远供电源系统及电缆短路故障的定位方法

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远供电源系统及电缆短路故障的定位方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及电力领域，特别地，涉及远供电源系统及电缆短路故障的定位方法。\n背景技术\n[0002] 目前，在通信行业、视频监控、铁路区间通信等领域大量使用直流远供电源系统。\n[0003] 现有的直流远供电源系统在组成点对多点链型分布供电网络时，通常是以局端电源为供电点，通过传输电缆将局端电源输出的较高直流电压提供至各分布式远端电源，再由远端电源将输入电压转换为用电设备适用电压而为用电设备供电，如图1所示。\n[0004] 一旦传输电缆上的某一点发生短路故障时，维修时需要对全线路进行逐段剪线排查，耗时耗力。\n发明内容\n[0005] 针对上述问题，本发明提出了一种远供电源系统及电缆短路故障的定位方法，能够在传输电缆发生短路故障时，将故障点定位于一个较小区域，从而减少维修的工作量。\n[0006] 一方面，提出了一种远供电源系统，包括：两个供电点、至少一个用电点和监控中心，其中每个用电点包括远端控制器、远端电源和用电设备，并且远端控制器与远端电源连接、远端电源和用电设备连接、远端控制器与传输电缆连接；两个供电点的局端电源分别通过传输电缆及各个远端控制器的控制开关并联；监控中心接收每个局端电源和每个远端控制器产生的告警输出信号，并根据接受到的告警输出信号判断传输电缆中短路故障发生的区域。\n[0007] 其中，监控中心通过电缆、局域网或互联网连接至每个局端电源和每个远端控制器。\n[0008] 其中，监控中心通过无线通信方式从每个局端电源和每个远端控制器接收所述告警输出信号。\n[0009] 另一方面，提出了一种电缆短路故障的定位方法，采用上述远供电源系统。\n[0010] 再一方面，提出了一种电缆短路故障的定位方法，应用于远供电源系统，远供电源系统包括：两个供电点、至少一个用电点和监控中心，其中每个用电点包括远端控制器，两个供电点的局端电源分别通过传输电缆及各个远端控制器的控制开关并联，监控中心与每个局端电源和每个远端控制器电连接；该方法包括：\n[0011] 当传输电缆中的某一点出现短路时，距离短路点最近的两个被监控设备产生告警输出信号，所述两个被监控设备是局端电源或远端控制器；\n[0012] 监控中心接收所述告警输出信号，并根据告警输出信号判断传输电缆中短路故障发生的区域。\n[0013] 其中，远端控制器包括控制开关、控制电路、至少一个电流检测电路和两个隔离二极管，其中控制开关与至少一个电流检测电路均与控制电路连接，且控制开关和至少一个电流检测电路分别配置在传输电压的正极或负极，两个隔离二极管分别连接在控制开关的两端；\n[0014] 远端控制器中的电流检测电路监测流经的电流值；\n[0015] 当传输电缆中的某一点出现短路时，电流检测电路监测到瞬时升高的电流值，并将该电流值提供给控制电路；\n[0016] 控制电路判断接收到的电流值是否大于过流保护阈值；\n[0017] 当控制电路确定接收到的电流值大于过流保护阈值，则控制电路指示控制开关断开，并产生告警输出信号。\n[0018] 其中，所述过流保护阀值由传输电缆的电压值进行微调，当传输电缆的电压值越低，所述过流保护阀值越低，或者，当传输电缆的电压值越高，所述过流保护阀值越高。\n[0019] 可选地，控制开关采用以下开关器件之一或多种：金属-氧化层半导体场效晶体管、绝缘栅双极型晶体管、半导体三极管、可控硅晶闸管、可关断晶闸管、集成门极换流晶闸管、电子注入增强栅晶体管、MOS控制型晶闸管、双向可控硅、逆导晶闸管、CoolMOS、静态感应晶体管、静电感应晶闸管、继电器、接触器。\n[0020] 可选地，控制电路采用以下集成器件之一或多种：比较器、运算放大器、单片机、数字信号处理、逻辑电路、现场可编程门阵列、复杂可编程逻辑器件。\n[0021] 由上可知，根据本发明的远供电源系统及电缆短路故障的定位方法能够保障远供电源系统做链状布网的情况下，当传输电缆发生短路故障时，通过监控中心查询定位到某一区段，进而大大减少维修工作量。\n附图说明\n[0022] 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述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。\n[0023] 图1为现有的直流远供电源系统的电路结构图。\n[0024] 图2为根据本发明的直流远供电源系统的电路结构图的一个实施例。\n[0025] 图3为根据本发明的直流远供电源系统的电路结构图的另一实施例。\n[0026] 图4为根据本发明的直流远供电源系统的电路结构图的另一实施例。