一种故障检测系统的制作方法

1.本发明涉及环网柜技术领域，尤其涉及一种故障检测系统。


背景技术：

2.作为在配电网建设中的一个极为重要的组成部分，10kv的电力环网柜在整个电力系统中起着为用户配电和供电的重要职责，担负着相当重要的作用。
3.目前，环网柜在运行过程中经常会发生分、合闸线圈烧毁或短线故障。分合闸回路中的电流，主要依靠与机构连动的断路器或者继电器的辅助触点来切断的。如果辅助接点因某种原因不能正常切换，或操作机构卡死，可能会造成分、合闸线圈烧毁。现有的环网柜中对环网柜的断路器、负荷开关的控制及操作回路完好性进行故障检测时往往只能靠人工检测，对影响环网柜动作的缺陷往往在操作时才发现存在缺陷的情况，大大影响了环网柜系统运行稳定性。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种故障检测系统，实时检测环网柜系统，保证环网柜系统工作的安全性和运行过程的稳定性。
5.根据本发明的一方面，本发明实施例提供了一种故障检测系统，该故障检测系统包括：主控模块、二次操作模块、电源模块、第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器、回路断线检测模块和开关；其中，
6.主控模块分别与二次操作模块、电源模块、霍尔电压传感器、回路断线检测模块和开关电连接，主控模块分别与第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器通信连接；二次操作模块分别与电源模块、第一霍尔电流传感器的一端、第二霍尔电流传感器的一端和霍尔电压传感器电连接；电源模块分别与第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器和回路断线检测模块电连接；第一霍尔电流传感器的另一端与开关电连接；回路断线检测模块分别与第二霍尔电流传感器的另一端和开关电连接；
7.在故障检测系统工作时，通过第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器对二次操作模块和故障检测系统的控制回路进行故障检测。
8.可选的，故障检测系统还包括两个模拟数字a/d转换器；其中，一个a/d转换器的一端与第一霍尔电流传感器电连接，一个a/d转换器的另一端与主控模块电连接；另一个a/d转换器的一端与第二霍尔电流传感器电连接，另一个a/d转换器的另一端与主控模块电连接；a/d转换器用于将第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号传送至主控模块。
9.可选的，第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器用于检测电流信号，并将电流信号传输至主控模块。
10.可选的，霍尔电压传感器包括第一接线端子、第二接线端子、第三接线端子、第四接线端子和第五接线端子；其中，第一接线端子和第二接线端子与二次操作模块的电压输
入端和电压输出端电连接，用于检测二次操作模块的电压输入端和电压输出端；第三接线端子和第四接线端子与电源模块的正极端和负极端电连接，第五接线端子与电源模块的信号输出端电连接。
11.可选的，霍尔电压传感器用于检测电压信号，并将电压信号传输至主控模块。
12.可选的，主控模块包括微控制单元mcu；其中，mcu用于接收电流信号和电压信号，并通过电流信号和电压信号判断二次操作模块和故障检测系统的控制回路是否出现故障。
13.可选的，主控模块还包括无线收发芯片；其中，无线收发芯片通过zigbee节点通信实现第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器与主控模块的通信。
14.可选的，回路断线检测模块串接于开关的控制回路上，用于检测故障检测系统的控制回路的电流输出。
15.可选的，无线收发芯片通过串行外设接口spi与mcu连接；其中，无线收发芯片为nrf24lo1和单片无线收发芯片的组合。
16.可选的，故障检测系统还包括定时器；其中，定时器与主控模块和电源模块电连接，用于在故障检测系统故障时，进行故障检测系统的重启。
