架空线路故障指示器定位研究（硬件到后台软件实现）

尹士明,赵志伟

中煤平朔集团有限公司动力中心  036006

【摘要】为了实现架空线路故障指示器定位，本文将以10kV架空线路为例，对故障指示器的实现方法进行研究。研究主要论述了故障指示器的硬件、软件的设计方法。通过研究，通过设计方法实现了故障指示器硬软件设计目标，依靠无线通信技术将两者连接，在此基础上使用故障指示器可以对架空线路故障进行定位。

【关键词】架空线路；故障指示器；故障定位

0.引言

架空线路是我国电网的重要组成部分，具有规模庞大、结构复杂的特点，而这一特点也使得架空线路整体存在故障发生率高、故障位置难以直接界定的特征，因此早期如何快速寻找架空线路故障是电网维护工作的一个难题。针对这一难题，人们可以通过故障指示器来帮助定位，这将快速提高故障处理效率，保障供电服务质量，因此有必要对故障指示器的设计方法进行研究。

1.故障指示器的硬件设计方法

1.1基本结构

10kV架空线路故障指示器的硬件部分主要由主控制芯片、电流互感器、数据采集模块、供电电源模块组成，其中主控制芯片为核心，对其他模块进行控制；电流互感器主要用于感应电流，用于提供故障判断依据；数据采集模块主要用于采集电流变化情况，负责执行数据采样工作；供电电源模块主要给整个故障指示器提供电能，确保其随时可以运作。

1.2具体设计

第一，主控制芯片：本文主要选择了MSP430系列单片机，原因在于该系列单片机具有两个不同的时钟系统，能够帮助人工便捷的对时钟、芯片运行时的电源电压进行有效控制，起到降低功耗的作用，作用效果非常显著。同时MSP430电源电压为1.8~3.6V，因此能够在1MHz的时钟条件下运行，期间芯片电流最低将保持在165μA左右，若采用RAM模式，那么最低功耗可达0.1μA。具体选型方面，为MSP430FE427，原因为该单片机拥有高精度的ADC装模块，相比于系列内其他单片机具有效率优势[1]。

其二，电流互感器：本文主要选择对象为传统电流互感器、罗氏线圈电流互感器。相比之下，罗氏线圈电流互感器的性能更加有益，尤其是感应测量进度上远超传统电流互感器，但对应的成本比较高，同时用于10kV架空线路环境中，其绕制工艺要求很高，且不够稳定，传统电流互感器表现这完全相反。从这一角度出发，因为10kV架空线路的正常电流一般在100A以下，有利于传统电流互感器精度，且进度同样达标，所以本文最终选择了传统电流互感器。

其三，数据采集模块：设计了实时电流采集回路，具体见图1。依托于传统电流互感器的二次侧电流，将其直接引入采集回路，同时为了防止该操作导致单片机受瞬间脉冲影响而失灵，将在信号线上加载TVS二极管，在采集电路中加载瞬态抑制二极管。

图1数据采集模块

其四，供电电源模块：本文主要采取了自取电方法进行了供电电源模块设计。首先因为故障指示器的服务对象是架空线路，所以必须挂在高空环境，这也导致人工无法随意将其取下更换电池。面对这种情况，传统的解决方法是利用干电池供电，但干电池自重普遍较大，因此实际应用中经常导致故障指示器掉落，否则就只能使用小型干电池，而小型干电池电容有限，无法做到长时间供电。面对传统方法的种种缺陷，本文选择了CT自取电供电方案，其能够利用CT线圈实现内置磁电转换电路，使得导线内的电流能够作为电源给故障指示器供电，即CT线圈可以将电能转化为直流电压，然后将其输送给故障指示器，这样就成功解决了供电问题，也规避了传统解决方法的缺陷。

2.故障指示器的软件设计方法

故障指示器软件设计分为两个部分，分别是系统软件与通信软件，下文将对两个部分的设计方法进行分析。

2.1系统软件

系统软件设计方面，出于快速定位故障位置的目的，本文认为软件系统必须具备故障信息分析功能，同时因为故障信息量级庞大，所以软件系统还要具备足够大的数据储存容量。按照需求，系统软件设计分为两个步骤：

第一，故障信息分析功能：主要选择了人工智能网络建立了机器学习模型，通过该模型能够让系统软件具备信息识别能力，并且可以自主将各种故障位置信息结合在一起，例如在故障位置定位中，能够将故障信息来源的线路编号、地理位置与故障信息迅速结合在一起，这样就能知道范围内哪个架空线路发生故障、该架空线路具体所在位置、故障具体对哪些线路造成了影响。通过这种方式，可以直接给出故障定位报告，人工按照报告可直接前往故障位置进行处理[2]。

第二，数据储存功能：面对庞大数据储存容量的要求，数据储存功能的设计有两种方法，（1）可以选择大容量的物理数据库，如SQL数据库，这种数据库容量大，安全性高，但成本高，且长期使用存在扩容需求，会带来高额的持续成本；（2）可以选择无限容量的云数据库，其属于虚拟数据库，因为其数据储存空间是公共网络，所以容量无限，具有数据容量大、扩容操作成本低的优势，缺陷是网络的公开性会带来严重的数据安全风险，故使用该数据库就必须做好网络安全防护工作，而安全防护会对无限容量造成限制，因此要做好扩容准备，但该数据库的扩容操作比较简单，先暂停安全防护软件运作，后增加容量资源，最终恢复安全防护软件运作即可。

2.2通信软件

通信软件用于连接故障指示器的硬件部分及系统软件，因为两者相隔甚远，所以通信软件设计必须以无线通信为主。为此，本文选择了SRWF-1021作为通信软件的无线通信模块，其具有高抗干扰能力、低误码率的优势，依托于该模块，在硬软件处各开发一个I/O无线信号收发接口，实现硬软件无线互通。同时，因为I/O信号的初始格式为电信号格式，该格式下系统软件的计算机设备无法读取硬件部分传输而来的信号，所以需要在无线通信模块中设置一个换能器，其左红就是将电信号格式转换为数字格式，以便系统软件读取。

3.结语

故障指示器能够准确定位架空线路中的故障位置，给工作人员提供准确的故障处理指示，这将显著加快电力故障处理效率，也能减轻工作人员的工作负担。因此，有必要掌握架空线路故障指示器的设计方法，以便在工作中全面推广。

【参考文献】

[1]李华昕.新型线路故障指示器设计研究[D].大连理工大学,2019.

[2]冯斌,李开鑫,赵启,等.智能配网故障指示器的检测方法及实现[J].电气技术,2019,20(4):4.