本發明涉及一種低功耗在線監測終端，屬于電力系統及其自動化技術領域。

背景技術：

隨著我國城鄉電網建設的發展，中壓配電網覆蓋面越來越大，架空及電纜線路規模增大。配電網直接面向用戶，一旦出現故障，將會對人民群眾生活帶來不便，影響企業的生產經營。由于配電網線路長、分支多，呈網狀結構，使得故障排查非常困難，浪費了大量人力物力。

故障在線監測終端源于二十世紀八十年代的德國，主要應用于架空及電纜線路上，在線監測短路故障和單相接地故障。實際應用中，受應用環境及供電方式的限制，可以采取電池供電、超級電容儲能及CT取電等方式，因此，對其自身功耗提出了很高的要求。

MSP430F5438A為16位單片機系統，精度高、速度快、功耗低。芯片內部資源豐富，除具有RSIC指令集外，還有多個定時器、比較器、AD模塊等，封裝小，便于集成。應用于具有低功耗需求的在線監測終端具有顯著優勢。

技術實現要素：

針對現有技術存在的不足，本發明目的是提供一種低功耗在線監測終端，實現架空及電纜線路的在線監測，使得配電網線路在線監測系統更加完善，便于工作人員檢修維護及故障排查工作，確保配電網的安全、可靠運行。

為了實現上述目的，本發明是通過如下的技術方案來實現：

本發明的一種低功耗在線監測終端，包括單片機控制模塊、信號采集模塊和通信模塊，所述單片機控制模塊包括信號處理模塊和與信號處理模塊相連接的單片機，所述信號采集模塊的輸出端與信號處理模塊的輸入端相連接，所述單片機與通信模塊相連接；信號采集模塊，用于采集輸配電線路上實時的電壓電流值，并傳送給信號處理模塊；單片機控制模塊，對收到的電壓電流值首先通過所述信號處理模塊進行處理，然后所述單片機對處理后的數據進行邏輯判定，從而決定是否使監測終端故障指示器翻牌；通信模塊，用于將所述單片機的決定傳至匯集單元，所述匯集單元再通過GPRS將決定發送至配電主站。

本發明還包括電源模塊，所述電源模塊包括CT取電模塊、與CT取電模塊輸出端相連接的升降壓電路模塊、與升降壓電路模塊相連接的充電管理電路和與充電管理電路輸出端相連接的充電電池；所述電源模塊由所述CT取電模塊，通過升降壓電路模塊后既給單片機控制模塊供電，也通過所述充電管理電路給充電電池充電。

上述單片機控制模塊具體的處理方法如下：

(1)采樣前，首先對三相進行同步對時；

(2)對CT采集的電流值進行分析，如果突變電流值大于設定值且突變前其值不為零，則判定為短路故障；否則，結束，開始下一輪采樣；

(3)對電壓采樣值進行分析，如果零序電壓大于設定值，則轉至步驟(4)；否則，結束，開始下一輪采樣；

(4)計算零序電流諧波幅值、相位，如果瞬時零序電流變化量ΔI0大于故障前零序電流變化量ΔIb，則判定為接地故障；否則，結束，開始下一輪采樣。

上述通信模塊與單片機控制模塊的工作電壓均為3.3V，所述通信模塊使用SPI接口與單片機進行數據交互。

上述通信模塊具體采用的是射頻通信模塊。

上述單片機的型號為MSP430F5438A。

本發明將低功耗處理芯片MSP430及高精度信號采集電路運用于在線監測終端，提高了在線監測終端的采集測量精度，提高了在線監測終端的續航能力。射頻通信模塊的運用，則使得在線監測終端的應用場合更加靈活。通過在線監測終端，可以實時監測配電線路的運行狀態，有助于對短路故障、單相接地故障進行定位，可以有效地降低配電網故障率，縮短停電時間，給電力線路維護工作帶來極大便利。

附圖說明

圖1是本發明的終端故障監測示意圖；

圖2是本發明的終端原理框圖；

圖3是故障發生時單片機的處理流程圖。

具體實施方式

為使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體實施方式，進一步闡述本發明。

參見圖1和圖2，一種基于MSP430的低功耗在線監測終端，包括：單片機控制模塊、信號采集模塊和射頻通信模塊，單片機控制模塊分別連接信號采集模塊和射頻通信模塊。信號采集模塊，負責監測、采集輸配電線路上實時的電壓電流值，并將數據傳送給單片機控制模塊。單片機控制模塊對收到的信息進行處理、判定，根據處理結果決定是否使檢測終端指示器翻牌。射頻通信模塊將監測終端的動作結果發送至匯集單元，匯集單元再通過GPRS將信息發送至配電主站。

數據處理模塊采用基于MSP430單片機的嵌入式設計方案的硬件架構，包括電源模塊和主控單元，電源模塊由CT取電，通過升、降壓電路后既給主控單元供電，也給充電電池充電；CT采集的電流量、電場感應的電壓量經信號處理模塊后由430單片機進行邏輯運算及判定，決定是否翻動指示牌，并通過射頻通信模塊將信息傳送至匯集單元。

MSP430單片機的型號為MSP430F5438A，用以負責處理采樣后的電壓、電流信號，并負責所述監測終端的對外通信，包括射頻通信、UART、SPI通信等。

射頻通信模塊與主控單元工作電壓均為3.3V，分別提供電源供電，射頻通信模塊使用SPI接口實現與主控單元數據交互。

當線路發生短路故障時，MSP430采用的處理方法為，根據突變電流變化量及持續時間進行判定；當線路發生接地故障時，MSP430采用的處理方法為，根據零序電壓、電流檢測法及諧波選線技術進行綜合判定。具體過程如圖3所示：

(1)采樣前首先需對三相進行同步對時；

(2)對CT采樣數據進行處理，如果突變電流值大于設定值且突變前其值不為零，則判定為短路故障；否則，結束，開始下一輪采樣；

(3)對電壓采樣數據進行處理，如果零序電壓大于設定值，則轉至步驟4；否則，結束，開始下一輪采樣；

(4)計算零序電流諧波幅值、相位，如果瞬時零序電流變化量ΔI0大于故障前零序電流變化量ΔIb，則判定為接地故障；否則，結束，開始下一輪采樣。

本發明的在線監測終端，將低功耗處理芯片MSP430及高精度信號采集電路運用于在線監測終端，提高了在線監測終端的采集測量精度，提高了在線監測終端的續航能力；射頻通信模塊的運用，則使得在線監測終端的應用場合更加靈活。通過在線監測終端，可以實時監測配電線路的運行狀態，有助于對短路故障、單相接地故障進行定位，可以有效地降低配電網故障率，縮短停電時間，給電力線路維護工作帶來極大便利。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。