\n[0027] 图5为根据本发明的直流远供电源系统中远端控制器的实施例。\n[0028] 图6为根据本发明的直流远供电源系统中远端控制器的电路实现图。\n[0029] 图7为根据本发明的直流远供电源系统中监控中心的告警电路原理图。\n具体实施方式\n[0030] 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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。\n[0031] 本发明旨在解决在现有的直流远供电源系统中，当传输电缆发生短路故障时，只能通过全线路逐段减线检查而导致工作量大的问题。\n[0032] 参见图2，根据本发明的远供电源系统包括两个供电点，即第一供电点(供电点1)和第二供电点(供电点2)。本发明的远供电源系统正常运行时，该两个供电点的局端电源通过传输电缆及各个远端控制器的控制开关并联，且第一供电点和第二供电点均具有为全部用电点供电的能力。应该理解，本文中的两个供电点可以是部署在不同位置的两台电源设备，也可以是指同一台电源设备的两个输出端口。\n[0033] 此外，该远供电源系统还包括监控中心，用以接收每个局端电源和远端控制器产生的告警输出信号，并根据这些告警输出信号判断传输电缆短路故障发生的区域。在图2所示的远供电源系统中，每个局端电源和远端控制器均配置有一个告警输出端口，该告警输出端口通过信号电缆连接至监控中心。此外，如图3所示，每个局端电源和远端控制器产生的告警输出信号也可以通过局域网或互联网传输给监控中心。如4示出了另一种传输方式，例如，每个局端电源和远端控制器产生的告警输出信号通过无线通信方式传输给监控中心。\n[0034] 也就是，监控中心与局端电源或远端控制器的通信可以以电平变化方式进行；或者，监控中心与局端电源或远端控制器的通信方式为以太网、RS-485接口、RS-232接口、RS-\n422接口、通用分组无线服务技术(GPRS，General Packet Radio Service)等；或者，监控中心与局端电源或远端控制器的通信介质为光纤、无线电波、电力线载波信号等。\n[0035] 此外，告警输出信号可以是电平信号，也可以是声音信号或文字信号。\n[0036] 参见图2至图4，在两个供电点之间具有至少一个用电点。每个用电点包括远端控制器、远端电源和用电设备，远端控制器与远端电源连接，远端电源和用电设备连接。其中，远端控制器与传输电缆连接，并实时监测流经该段传输电缆的电流值。这里，远端控制器与远端电源可以集成为一个部件。\n[0037] 具体而言，远端控制器具有两个与传输电缆相连接的输电端口，该两个输电端口之间配置有一个控制开关，该控制开关在常态时闭合，此时两个输电端口直接连通。也就是说，两个供电点的局端电源在常态时输出经由传输电缆并联，共同为所有的用电点设备供电。在控制开关两端，各连接一个二极管，组成“或”逻辑隔离二极管为本地输出口供电，即在控制开关两端任意一端有电，本地输出口就有电。该隔离二极管既可使用独立二极管，或者控制开关内部包含可用的二极管结构时，该隔离二极管也可使用开关器件内部的二极管结构，例如金属-氧化层半导体场效晶体管(MOSFET，Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)器件的体二极管，绝缘栅双极型晶体管(IGBT，Insulated Gate Bipolar Transistor)中的保护二极管等。\n[0038] 当传输电缆中的某一点出现短路时，流经该短路的传输电缆中的电流会瞬时升高。于是，在远端控制器监测到流经该传输电缆的电流值大于其过流保护阈值时，则该远端控制器的控制开关断开，从而实现故障隔离。虽然该远端控制器的控制开关断开，但是由于远端电源仍然通过隔离二极管、分别连接在控制开关两侧的传输电缆中，因此仍可以从第一供电点与第二供电点中的一个中获得供电。例如，如图2至图4所示，为本地用电设备供电的远端电源的输入端口分别通过隔离二极管同时从控制开关的两端取电，只要任意一端有电就可以为本地负载供电，故本地用电设备的供电不受控制开关状态的影响。\n[0039] 进一步地，远端控制器包括控制电路、控制开关、至少一个电流检测电路和两个隔离二极管。其中，当控制开关为由如MOSFET、IGBT的开关器件组成的双向控制开关时，隔离二极管可采用控制开关中的二极管。具体而言，控制开关与电流检测电路均与控制电路连接，控制开关和电流检测电路可以分别配置在传输电压的正极或负极。电流检测电路检测传输电缆中的电流值，并将检测到的电流值提供给控制电路，当检测到的电流值超出了过流保护的阈值时，控制电路使得控制开关断开。\n[0040] 局端电源内部监控模块实时监测局端电源的输出电流，当局端电源的输出电流大于输出短路电流阀值时，局端电源产生告警输出信号。