17.本发明的技术方案，故障检测系统包括：主控模块、二次操作模块、电源模块、第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器、回路断线检测模块和开关；其中，主控模块分别与二次操作模块、电源模块、霍尔电压传感器、回路断线检测模块和开关电连接，主控模块分别与第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器通信连接；二次操作模块分别与电源模块、第一霍尔电流传感器的一端、第二霍尔电流传感器的一端和霍尔电压传感器电连接；电源模块分别与第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器和回路断线检测模块电连接；第一霍尔电流传感器的另一端与开关电连接；回路断线检测模块分别与第二霍尔电流传感器的另一端和开关电连接；在故障检测系统工作时，通过第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器对二次操作模块和故障检测系统的控制回路进行故障检测。本发明通过第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器对二次操作模块和故障检测系统的控制回路的电流进行检测，通过霍尔电压传感器对二次操作模块和故障检测系统的控制回路的电压进行检测，从而实现对对二次操作模块和故障检测系统的控制回路的故障检测，实时检测环网柜系统，保证环网柜系统工作的安全性和运行过程的稳定性。
18.应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是本发明实施例一中提供的一种故障检测系统的结构示意图；
21.图2是本发明实施例一中提供的一种定时器的连接示意图
22.图3是本发明实施例二中提供的一种转换器的连接示意图；
23.图4是本发明实施例三中提供的一种主控模块的结构示意图。
具体实施方式
24.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
25.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
26.实施例一
27.图1是本发明实施例一中提供的一种故障检测系统的结构示意图，本实施例可适用于对环网柜的故障检测情况。如图1所示，本发明实施例的故障检测系统具体包括：主控模块1、二次操作模块2、电源模块3、第一霍尔电流传感器4、第二霍尔电流传感器5、霍尔电压传感器6、回路断线检测模块7和开关8。其中，
28.主控模块1分别与二次操作模块2、电源模块3、霍尔电压传感器6、回路断线检测模块7和开关8电连接，主控模块1分别与第一霍尔电流传感器4和第二霍尔电流传感器5通信连接；二次操作模块2分别与电源模块3、第一霍尔电流传感器4的一端、第二霍尔电流传感器5的一端和霍尔电压传感器6电连接；电源模块3分别与第一霍尔电流传感器4、第二霍尔电流传感器5、霍尔电压传感器6和回路断线检测模块7电连接；第一霍尔电流传感器4的另一端与开关8电连接；回路断线检测模块7分别与第二霍尔电流传感器5的另一端和开关8电连接。
29.在故障检测系统工作时，通过第一霍尔电流传感器4、第二霍尔电流传感器5、霍尔电压传感器6对二次操作模块2和故障检测系统的控制回路进行故障检测。
30.其中，主控模块1分别与二次操作模块2、电源模块3、霍尔电压传感器6、回路断线检测模块7和开关8电连接，用于接收电流信号和电压信号，并通过电流信号和电压信号判断二次操作模块2和故障检测系统的控制回路是否出现故障。
31.主控模块1分别与第一霍尔电流传感器4和第二霍尔电流传感器5通信连接，当第一霍尔电流传感器4和第二霍尔电流传感器5采集到电流信号后，通过与主控模块1通信连接，将电流信号传输至主控模块1。
32.二次操作模块2分别与电源模块3、第一霍尔电流传感器4的一端、第二霍尔电流传感器5的一端和霍尔电压传感器6电连接，电源模块3用于给二次操作模块2供电，第一霍尔电流传感器4和第二霍尔电流传感器用于采集二次操作模块2的两端的电流信号，霍尔电压传感器6用于采集二次操作模块2的两端的电压信号。
33.在上述实施例的基础上，可选的，霍尔电压传感器6包括第一接线端子、第二接线端子、第三接线端子、第四接线端子和第五接线端子；其中，第一接线端子和第二接线端子与二次操作模块2的电压输入端和电压输出端电连接，用于检测二次操作模块2的电压输入端和电压输出端；第三接线端子和第四接线端子与电源模块3的正极端和负极端电连接，第五接线端子与电源模块3的信号输出端电连接。
34.在上述实施例的基础上，可选的，霍尔电压传感器6用于检测电压信号，并将电压信号传输至主控模块1。
