多功能配电网故障指示器的设计

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1、多功能配电网故障指示器研制作者作者单位及地址摘要：研制了一种兼具测量和通信功能的10KV配电网故障指示器，该指示器用于10KV配电架空线路，不但具有发生接地或短路时翻牌指示的功能，指示器中还设计了通信模块和电流及温度测量模块，通过无线通信方式将故障或测量信息传给附近的数据传输终端，数据传输终端通过GPRS网络将数据传送给监控中心，工作人员通过监控中心计算机就可以实时了解整个配电网的工作状态。该多功能故障指示器以ATmega8L单片机为核心，通过NRF24L01实现无线数据传输功能。关键词：配电网；故障指示；ATmega8L；N

2、RF24L01；DS18B20随着我国经济的发展，人们对配电网安全运行的要求越来越高，配电网的实时监测日益受到现场的关注。目前我国大部分中低压电网，特别是10KV配电网络，运行管理水平、监控手段比较低；主要是由于10KV配电网络线路长、覆盖面大，如果像输电网一样安装基于RTU的监控调度自动化系统，其成本将是无法承受的；而配电网也是电力系统事故多发的部分，90％以上的接地或短路故障是发生在配电网；在发生故障时及时进行故障定位隔离故障区段、恢复正常线路区段的供电，对配电网安全运行至关重要。配电网接地和短路故障的定位有很多方法，目前

3、比较经济也是比较准确的方法是沿线路悬挂常规故障指示器，当发生故障时故障点电源测线路上的故障指示器翻红；变电站的工作人员发现有故障时，沿线路查看故障指示器状态，从而确定故障点；这种常规故障指示器虽然能够比较准确指示出故障区段，但是需要工作人员沿线查看指示器翻牌状态，工人劳动强度较大，尤其对于一些山区的配电线路，沿线查看指示器状态是一件非常辛苦的事情。基于以上情况我们设计了一种具有无线通信功能的多功能故障指示器MFI（MultifunctionFaultIndicator），这种新型故障指示器不但能够通过翻牌指示故障区段，还能够通

4、过无线通信的方式将故障状态发送给附近的数据接收终端DTU(DataTerminalUnit)，该数据终端通过GPRS联网方式将线路故障信息及时发送给监控中心，使工作人员在监控中心就能够了解具体是那个区段发生了故障；能够大大提高缩短故障修复的时间和减少工人的劳动强度；并且在这种新型故障指示器中我们还设计了线路电流实时测量功能和测量线路温度的功能。1MFI的功能及实现原理多功能配电网故障指示器从结构上可分为七个主要模块，即单片机模块、电源模块、线路短路及接地故障测量模块、线路电流测量模块、线路温度测量模块、翻牌驱动模块、通信模块等

5、。图1为其原理框图。电源模块线路温度测量模块Atmega8L单片机模块通信模块线路电流测量模块线路短路及接地故障测量模块翻牌驱动模块图1多功能故障指示器原理框图Fig.1TheprinciplediagramofMFI该多功能故障指示器以AVR单片机Atmega8L为核心，该单片机具有低功耗功能，在待机模式下其工作电流小于10μA；该单片机本身具有10位A/D转换器和512字节的EEPROM，可以简化整个装置的电路设计。该装置通过大容量干电池和线路感应电流配合供电，在正常情况下每隔半小时测量一次线路电流和导线温度，然后通过通信

6、模块将测量数据发送给附近的数据传输终端DTU；当线路发生故障时,线路短路及接地故障测量模块及时测量到接地故障，并向单片机发出中断信号，单片机响应中断、判断故障类型，然后单片机组织故障信息，并通过通信模块将故障信息发送给附近的DTU；数据传输终端DTU具有GPRS通信功能，能够将收到的线路正常测量信息和故障信息发往监控中心，这样，使工作人员在监控中心就能够了解整个配电网的工作状况。2MFI的软硬件实现2.1电源模块多功能故障指示器的工作是在单片机的控制下实现的，要完成测量及故障指示功能需要给装置提供一个稳定的工作电源，本装置中的

7、Atmega8L单片机工作电压为2.7～5.5V，NRF24L01无线通信模块工作电压是1.9～3.6V，测温芯片DS18B20工作电压要求为3.0～5.5V，所以本装置中采用2400mAh大容量3.6V锂电池作为主要供电电源。故障指示器悬挂在架空线路上，要求在不更换电池的情况下工作5年以上，所以要求在软硬件设计上采用超低功耗设计；我们设计的多功能故障指示器有两种工作状态：待机工作状态和测量发射状态，以半小时为周期，测量发射状态持续不超过2秒，其他时间为待机状态；在待机状态下工作电流在20μA以下,在测量发射状态下整个装置工作

8、电流小于20mA，为了使整个装置更加稳定，在不更换电池的情况下工作时间尽量长，本装置还设计了感应供电线圈，从线路取得电能，当然由于装置体积和结构的限制，感应线圈提供的电流不可能太大，只能提供待机模式下的装置工作电流，在无线发送时间段装置的工作电流还是由电池提供。多功能故障指示