远端控制器中的电流检测电路实时检测传输电缆中的电流值，当检测到的电流值超出了过流保护的阈值时，该远端控制器产生告警输出信号。以上所产生的告警输出信号均提供给监控中心，以便进行短路故障的定位。\n[0041] 由上可知，根据本发明的远供电源系统能够保障远供电源系统做链状布网的情况下，当传输电缆发生短路故障时，通过监控中心查询定位到某一区段，进而大大减少维修工作量。\n[0042] 在图5示出的远端控制器的第一实施例中，第一电流检测电路(电流检测1)和第二电流检测电路(电流检测2)配置在传输电压的负极，且连接至控制电路；控制开关配置在传输电压的正极，且连接至控制电路；控制开关两侧传输电缆分别通过隔离二极管向远端电源和用电设备提供单向供电。假设第一电流检测电路所检测到的电流值为I1，第二电流检测电路所检测的电流值为I2，过流保护的电流阈值为It，那么控制电路通过下表1中的控制逻辑来确定控制开关的开闭。这里，电流检测电路可以采用电阻、霍尔电流传感器、电流互感器等作为电流传感器。\n[0043] 表1 控制逻辑\n[0044]\nI1 I2 控制开关 告警输出\n|I1|＜It |I2|＜It 闭合 无效\n|I1|≥It |I2|＜It 断开 有效\n|I1|＜It |I2|≥It 断开 有效\n|I1|≥It |I2|≥It 断开 有效\n[0045] 这样，根据本发明的远供电源系统能够保障远供电源系统做链状布网的情况下，当传输电缆的任意单点发生短路时，所有用电设备的供电不会停止，从而保障系统正常供电。此时，离该短路点最近的两个设备(远端控制器或局端电源)发出短路保护告警信息(即告警输出信号)，监控中心即可判断出该两个设备间传输电缆发生短路故障。\n[0046] 容易理解，如图5所示的远端控制器可以有多个替代实施例。例如，控制开关或者电流检测电路可以设置在传输电压的正极与负极的至少一者上。或者，为了简化远端控制器的结构，可以将电流检测电路的个数由2个减少为1个。此外，控制开关可以采用以下开关器件之一或多种：MOSFET、IGBT、半导体三极管(如，双极型功率晶体管(BJT/GTR，Bipolar Junction Transistor/Giant Transistor))、可控硅晶闸管(SCR，Silicon Controlled Rectifier)、可关断晶闸管(GTO，Gate Turn-Off Thyristor)、集成门极换流晶闸管(IGCT，Integrated Gate Commutated Thyristors)、电子注入增强栅晶体管(IEGT，Injection Enhanced Gate Transistor)、MOS控制型晶闸管(MCT，MOS Controlled Thyristor)、双向可控硅(TRIAC，TRI-ELECTRODE AC SWITCH)、逆导晶闸管(RCT，Reverse-Conducting Thyristir)、CoolMOS、静态感应晶体管(SIT，Static Induction Transistor)、静电感应晶闸管(SITH，Static Induction Thyristor)、继电器、接触器。或者，进一步地，控制电路可以采用集成器件，例如比较器、运算放大器、单片机(MCU，Micro Control Unit)、数字信号处理(DSP，Digital Signal Process)、逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA，Field－Programmable Gate Array)、复杂可编程逻辑器件(CPLD，Complex Programmable Logic Device)。\n[0047] 由此可见，根据本发明的远供电源系统能够保障远供电源系统做链状布网的情况下，当传输电缆发生短路故障时，通过监控中心查询定位到某一区段，进而大大减少维修工作量。\n[0048] 为了说明，本发明提供了远端控制器的一个具体实现电路图，如图6所示。\n[0049] 参见图6，其中Q1、Q2两个MOSFET组成控制开关，+12V通过电阻R1限流为其提供驱动电压，在保护时驱动电压由光耦U3关闭，R8为U3的限流电阻。D1、D2为本地输出端口的隔离二极管，组成“或”逻辑供电电路，从由Q1和Q2组成的控制开关的两端取电，使得本地供电不受控制开关状态影响。R9、R10为两个电流采样电阻，两路采样电流分别输入由U1B、U1C、R2、R3、R6、D3、D4和U2B、U2C、R4、R5、R7、D8、D9组成的两个绝对值电路进行整流。两路整流后的电压分别输入由U1A、D5和U2A、D10组成的带有保持功能的比较电路与基准电压Vref进行比较。两个比较电路的输出通过二极管D6、D7组成“或”逻辑电路驱动光耦U3和告警继电器J1。电阻R13将传输电缆电压引入基准，对基准进行微调。电阻R11、R12为基准电压Vref分压电路。