光纖型接地及短路故障指示器

李肖軍

摘 要：設(shè)計(jì)了一款光纖型接地及短路故障指示器，解決了傳統(tǒng)故障指示器易受電磁干擾的問題。該指示器能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)、指示線路的接地故障和短路故障，提供報(bào)警信息為故障查找提供快捷途徑。

關(guān)鍵詞：接地故障 短路故障 光纖

中圖分類號(hào)：TM507 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（c）-0077-01

接地及短路故障指示器[1-2]是配套安裝在配電網(wǎng)絡(luò)的環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜、電纜分接箱、箱式變電站中，用于指示相應(yīng)電纜區(qū)段的單相接地或短路故障的一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置。一旦線路發(fā)生故障，故障區(qū)段便可通過指示器報(bào)警告知給運(yùn)維人員，故障點(diǎn)就可很快被找到。傳統(tǒng)故障指示器的控制器和傳感器之間多采用銅導(dǎo)線進(jìn)行信息傳輸，抗干擾性能差，經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警。光纖型故障指示器采用光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸，抗干擾性能強(qiáng)，有效地避免錯(cuò)誤報(bào)警。同時(shí)，該故障指示器還能將報(bào)警信息實(shí)時(shí)發(fā)送到監(jiān)控中心的服務(wù)器，在監(jiān)控電腦的屏幕上顯示出故障所在的區(qū)域和具體位置，引導(dǎo)檢修人員迅速確定故障區(qū)段并找出故障點(diǎn)。

1 硬件設(shè)計(jì)

光纖型故障指示器主要由控制器和傳感器兩部分組成。傳感器分為短路故障傳感器和接地故障傳感器兩種，每種傳感器內(nèi)部集成感應(yīng)線圈和電光轉(zhuǎn)換電路；控制器硬件主要包括：光電轉(zhuǎn)換單元、控制單元、故障指示單元、智能化單元和供電單元，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 控制單元

控制單元是整個(gè)裝置的核心，選用飛思卡爾的MC9S08QG8。MC9S08QG8是飛思卡爾8位微控制器系列中具有很高集成度的芯片，采用高性能、低功耗的HCS08內(nèi)核，其內(nèi)置8 KB FLASH存儲(chǔ)器，512 B RAM，SCI/SPI/IIC接口，8位模/數(shù)定時(shí)器模塊，A/D模塊等。MC9S08QG8還集成了背景調(diào)試系統(tǒng)以及可進(jìn)行實(shí)時(shí)總線捕捉的內(nèi)置在線仿真（ICE）功能，具有單線的調(diào)試及仿真接口（BDM）。[3]

1.2 光電轉(zhuǎn)換單元

選用硅光敏三極管3DU33作為光電接收器件。3DU33接收峰值波長為880 nm，其光電流典型值可達(dá)10 mA（在1000LX光照下），可直接驅(qū)動(dòng)其他器件，無需外接放大電路，簡(jiǎn)化PCB布局。

1.3 故障指示單元

故障指示單元選用高亮度的發(fā)光二極管用以指示短路故障、接地故障以及電池電量不足等信息，簡(jiǎn)便直接，便于巡檢人員觀察。

1.4 智能化單元

智能化單元可實(shí)現(xiàn)遙信和遙控功能。當(dāng)指示器產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警指示信號(hào)后，可將報(bào)警信號(hào)輸出遠(yuǎn)傳。指示器也可接收遠(yuǎn)方的復(fù)位信號(hào)，對(duì)指示器進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位操作。

2 軟件設(shè)計(jì)

光纖型故障指示器的主要功能包括：

（1）短路報(bào)警指示：短路傳感器用于檢測(cè)線路的相電流，當(dāng)線路發(fā)生短路故障且故障電流達(dá)到或超過報(bào)警電流設(shè)定值時(shí)，短路傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通過光纖傳輸給主機(jī)，主機(jī)接收到此信號(hào)后，產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警指示信號(hào)。

（2）接地報(bào)警指示：接地傳感器在工作中檢測(cè)線路的零序電流，當(dāng)線路發(fā)生接地故障且接地故障電流達(dá)到或超過報(bào)警電流設(shè)定值時(shí)，接地傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通過電纜傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)接收到此信號(hào)后，產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警指示信號(hào)。

（3）人工復(fù)位：當(dāng)指示器產(chǎn)生報(bào)警后，可通過觸發(fā)指示器主機(jī)面板上的“復(fù)位/測(cè)試”按鈕來解除報(bào)警信號(hào)。

（4）智能化：指示器產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警指示信號(hào)后，可將報(bào)警信號(hào)輸出遠(yuǎn)傳。指示器也可接收遠(yuǎn)方的復(fù)位信號(hào)，對(duì)指示器進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位操作。

