电力电缆故障指示器设计(附件)【字数：7002】
电力系统电缆的分布是个巨大的复杂的网络，电缆线路故障快速的判断影响着供电的稳定性，对社会和生活也有着很大的影响。电缆故障指示器的出现能很好的解决因电缆故障而引起的损失，同时还能减少工作人员的劳动量。随着社会的发展，城市规模日益扩大，配电网也越来越复杂，因此为了解决日益复杂的配电网故障，故障指示器的研究已成为如今热点问题。该问题是基于MSP430宏处理器的10kv电缆故障指示器的设计研究。针对10KV电缆工作时的状态监测进行研究，通过传感器采集电缆故障电流信息，通过温度传感器采集电缆温度信息，来判断电缆发生故障类型。
目录
引言 1
一、研究背景及意义 1
二、电力电缆故障指示器研究 1
(一) 故障指示器的基本原理 1
（二）故障指示器的故障判据和分析 2
（三）故障指示器技术方案组成 3
三、 故障指示器硬件设计 5
（一）MSP430单片机 6
（二）供电电源硬件设计 6
（三） 电流采集电路设计 8
（四） 温度监测模块 8
（五） 故障指示器报警模块 9
（六）故障指示器RS485通信模块 9
（七）故障指示器显示模块 10
四、故障指示器软件设计 11
（一）故障电流传感器软件设计 12
（二）电流采样软件设计 13
（三）故障判断软件设计 14
结论 17
致谢 18
参考文献 19
附录 电路原理图 20
引言
在电力电缆系统中，许多电缆是复杂的。这给维护和保养操作带来了相当大的困难。电缆故障通常是短路或接地故障。10kv电缆型故障指示器具有故障快速定位和电缆故障时同时发出报警信号的作用，大大缩短了故障调查时间，大大提高了用电可靠性。
本设计针对10KV电缆工作时的状态监测进行研究，采集电缆运行时的故障电流、零序电流、电缆终端温度实时数据，设计了一种用于多功能故障指示器的10kv电缆型故障指示器，用于确定电缆是否接地、短路和过热。
一、研究背景及意义
在配电网中发挥重要 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
作用，将用户连接到10kv电力电缆和低压电力设施之间，是电力系统电缆故障监测的首要任务，本规范的主要研究方向是在10kv电缆故障时采用电缆故障指示器监测。
随着社会的发展和经济的增长，人们的生活变得更加美好。在许多大型企业的扩建和建设中，对电能的可靠性和稳定性的要求越来越高。
在现实生活中，电力电缆主要分布在城市地区和郊区，经常面临着恶劣的环境、复杂的气候影响和人为因素，这些因素的存在增加了电力电缆线路故障的可能性而根据资料显示，10KV电缆出现故障的占比最大。当电缆出现故障时，肯定对人民的生活和企业的正常运作带来不便，最终会导致经济的巨大损失。要想及时的避免因电缆故障带来的损失，首先需要快速的找出发生故障的位置，然后及时处理故障并且合闸送电。
如上所述，10kv电缆故障指示器的应用可以显著降低故障排除时的人力消耗量，缩短故障排除时间，具有很大的实用价值。保证提供安全、可靠、稳定的电能。因此，设计电缆故障指示器对提高配电网的稳定性具有重要意义。
二、电力电缆故障指示器研究
(一) 故障指示器的基本原理
故障指示器利用电流互感器检测特殊的电流信号,当有特殊电流时会通过电流互感器和整流滤波电路,将其转换为AD转换器可以接受的电流，如果电缆上的电流被确定为电流故障传感器中的故障电流值，则通过光纤将其传输至指示体，零正向电流故障传感器通过光纤将故障电流传输至指示体，由主机判断接地故障。并显示短路故障和接地故障参数。
对于电缆终端过温故障的监测就比较简单，直接通过温度传感器将采集的温度信息传送到电流故障传感器内，与指单片机内的预先规定的正常温度作比较，超出规定温度将通过光纤发送的指示器主机，显示温度参数。
故障指示器是故障间隔定位工具。当故障发生时，电源侧至故障点线路上的故障指示灯显示故障报警，但故障指示灯侧在故障点后不显示故障。这样就可以很快就断定故障发生。
图2.1 电缆故障指示器基本工作原理
（二）故障指示器的故障判据和分析
电缆型故障指示器是一种方便的电缆故障监测装置。当短路故障发生时，突变电流增大，接地故障发生，零序正向电流较小，特别是在小电流接地系统中，零序正向电流的变化较小。判断故障时的准确度相当低，无论是过电流法还是电流突变法都有自己的不足之处，两者结合可以更精确的判断故障类型。对于过温故障的判断由于采用的MSP430系列的单片机可以直接与温度传感器连接，故判读的准确性很高。故障指示器中常用的故障判断方法有过电流限制法和电流突变法。