35.电源模块3分别与第一霍尔电流传感器4、第二霍尔电流传感器5、霍尔电压传感器6和回路断线检测模块7电连接；电源模块3用于给第一霍尔电流传感器4、第二霍尔电流传感器5、霍尔电压传感器6和回路断线检测模块7供电。
36.第一霍尔电流传感器4的另一端与开关8电连接；回路断线检测模块7分别与第二霍尔电流传感器5的另一端和开关8电连接，第一霍尔电流传感器4和第二霍尔电流传感器5还用于采集故障检测系统的控制回路的电流信号，进一步通过电流信号确定故障检测系统的控制回路是否出现故障。
37.在上述实施例的基础上，当主控模块1接收到第一霍尔电流传感器4和第二霍尔电流传感器5发送的电流信号时，接收到霍尔电压传感器6发送的电压信号后，当电流信号对应的电流值小于第一预设电流值时，确定二次控制模块2是断路状态或者故障检测系统的控制回路没有电源；当电流信号对应的电流值大于第二预设电流值时，确定二次控制模块2或者故障检测系统的控制回路目前工作状态为超负荷状态。第一预设电流值和第二预设电流值为预先设定的用于判断第一霍尔电流传感器4和第二霍尔电流传感器5采集到的电流信号对应的电流值的值，且第一预设电流值小于第二预设电流值，防止二次控制模块2和故障检测系统的控制回路出现故障。当电压信号对应的电压值大于第二预设电压值时，确定二次控制模块2或者故障检测系统的控制回路出现断线故障；当电压信号对应的电压值大于第一预设电压值且小于第二预设电压值时，确定故障检测系统的工作状态为正常工作状态，第一预设电压值小于第二预设电压值。这样设置的好处在于，通过预先对二次控制模块2或者故障检测系统的控制回路的电流信号和电压信号进行检测，从而实现提前预警，提升故障检测系统运行的稳定性。
38.进一步的，通过判断故障检测系统的回路的工作状态，其中，p为故障检测系统的工作状态，u为瞬时电压，i为瞬时电流，t为故障检测系统的通电时间。具体的，正常情况时，二次控制模块2分合闸操作功率基本不变，当p出现减小趋势时，表明开关发生偷跳的可能性增大。规定为一天的时间，累计二次控制模块2的日功耗进行比较，实现二次控制模块2完好性的实时监测。当回路断线、电源消失、跳分合闸线圈短路与断路时，会有告警提示，实现了二次控制模块2的全工况监测。
39.在上述实施例的基础上，可选的，回路断线检测模块7串接于开关8的控制回路上，用于检测故障检测系统的控制回路的电流输出。
40.在上述实施例的基础上，可选的，图2是本发明实施例一中提供的一种定时器的连接示意图，如图2所示，本发明实施例的故障检测系统还包括：定时器9。其中，定时器9与主控模块1和电源模块3电连接，用于在故障检测系统故障时，进行故障检测系统的重启。
41.本发明实施例的技术方案，故障检测系统包括：主控模块、二次操作模块、电源模块、第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器、回路断线检测模块和开关；其中，主控模块分别与二次操作模块、电源模块、霍尔电压传感器、回路断线检测模块和开关电连接，主控模块分别与第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器通信连接；二次操作模块分别与电源模块、第一霍尔电流传感器的一端、第二霍尔电流传感器的一端和霍尔电压传感器电连接；电源模块分别与第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器和回路断线检测模块电连接；第一霍尔电流传感器的另一端与开关电连接；回路断线检测模块分别与第二霍尔电流传感器的另一端和开关电连接；在故障检测系统工作时，通过第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器对二次操作模块和故障检测系统的控制回路进行故障检测。在上述实施例的基础上，通过第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器对二次操作模块和故障检测系统的控制回路的电流进行检测，通过霍尔电压传感器对二次操作模块和故障检测系统的控制回路的电压进行检测，从而实现对对二次操作模块和故障检测系统的控制回路的故障检测，实时检测环网柜系统，保证环网柜系统工作的安全性和运行过程的稳定性。
42.实施例二
43.图3是本发明实施例二中提供的一种转换器的连接示意图，本实施例可适用于对环网柜的故障检测情况。如图3所示，本发明实施例的故障检测系统还包括：两个模拟数字(analog/digital，a/d)转换器10。其中，