（5）自動(dòng)復(fù)位：當(dāng)指示器發(fā)出報(bào)警信號(hào)后，如果無人工復(fù)位，則指示器將在設(shè)定的復(fù)位時(shí)限后自動(dòng)復(fù)位。

（6）測(cè)試：指示器可進(jìn)行工作性能自檢。通過按下主機(jī)面板上的“復(fù)位/測(cè)試”按鈕，并保持1.5 s進(jìn)行測(cè)試。

因此，光纖型故障指示器的軟件應(yīng)覆蓋上述功能，其主程序流程如圖2所示。

3 結(jié)語

光纖型故障指示器可以有效地適用開關(guān)設(shè)備復(fù)雜的工作環(huán)境，抗干擾性能強(qiáng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)線路接地故障和短路故障，提供報(bào)警信息，為解決故障查找提供了快捷、有效途徑。該指示器對(duì)迅速恢復(fù)供電，縮短停電時(shí)間，提高配電網(wǎng)絡(luò)供電的可靠性和安全性，有著十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 張宏波，袁欽成.故障指示器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2012（1）：69-72.

[2] 歐立新.接地、短路故障指示?器在10kV架空線路的應(yīng)用[J].農(nóng)村電工， 2012（9）：26-27.

[3] Freescale.MC13202 Reference Manual[EB/OL].http：//cache.freescale.com/files/microcontrollers/doc/data_sheet/MC9S08QG8.pdf？fromsite=zh-Hans&Parent_nodeId=&Parent_pageType=，2009-11.endprint

摘 要：設(shè)計(jì)了一款光纖型接地及短路故障指示器，解決了傳統(tǒng)故障指示器易受電磁干擾的問題。該指示器能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)、指示線路的接地故障和短路故障，提供報(bào)警信息為故障查找提供快捷途徑。

關(guān)鍵詞：接地故障 短路故障 光纖

中圖分類號(hào)：TM507 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（c）-0077-01

接地及短路故障指示器[1-2]是配套安裝在配電網(wǎng)絡(luò)的環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜、電纜分接箱、箱式變電站中，用于指示相應(yīng)電纜區(qū)段的單相接地或短路故障的一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置。一旦線路發(fā)生故障，故障區(qū)段便可通過指示器報(bào)警告知給運(yùn)維人員，故障點(diǎn)就可很快被找到。傳統(tǒng)故障指示器的控制器和傳感器之間多采用銅導(dǎo)線進(jìn)行信息傳輸，抗干擾性能差，經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警。光纖型故障指示器采用光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸，抗干擾性能強(qiáng)，有效地避免錯(cuò)誤報(bào)警。同時(shí)，該故障指示器還能將報(bào)警信息實(shí)時(shí)發(fā)送到監(jiān)控中心的服務(wù)器，在監(jiān)控電腦的屏幕上顯示出故障所在的區(qū)域和具體位置，引導(dǎo)檢修人員迅速確定故障區(qū)段并找出故障點(diǎn)。

1 硬件設(shè)計(jì)

光纖型故障指示器主要由控制器和傳感器兩部分組成。傳感器分為短路故障傳感器和接地故障傳感器兩種，每種傳感器內(nèi)部集成感應(yīng)線圈和電光轉(zhuǎn)換電路；控制器硬件主要包括：光電轉(zhuǎn)換單元、控制單元、故障指示單元、智能化單元和供電單元，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 控制單元

控制單元是整個(gè)裝置的核心，選用飛思卡爾的MC9S08QG8。MC9S08QG8是飛思卡爾8位微控制器系列中具有很高集成度的芯片，采用高性能、低功耗的HCS08內(nèi)核，其內(nèi)置8 KB FLASH存儲(chǔ)器，512 B RAM，SCI/SPI/IIC接口，8位模/數(shù)定時(shí)器模塊，A/D模塊等。MC9S08QG8還集成了背景調(diào)試系統(tǒng)以及可進(jìn)行實(shí)時(shí)總線捕捉的內(nèi)置在線仿真（ICE）功能，具有單線的調(diào)試及仿真接口（BDM）。[3]

1.2 光電轉(zhuǎn)換單元

選用硅光敏三極管3DU33作為光電接收器件。3DU33接收峰值波長為880 nm，其光電流典型值可達(dá)10 mA（在1000LX光照下），可直接驅(qū)動(dòng)其他器件，無需外接放大電路，簡(jiǎn)化PCB布局。