故障判据方法举例：
（1）首先以电流突变法作为故障判据：
如果电缆本身具有阻抗，则电流开始通过传感器采样，并且相电流将持续给定的时间段，此时会出现一个突变电流值，因突变电流和电缆阻抗、负载等因素有关在本设计中不能确定，在短路传感器内设定一个电流突变值。同时，当在地面传感器中设置了当前突变值且当前突变值大于设置值时。您可以检查短路故障和接地故障的类型。
（2） 采用过电流极限值法作为失效判据。
当电缆中的电流发生故障时，会出现过电流值，并开始通过传感器进行电流采样，若故障指示器监测到过电流值大于额定值的1.2倍，故障指示器监测到过电流值是大于补偿值0.7倍，就可以确定短路故障和接地故障的类型。
（3）最后结合短路故障的特点，当发现电缆线路的故障电流消失，再次通过传感器采集电流信息，若发现持续一段时间内电缆线路的电流值为零，可以判断出为电缆短路故障。
根据上述故障准则，两种故障准则的优点实际上可以结合起来，利用传感器新增加的电流传感功能来提高故障判断的准确性。
（三）故障指示器技术方案组成
10KV电缆型故障指示器从电缆线路故障电流和电缆温度的采集到发送、故障判断和警报的实现主要由以下部分组成，三个电流故障传感器、三个温度传感器、一个零阶故障传感器、指示主机、接收器和监控中心。采用光纤传输的方法将采集的故障信息传送到指示器主机，指示器主机监测到传感器发来的故障之后，不需要运用导线连接接收器，而是通过无线传输通信将信号传给接收器，由接收器通过GPRS的方式发送给监控中心，提醒工作人员进行电缆故障排查。
技术方案总体框架原理框图如图2.2所示
图2.2 故障指示器模式图
故障指示灯主体执行短程无线信号（2.4 GHz）和接收器之间的数据通信。指示器安装在开关柜的前面板上，因此接收器也必须安装在开关柜盖上，以防止金属柜的屏蔽。有些空盒子很难装在紧凑的盒子上。此外，此模式使用GPRS与主站通信，并且必须将其放置在隐藏的地方，以免损坏GPRS天线。无线信号被屏蔽层削弱，在郊区，信号有可能不会被传送到主站的网络。本设计模式信息的发送不需要大量的线缆，采用短距离的无线传输的方式，使其更加方便的施工。 三、 故障指示器硬件设计
目录
引言 1
一、研究背景及意义 1
二、电力电缆故障指示器研究 1
(一) 故障指示器的基本原理 1
（二）故障指示器的故障判据和分析 2
（三）故障指示器技术方案组成 3
三、 故障指示器硬件设计 5
（一）MSP430单片机 6
（二）供电电源硬件设计 6
（三） 电流采集电路设计 8
（四） 温度监测模块 8
（五） 故障指示器报警模块 9
（六）故障指示器RS485通信模块 9
（七）故障指示器显示模块 10
四、故障指示器软件设计 11
（一）故障电流传感器软件设计 12
（二）电流采样软件设计 13
（三）故障判断软件设计 14
结论 17
致谢 18
参考文献 19
附录 电路原理图 20
引言
在电力电缆系统中，许多电缆是复杂的。这给维护和保养操作带来了相当大的困难。电缆故障通常是短路或接地故障。10kv电缆型故障指示器具有故障快速定位和电缆故障时同时发出报警信号的作用，大大缩短了故障调查时间，大大提高了用电可靠性。
本设计针对10KV电缆工作时的状态监测进行研究，采集电缆运行时的故障电流、零序电流、电缆终端温度实时数据，设计了一种用于多功能故障指示器的10kv电缆型故障指示器，用于确定电缆是否接地、短路和过热。
一、研究背景及意义
在配电网中发挥重要 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
作用，将用户连接到10kv电力电缆和低压电力设施之间，是电力系统电缆故障监测的首要任务，本规范的主要研究方向是在10kv电缆故障时采用电缆故障指示器监测。
随着社会的发展和经济的增长，人们的生活变得更加美好。在许多大型企业的扩建和建设中，对电能的可靠性和稳定性的要求越来越高。