44.一个a/d转换器10的一端与第一霍尔电流传感器4电连接，一个a/d转换器9的另一端与主控模块1电连接；另一个a/d转换器10的一端与第二霍尔电流传感器5电连接，另一个a/d转换器10的另一端与主控模块1电连接。
45.a/d转换器10用于将第一霍尔电流传感器4和第二霍尔电流传感器5采集到的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号传送至主控模块1。
46.本发明实施例的技术方案，故障检测系统还包括两个a/d转换器。一个a/d转换器的一端与第一霍尔电流传感器电连接，一个a/d转换器的另一端与主控模块电连接；另一个a/d转换器的一端与第二霍尔电流传感器电连接，另一个a/d转换器的另一端与主控模块电连接。在上述实施例的基础上，第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器获取到电流信号后，电流信号为模拟信号，通过a/d转换器将模拟信号转换为数字信号，并将数字信号传送至主控模块，从而使得主控模块根据接收到的数字信号确定二次操作模块和故障检测系统的控制回路的是否故障，实时检测环网柜系统，保证环网柜系统工作的安全性和运行过程的稳定性。
47.实施例三
48.图4是本发明实施例三中提供的一种主控模块的结构示意图，本实施例可适用于对环网柜的故障检测情况。如图4所示，本发明实施例的主控模块1包括：微控制单元(microcontroller unit，mcu)11和无线收发芯片12。其中，
49.mcu11用于接收电流信号和电压信号，并通过电流信号和电压信号判断二次操作模块和故障检测系统的控制回路是否出现故障。无线收发芯片12通过zigbee节点通信实现第一霍尔电流传感器4、第二霍尔电流传感器5、霍尔电压传感器6与主控模块1的通信。无线收发芯片12通过串行外设接口(serial peripheral interface，spi)与mcu11连接；
50.其中，无线收发芯片12为nrf24lo1和单片无线收发芯片的组合，nrf24lo1+无线收发芯片具有可工作在2.4～2.5千兆赫兹段、极低的电流消耗，当工作在发射模式下发射功率为0分贝毫瓦时电流消耗为11.3毫安；接收模式时为13.5毫安，掉电模式和待机模式下电流消耗更低；支持自动应答及自动重发，内置地址及crc数据校验模功能；工作温度范围比较宽，能够适应环网柜恶劣的工作环境。
51.具体的，无线收发芯片可以通过spi接口与mcu连接，通过该芯片可以与其他zigbee节点通信，并最终将采集到的数据传输到主控单元当中。由于nrf24lo1+无线收发芯片具有良好的特性，在线监测子系统方案中所有的传感器节点都会与该芯片配合，实现通过zigbee网络与主控单元通信。
52.本发明实施例的技术方案，主控模块包括mcu和无线收发芯片。mcu用于接收电流信号和电压信号，并通过电流信号和电压信号判断二次操作模块和故障检测系统的控制回路是否出现故障。无线收发芯片通过zigbee节点通信实现第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器与主控模块的通信。无线收发芯片通过串行外设接口(serial peripheral interface，spi)与mcu连接；其中，无线收发芯片为nrf24lo1和单片无线收发芯片的组合。在上述实施例的基础上，通过无线收发芯片通过zigbee节点通信实现第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器与主控模块的通信，且无线收发芯片通过串行外设接口(serial peripheral interface，spi)与mcu连接，无线收发芯片通过通信接收到电流信号和电压信号后，并将电流信号和电压信号发送至mcu，使得mcu根据电流信号和电压信号判断故障检测系统是否故障，实时检测环网柜系统，保证环网柜系统工作的安全性和运行过程的稳定性。
53.上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

技术特征：