1.3 故障指示單元

故障指示單元選用高亮度的發(fā)光二極管用以指示短路故障、接地故障以及電池電量不足等信息，簡(jiǎn)便直接，便于巡檢人員觀察。

1.4 智能化單元

智能化單元可實(shí)現(xiàn)遙信和遙控功能。當(dāng)指示器產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警指示信號(hào)后，可將報(bào)警信號(hào)輸出遠(yuǎn)傳。指示器也可接收遠(yuǎn)方的復(fù)位信號(hào)，對(duì)指示器進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位操作。

2 軟件設(shè)計(jì)

光纖型故障指示器的主要功能包括：

（1）短路報(bào)警指示：短路傳感器用于檢測(cè)線路的相電流，當(dāng)線路發(fā)生短路故障且故障電流達(dá)到或超過報(bào)警電流設(shè)定值時(shí)，短路傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通過光纖傳輸給主機(jī)，主機(jī)接收到此信號(hào)后，產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警指示信號(hào)。

（2）接地報(bào)警指示：接地傳感器在工作中檢測(cè)線路的零序電流，當(dāng)線路發(fā)生接地故障且接地故障電流達(dá)到或超過報(bào)警電流設(shè)定值時(shí)，接地傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通過電纜傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)接收到此信號(hào)后，產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警指示信號(hào)。

（3）人工復(fù)位：當(dāng)指示器產(chǎn)生報(bào)警后，可通過觸發(fā)指示器主機(jī)面板上的“復(fù)位/測(cè)試”按鈕來解除報(bào)警信號(hào)。

（4）智能化：指示器產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警指示信號(hào)后，可將報(bào)警信號(hào)輸出遠(yuǎn)傳。指示器也可接收遠(yuǎn)方的復(fù)位信號(hào)，對(duì)指示器進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位操作。

（5）自動(dòng)復(fù)位：當(dāng)指示器發(fā)出報(bào)警信號(hào)后，如果無人工復(fù)位，則指示器將在設(shè)定的復(fù)位時(shí)限后自動(dòng)復(fù)位。

（6）測(cè)試：指示器可進(jìn)行工作性能自檢。通過按下主機(jī)面板上的“復(fù)位/測(cè)試”按鈕，并保持1.5 s進(jìn)行測(cè)試。

因此，光纖型故障指示器的軟件應(yīng)覆蓋上述功能，其主程序流程如圖2所示。

3 結(jié)語

光纖型故障指示器可以有效地適用開關(guān)設(shè)備復(fù)雜的工作環(huán)境，抗干擾性能強(qiáng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)線路接地故障和短路故障，提供報(bào)警信息，為解決故障查找提供了快捷、有效途徑。該指示器對(duì)迅速恢復(fù)供電，縮短停電時(shí)間，提高配電網(wǎng)絡(luò)供電的可靠性和安全性，有著十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 張宏波，袁欽成.故障指示器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2012（1）：69-72.

[2] 歐立新.接地、短路故障指示?器在10kV架空線路的應(yīng)用[J].農(nóng)村電工， 2012（9）：26-27.

[3] Freescale.MC13202 Reference Manual[EB/OL].http：//cache.freescale.com/files/microcontrollers/doc/data_sheet/MC9S08QG8.pdf？fromsite=zh-Hans&Parent_nodeId=&Parent_pageType=，2009-11.endprint

摘 要：設(shè)計(jì)了一款光纖型接地及短路故障指示器，解決了傳統(tǒng)故障指示器易受電磁干擾的問題。該指示器能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)、指示線路的接地故障和短路故障，提供報(bào)警信息為故障查找提供快捷途徑。

關(guān)鍵詞：接地故障 短路故障 光纖

中圖分類號(hào)：TM507 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）05（c）-0077-01

接地及短路故障指示器[1-2]是配套安裝在配電網(wǎng)絡(luò)的環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜、電纜分接箱、箱式變電站中，用于指示相應(yīng)電纜區(qū)段的單相接地或短路故障的一種實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置。一旦線路發(fā)生故障，故障區(qū)段便可通過指示器報(bào)警告知給運(yùn)維人員，故障點(diǎn)就可很快被找到。傳統(tǒng)故障指示器的控制器和傳感器之間多采用銅導(dǎo)線進(jìn)行信息傳輸，抗干擾性能差，經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤報(bào)警。光纖型故障指示器采用光纖進(jìn)行信號(hào)傳輸，抗干擾性能強(qiáng)，有效地避免錯(cuò)誤報(bào)警。同時(shí)，該故障指示器還能將報(bào)警信息實(shí)時(shí)發(fā)送到監(jiān)控中心的服務(wù)器，在監(jiān)控電腦的屏幕上顯示出故障所在的區(qū)域和具體位置，引導(dǎo)檢修人員迅速確定故障區(qū)段并找出故障點(diǎn)。

1 硬件設(shè)計(jì)