U1A、U1B、U1C、U2A、U2B、U2C均为运算放大器。R2、R3、R4、R5、R6、R7均为电阻。D3、D4、D5、D8、D9、D10为二极管。J1为告警继电器，其常开触点为输出信号，正常时断开，告警有效时闭合。\n[0050] 远端控制器的工作逻辑为：R9，R10两个电流采样电阻中任意一个或两个的电流绝对值超过动作阀值，那么由Q1和Q2组成的控制开关断开并一直保持断开状态，同时告警输出信号有效。\n[0051] 由上可知，根据本发明的远供电源系统能够保障远供电源系统做链状布网的情况下，当传输电缆发生短路故障时，距短路点最近的被监控设备(两个远端控制器，或者一个远端控制器和一个局端电源)检测到电缆短路向监控中心发出告警信号，监控中心根据两个告警信号定位故障区域，进而大大减少维修工作量。\n[0052] 以上对本发明的直流远供电源系统进行了详细说明。下面，将结合具体附图，说明本发明如何实现电缆短路故障的定位方法。\n[0053] 仍然参照图2。假设用电点2与用电点3之间传输电缆上发生短路，用电点2和用电点3的远端控制器均可检测到流过其控制开关的电流值超过过流保护的阀值，那么用电点2和用电点3的控制开关均断开，于是这两个用电点之间的传输电缆被隔离出供电回路。此时，用电点1和用电点2由第一供电点供电，用电点3到用电点N由第二供电点供电。也就是说，在传输电缆发生单点短路时，所有用电点供电未受到影响。此时，用电点2的远端控制器和用电点3的远端控制器均产生告警输出信号。当监控中心接收到用电点2和用电点3发出的告警输出信号后，就可以判断出用电点2与用电点3之间的传输电缆发生短路故障。\n[0054] 这里，过流保护的阀值受传输电缆电压值微调。具体而言，传输电缆电压越低阀值越低，传输电缆电压越高阀值越高。由于传输电缆阻抗的原因，供电点至短路点之间的电压呈逐渐下降特性的变化，也就是在线路短路时，越靠近短路点的远端控制器的传输电压越低，既其过流保护的阀值越低。这样，对于最靠近短路点的远端控制器而言，由于其短路发生时的电流更快上升到过流保护的阈值(即保护动作点)，因此该远端控制器中的控制开关最先断开，从而防止越级保护(离短路点较远的控制开关断开)，以免离短路点最近的用电设备被错误地从传输电缆中切断而无法得到正常供电。\n[0055] 综上所述，根据本发明的电缆短路故障的隔离方法能够保障远供电源系统做链状布网的情况下，当传输电缆发生短路故障时，通过监控中心查询定位到某一区段，进而大大减少维修工作量。\n[0056] 应理解，本发明的远供电源系统及电缆短路故障的定位方法既可应用于直流传输，也可应用于交流传输。\n[0057] 图7提供了监控中心的告警电路原理图。如图所示，其中：\n[0058] 供电点1告警输入对应于供电点1的局端电源的告警输出；\n[0059] 供电点2告警输入对应于供电点2的局端电源的告警输出；\n[0060] 用电点1告警输入对应于用电点1的远端控制器的告警输出；\n[0061] 用电点2告警输入对应于用电点2的远端控制器的告警输出；\n[0062] 用电点3告警输入对应于用电点3的远端控制器的告警输出；\n[0063] 用电点N告警输入对应于用电点N的远端控制器的告警输出。\n[0064] 此外，图7中每个被告警输入的两条独立的线路(即，供电点1告警输入_1和供电点\n1告警输入_2、供电点2告警输入_1和供电点2告警输入_2、用电点1告警输入_1和用电点1告警输入_2、用电点2告警输入_1和用电点2告警输入_2、用电点3告警输入_1和用电点3告警输入_2、……用电点N告警输入_1和用电点N告警输入_2)共同组成了供电线路。\n[0065] 进一步地，二极管D101到D106与电阻R101至R106分别一一对应组成示意性的告警电路1到6，告警电路1-6中的各LED(二极管D101到D106)分别指示各被监控设备的告警输出状态，当LED点亮时，代表其对应的被监控设备告警输出有效，对应关系为：\n[0066] D101——供电点1的局端电源；\n[0067] D102——用电点1的远端控制器；\n[0068] D103——用电点2的远端控制器；\n[0069] D104——用电点3的远端控制器；\n[0070] D105——用电点N的远端控制器；\n[0071] D106——供电点2的局端电源。\n[0072] 通过二极管D101到D106的LED的显示，可以直观地确定发生短路故障的范围。也就是说，当相邻两个LED指示灯亮起时，可判断系统传输电缆中相应的区段发生短路故障。\n[0073] 从而，根据本发明的电缆短路故障的隔离方法能够保障远供电源系统做链状布网的情况下，当传输电缆发生短路故障时，通过监控中心查询定位到某一区段，进而大大减少维修工作量。\n[0074] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。