1.一种故障检测系统，其特征在于，所述故障检测系统包括：主控模块、二次操作模块、电源模块、第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器、回路断线检测模块和开关；其中，所述主控模块分别与所述二次操作模块、所述电源模块、所述霍尔电压传感器、所述回路断线检测模块和所述开关电连接，所述主控模块分别与所述第一霍尔电流传感器和所述第二霍尔电流传感器通信连接；所述二次操作模块分别与所述电源模块、所述第一霍尔电流传感器的一端、所述第二霍尔电流传感器的一端和所述霍尔电压传感器电连接；所述电源模块分别与所述第一霍尔电流传感器、所述第二霍尔电流传感器、所述霍尔电压传感器和所述回路断线检测模块电连接；所述第一霍尔电流传感器的另一端与所述开关电连接；所述回路断线检测模块分别与所述第二霍尔电流传感器的另一端和所述开关电连接；在所述故障检测系统工作时，通过所述第一霍尔电流传感器、所述第二霍尔电流传感器、所述霍尔电压传感器对所述二次操作模块和所述故障检测系统的控制回路进行故障检测。2.根据权利要求1所述的故障检测系统，其特征在于，所述故障检测系统还包括两个模拟数字a/d转换器；其中，一个所述a/d转换器的一端与所述第一霍尔电流传感器电连接，一个所述a/d转换器的另一端与所述主控模块电连接；另一个所述a/d转换器的一端与所述第二霍尔电流传感器电连接，另一个所述a/d转换器的另一端与所述主控模块电连接；所述a/d转换器用于将所述第一霍尔电流传感器和所述第二霍尔电流传感器采集到的模拟信号转换为数字信号，并将所述数字信号传送至所述主控模块。3.根据权利要求1所述的故障检测系统，其特征在于，所述第一霍尔电流传感器和所述第二霍尔电流传感器用于检测电流信号，并将所述电流信号传输至所述主控模块。4.根据权利要求1所述的故障检测系统，其特征在于，所述霍尔电压传感器包括第一接线端子、第二接线端子、第三接线端子、第四接线端子和第五接线端子；其中，所述第一接线端子和所述第二接线端子与所述二次操作模块的电压输入端和电压输出端电连接，用于检测所述二次操作模块的电压输入端和电压输出端；所述第三接线端子和第四接线端子与所述电源模块的正极端和负极端电连接，所述第五接线端子与所述电源模块的信号输出端电连接。5.根据权利要求1所述的故障检测系统，其特征在于，所述霍尔电压传感器用于检测电压信号，并将所述电压信号传输至所述主控模块。6.根据权利要求3或5所述的故障检测系统，其特征在于，所述主控模块包括微控制单元mcu；其中，所述mcu用于接收所述电流信号和所述电压信号，并通过所述电流信号和所述电压信号判断所述二次操作模块和所述故障检测系统的控制回路是否出现故障。7.根据权利要求6所述的故障检测系统，其特征在于，所述主控模块还包括无线收发芯片；其中，所述无线收发芯片通过zigbee节点通信实现所述第一霍尔电流传感器、所述第二霍尔电流传感器、所述霍尔电压传感器与所述主控模块的通信。8.根据权利要求1所述的故障检测系统，其特征在于，所述回路断线检测模块串接于所
述开关的控制回路上，用于检测所述故障检测系统的所述控制回路的电流输出。9.根据权利要求7所述的故障检测系统，其特征在于，所述无线收发芯片通过串行外设接口spi与所述mcu连接；其中，所述无线收发芯片为nrf24lo1和单片无线收发芯片的组合。10.根据权利要求1所述的故障检测系统，其特征在于，所述故障检测系统还包括定时器；其中，所述定时器与所述主控模块和所述电源模块电连接，用于在所述故障检测系统故障时，进行所述故障检测系统的重启。

技术总结
本发明公开了一种故障检测系统，故障检测系统主控模块分别与二次操作模块、电源模块、霍尔电压传感器、回路断线检测模块和开关电连接，主控模块分别与第一霍尔电流传感器和第二霍尔电流传感器通信连接；二次操作模块分别与电源模块、第一霍尔电流传感器的一端、第二霍尔电流传感器的一端和霍尔电压传感器电连接；电源模块分别与第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器和回路断线检测模块电连接；第一霍尔电流传感器的另一端与开关电连接；回路断线检测模块分别与第二霍尔电流传感器的另一端和开关电连接。本发明通过第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、霍尔电压传感器进行二次操作模块和故障检测系统的控制回路故障检测。控制回路故障检测。控制回路故障检测。


技术研发人员：张明明 胡晋 林贵佳 郭红伟 李云成 李文俊 黄振科 郭海波 张明剑 肖诚华 汪志豪 张磊 陈源丰 冯如枫 张万池
受保护的技术使用者：广东电网有限责任公司韶关供电局
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/9/6