光纖型故障指示器主要由控制器和傳感器兩部分組成。傳感器分為短路故障傳感器和接地故障傳感器兩種，每種傳感器內(nèi)部集成感應(yīng)線圈和電光轉(zhuǎn)換電路；控制器硬件主要包括：光電轉(zhuǎn)換單元、控制單元、故障指示單元、智能化單元和供電單元，其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 控制單元

控制單元是整個(gè)裝置的核心，選用飛思卡爾的MC9S08QG8。MC9S08QG8是飛思卡爾8位微控制器系列中具有很高集成度的芯片，采用高性能、低功耗的HCS08內(nèi)核，其內(nèi)置8 KB FLASH存儲(chǔ)器，512 B RAM，SCI/SPI/IIC接口，8位模/數(shù)定時(shí)器模塊，A/D模塊等。MC9S08QG8還集成了背景調(diào)試系統(tǒng)以及可進(jìn)行實(shí)時(shí)總線捕捉的內(nèi)置在線仿真（ICE）功能，具有單線的調(diào)試及仿真接口（BDM）。[3]

1.2 光電轉(zhuǎn)換單元

選用硅光敏三極管3DU33作為光電接收器件。3DU33接收峰值波長為880 nm，其光電流典型值可達(dá)10 mA（在1000LX光照下），可直接驅(qū)動(dòng)其他器件，無需外接放大電路，簡(jiǎn)化PCB布局。

1.3 故障指示單元

故障指示單元選用高亮度的發(fā)光二極管用以指示短路故障、接地故障以及電池電量不足等信息，簡(jiǎn)便直接，便于巡檢人員觀察。

1.4 智能化單元

智能化單元可實(shí)現(xiàn)遙信和遙控功能。當(dāng)指示器產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警指示信號(hào)后，可將報(bào)警信號(hào)輸出遠(yuǎn)傳。指示器也可接收遠(yuǎn)方的復(fù)位信號(hào)，對(duì)指示器進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位操作。

2 軟件設(shè)計(jì)

光纖型故障指示器的主要功能包括：

（1）短路報(bào)警指示：短路傳感器用于檢測(cè)線路的相電流，當(dāng)線路發(fā)生短路故障且故障電流達(dá)到或超過報(bào)警電流設(shè)定值時(shí)，短路傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通過光纖傳輸給主機(jī)，主機(jī)接收到此信號(hào)后，產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警指示信號(hào)。

（2）接地報(bào)警指示：接地傳感器在工作中檢測(cè)線路的零序電流，當(dāng)線路發(fā)生接地故障且接地故障電流達(dá)到或超過報(bào)警電流設(shè)定值時(shí)，接地傳感器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，通過電纜傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)接收到此信號(hào)后，產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警指示信號(hào)。

（3）人工復(fù)位：當(dāng)指示器產(chǎn)生報(bào)警后，可通過觸發(fā)指示器主機(jī)面板上的“復(fù)位/測(cè)試”按鈕來解除報(bào)警信號(hào)。

（4）智能化：指示器產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警指示信號(hào)后，可將報(bào)警信號(hào)輸出遠(yuǎn)傳。指示器也可接收遠(yuǎn)方的復(fù)位信號(hào)，對(duì)指示器進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位操作。

（5）自動(dòng)復(fù)位：當(dāng)指示器發(fā)出報(bào)警信號(hào)后，如果無人工復(fù)位，則指示器將在設(shè)定的復(fù)位時(shí)限后自動(dòng)復(fù)位。

（6）測(cè)試：指示器可進(jìn)行工作性能自檢。通過按下主機(jī)面板上的“復(fù)位/測(cè)試”按鈕，并保持1.5 s進(jìn)行測(cè)試。

因此，光纖型故障指示器的軟件應(yīng)覆蓋上述功能，其主程序流程如圖2所示。

3 結(jié)語

光纖型故障指示器可以有效地適用開關(guān)設(shè)備復(fù)雜的工作環(huán)境，抗干擾性能強(qiáng)，實(shí)時(shí)檢測(cè)線路接地故障和短路故障，提供報(bào)警信息，為解決故障查找提供了快捷、有效途徑。該指示器對(duì)迅速恢復(fù)供電，縮短停電時(shí)間，提高配電網(wǎng)絡(luò)供電的可靠性和安全性，有著十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 張宏波，袁欽成.故障指示器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].能源技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2012（1）：69-72.

[2] 歐立新.接地、短路故障指示?器在10kV架空線路的應(yīng)用[J].農(nóng)村電工， 2012（9）：26-27.

[3] Freescale.MC13202 Reference Manual[EB/OL].http：//cache.freescale.com/files/microcontrollers/doc/data_sheet/MC9S08QG8.pdf？fromsite=zh-Hans&Parent_nodeId=&Parent_pageType=，2009-11.endprint