在现实生活中，电力电缆主要分布在城市地区和郊区，经常面临着恶劣的环境、复杂的气候影响和人为因素，这些因素的存在增加了电力电缆线路故障的可能性而根据资料显示，10KV电缆出现故障的占比最大。当电缆出现故障时，肯定对人民的生活和企业的正常运作带来不便，最终会导致经济的巨大损失。要想及时的避免因电缆故障带来的损失，首先需要快速的找出发生故障的位置，然后及时处理故障并且合闸送电。
如上所述，10kv电缆故障指示器的应用可以显著降低故障排除时的人力消耗量，缩短故障排除时间，具有很大的实用价值。保证提供安全、可靠、稳定的电能。因此，设计电缆故障指示器对提高配电网的稳定性具有重要意义。
二、电力电缆故障指示器研究
(一) 故障指示器的基本原理
故障指示器利用电流互感器检测特殊的电流信号,当有特殊电流时会通过电流互感器和整流滤波电路,将其转换为AD转换器可以接受的电流，如果电缆上的电流被确定为电流故障传感器中的故障电流值，则通过光纤将其传输至指示体，零正向电流故障传感器通过光纤将故障电流传输至指示体，由主机判断接地故障。并显示短路故障和接地故障参数。
对于电缆终端过温故障的监测就比较简单，直接通过温度传感器将采集的温度信息传送到电流故障传感器内，与指单片机内的预先规定的正常温度作比较，超出规定温度将通过光纤发送的指示器主机，显示温度参数。
故障指示器是故障间隔定位工具。当故障发生时，电源侧至故障点线路上的故障指示灯显示故障报警，但故障指示灯侧在故障点后不显示故障。这样就可以很快就断定故障发生。
图2.1 电缆故障指示器基本工作原理
（二）故障指示器的故障判据和分析
电缆型故障指示器是一种方便的电缆故障监测装置。当短路故障发生时，突变电流增大，接地故障发生，零序正向电流较小，特别是在小电流接地系统中，零序正向电流的变化较小。判断故障时的准确度相当低，无论是过电流法还是电流突变法都有自己的不足之处，两者结合可以更精确的判断故障类型。对于过温故障的判断由于采用的MSP430系列的单片机可以直接与温度传感器连接，故判读的准确性很高。故障指示器中常用的故障判断方法有过电流限制法和电流突变法。
故障判据方法举例：
（1）首先以电流突变法作为故障判据：
如果电缆本身具有阻抗，则电流开始通过传感器采样，并且相电流将持续给定的时间段，此时会出现一个突变电流值，因突变电流和电缆阻抗、负载等因素有关在本设计中不能确定，在短路传感器内设定一个电流突变值。同时，当在地面传感器中设置了当前突变值且当前突变值大于设置值时。您可以检查短路故障和接地故障的类型。
（2） 采用过电流极限值法作为失效判据。
当电缆中的电流发生故障时，会出现过电流值，并开始通过传感器进行电流采样，若故障指示器监测到过电流值大于额定值的1.2倍，故障指示器监测到过电流值是大于补偿值0.7倍，就可以确定短路故障和接地故障的类型。
（3）最后结合短路故障的特点，当发现电缆线路的故障电流消失，再次通过传感器采集电流信息，若发现持续一段时间内电缆线路的电流值为零，可以判断出为电缆短路故障。
根据上述故障准则，两种故障准则的优点实际上可以结合起来，利用传感器新增加的电流传感功能来提高故障判断的准确性。
（三）故障指示器技术方案组成
10KV电缆型故障指示器从电缆线路故障电流和电缆温度的采集到发送、故障判断和警报的实现主要由以下部分组成，三个电流故障传感器、三个温度传感器、一个零阶故障传感器、指示主机、接收器和监控中心。采用光纤传输的方法将采集的故障信息传送到指示器主机，指示器主机监测到传感器发来的故障之后，不需要运用导线连接接收器，而是通过无线传输通信将信号传给接收器，由接收器通过GPRS的方式发送给监控中心，提醒工作人员进行电缆故障排查。
技术方案总体框架原理框图如图2.2所示
图2.2 故障指示器模式图
故障指示灯主体执行短程无线信号（2.4 GHz）和接收器之间的数据通信。指示器安装在开关柜的前面板上，因此接收器也必须安装在开关柜盖上，以防止金属柜的屏蔽。有些空盒子很难装在紧凑的盒子上。此外，此模式使用GPRS与主站通信，并且必须将其放置在隐藏的地方，以免损坏GPRS天线。无线信号被屏蔽层削弱，在郊区，信号有可能不会被传送到主站的网络。本设计模式信息的发送不需要大量的线缆，采用短距离的无线传输的方式，使其更加方便的施工。 三、 故障指示器硬件设计
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