管D3、第五二極管D5、第五電容C5、第四電容C4和第四二極管D4依次相連連接到第一三極管Q1的基極；第六電容C6一端連接第五二極管D5，另一端直接接地，第三電阻R3并聯(lián)在第六電容C6的兩端；第三電阻R3一端連接在第六電容C6和第四二極管D4的中間，另一端直接接地；第四電阻R4一端連接在第四二極管D4與第一三極管Q1的基極中間，另一端直接接地；第七電容C7一端連接在第一三極管Q1的集電極，另一端連接在第一三極管Q1的發(fā)射極；第二二極管D2的一端連接MCU，一端連接在第一三極管Q1的集電極。

當(dāng)線圈斷電時，第一三極管Q1截止，MCU中斷管腳內(nèi)部上拉。線路上電瞬間，第四電容C4和第五電容C5充電，電流流過第三電阻R3和第四電阻形成電壓，第一三極管Q1導(dǎo)通，MCU中斷管腳下降沿中斷。當(dāng)線路相對穩(wěn)定后，電容不再充電，第五電阻R5無壓差，第一三極管Q1截止，當(dāng)電路突變時，電容充電，第一三極管Q1導(dǎo)通，MCU中斷管腳下降沿產(chǎn)生中斷。

如圖4所示，為本發(fā)明的全波分級采樣模塊結(jié)構(gòu)圖。全波分級采樣模塊包括第二采樣線圈、第七二極管D7、第六電阻R6、第七電阻R7、第十電阻R10、第十二電阻R12、第二三極管Q2、第八電容C8、第一運(yùn)算放大器U1、第二運(yùn)算放大器U2；第七電阻R7的一端連接第一運(yùn)算放大器U1的反相輸入端，一端直接接地，第一運(yùn)算放大器U1的正相輸入端連接第二運(yùn)算放大器的反相輸入端，第一運(yùn)算放大器的輸出端接ADC_0端，第六電阻R6一端連接在第七電阻R7與第一運(yùn)算放大器U1的反相輸入端之間，另一端連接在第一運(yùn)算放大器U1的輸出端與ADC_0端之間；第二運(yùn)算放大器U2的輸出端接ADC_1端；第二采樣線圈一端連接第十電阻R10后接入第二運(yùn)算放大器U2的正相輸入端，一端連接第七二極管D7連接基準(zhǔn)電壓，第十二電阻R12并聯(lián)在第七二極管D7的兩端，第八電容C8一端連接在第十電阻R10與第二運(yùn)算放大器U2的正相輸入端之間，另一端直接接地。

第二采樣線圈經(jīng)第十二電阻R12轉(zhuǎn)換為電壓信號，基準(zhǔn)電壓1.25V抬高信號電壓，ADC可采集信號的完整波形，方便電流及故障判斷第七二極管D7位前端瞬間抑制，第十電阻R10和第八電容C8組成低通濾波器，當(dāng)MCU管腳AD_CTR打開第二三極管Q2后，打開超低功耗運(yùn)放和基準(zhǔn)電源完成采樣。啟動第一運(yùn)算放大器U1位正向放大電路，第二運(yùn)算放大器U2為電壓跟隨器，當(dāng)電壓較小時，采樣信號以放大后的ADC_0通道采樣值為準(zhǔn)，當(dāng)電壓大于一定值或進(jìn)入死區(qū)時，采樣值以ADC_1為準(zhǔn)。

如圖5所示，為本發(fā)明的RF通訊模塊結(jié)構(gòu)圖。RF通訊模塊選用MJN400/900，包括14個管腳，1管腳為RF管腳，2管腳為GND管腳，3管腳為MISO管腳，4管腳為MOSI管腳，5管腳為NSS管腳，6管腳為CLK管腳，7管腳為RST管腳，8管腳為DIO0管腳，9管腳為DIO1管腳，10管腳為NC管腳，11管腳為DIO3管腳，12管腳為NC管腳，13管腳為GND管腳，14管腳為VCC管腳；第七電容C7的一端連接14管腳，另一端接地；2管腳直接接地，13管腳直接接地，1管腳連接天線J1。

無線通訊采用HexNet無線模塊，MJN400/MJN900RF通訊模塊，模塊工作在ISM免費頻段，可支持433MHz、868MHz和915MHz；支持星狀網(wǎng)絡(luò)和Mesh網(wǎng)絡(luò)，自動組網(wǎng)，自動路由，免去人工維護(hù)；可進(jìn)入休眠模式，功耗低；采用LoRa^TM調(diào)制方式，能適應(yīng)城市、郊區(qū)、鄉(xiāng)村等不同環(huán)境；具有擴(kuò)頻技術(shù)，不受天氣影響；具有160dB的Link Budget，可遠(yuǎn)距離傳輸。

盡管本發(fā)明就優(yōu)選實施方式進(jìn)行了示意和描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，只要不超出本發(fā)明的權(quán)利要求所限定的范圍，可以對本發(fā)明進(jìn)行各種變化和修改。