本实用新型涉及一种风电场输电线路故障指示技术领域，尤其是应用于风电场输电架空线路的故障指示装置。
背景技术：
故障指示器是一种用于检测并指示输电线路故障的指示装置，用于检测并识别输电线路是否故障的设备。当输电线路发生过流、短路、接地等故障时，输电线路故障指示器通过检测和判断故障状态，确定故障区段、分支以及故障点，以便于巡线工作人员进行检修、维护。布置在户外的输电线路，通常以架空的形式予以架设，架空线路故障指示装置通过压簧的作用力卡接在架空的输电线路的电缆上。故障指示器，实时检测输电线路上随时可能出现的故障，一旦输电线路电流发生异常情况时，该设备可通过自己的判断来选择翻牌或发光的方式报警，维护工作人员可根据设备报警显示迅速确定故障区段，找出故障点，极大地降低了维护工作人员的劳动强度，提高工作效率、缩短停电时间，有效地提高了输电的可靠性。
故障指示器依靠输电线路感应获取电能，在输电线路中电流较小或停电感应电获取的电能不足以支撑用电模块时，为确保故障指示器能持续工作，常通过内设的备用电池供电。发明人对进行过维修的故障指示器进行过粗略统计，故障指示器多数故障根源源于电池衰减，即故障指示器在数年户外使用后，备用电池寿命衰减严重，严重拖累整体可靠性，而备用电池衰减情况很难被发现。另外，故障指示器检测准确性也应当定期进行检定。目前检测故障指示器功能性、测量输电线路电流准确性的手段是用专用试验台进行检测，检测完毕检修合格的再重新装回输电线路。由于其操作繁琐，费时费力，尤其是应用于架空线路的故障指示器，架设后很少再进行维护，其功能性、可靠性得不到有效保证。
技术实现要素：
本实用新型提供了一种方便发现备用电池故障的架空线路故障指示装置。
本实用新型采用如下技术方案：
一种架空线路故障指示装置，包括：电源模块、充电模块、控制模块以及线路故障指示模块，其特征在于，还包括：充电电流检测模块以及电路故障指示模块；所述电源模块用于从输电线路获取电能，为其他用电模块供电；所述充电模块包括备用电池及充电电路，所述备用电池与所述充电电路电连接；所述线路故障指示模块用于输出携带所述控制模块提供的输电线路故障信息的指示信号；所述充电电流检测模块用于将所述充电模块充放电电流数据反馈至所述控制模块，所述电路故障指示模块用于输出所述控制模块提供的所述充电模块故障信号；所述充电电流检测模块、所述电路故障指示模块以及所述线路故障指示模块分别与所述控制模块电连接。
进一步地，还包括通信模块，所述通信模块用于向外部智能终端传输充电模块衰减数据以及输电线路检测数据，所述输电线路检测数据包括一段时间内输电线路最大以及最小电流；所述输电线路检测数据用于检定故障指示装置检测输电线路数据的准确性，所述通信模块与所述控制模块通信连接。
进一步地，所述控制模块设有存储器，所述存储器用于存储安装地理位置信息以及检查日期。
进一步地，所述线路故障指示模块以及所述电路故障指示模块均为设有led指示灯的电路。
进一步地，所述备用电池为锂电池。
本实用新型的积极效果如下：
一种架空线路故障指示装置，设有充电电流检测模块以及电路故障指示模块的架空线路故障指示装置，能够在充电模块工作过程中检测备用电池充电电流和放电电流，从而检测出备用电池的衰减情况，在确定充电模块存在故障时，通过电路故障指示模块发出警告，省去了拆卸后检查备用电池的工作，也避免了因充电模块故障导致架空线路故障指示装置不能正常指示的问题。线路故障指示模块以及电路故障指示模块均设有led指示灯，寿命长，节能省电，每个模块均配有两路led指示电路，冗余设计，当损坏一个以后，另外一个还能够起到指示的作用；备用电池采用锂电池，寿命长，重量轻，容量大，更换周期长，适合常年户外使用。架空线路故障指示装置还设有通信模块，控制模块设有存储器，通信模块与智能终端连接后，可以用智能终端配套的软件查看备用电池衰减情况，可以将一些如地理位置信息、检查日期写入控制模块的存储器，方便管理，还可以通过安装在同一输电线路上的故障指示装置进行检测数据对比，检查故障指示装置测量输电线路电流的准确性。
附图说明
图1为本实用新型实施方式功能框图；
图2为本实用新型实施方式控制器引脚示意图；
图3为本实用新型实施方式充电模块结构示意图；
图4为本实用新型实施方式充电电流取样电路示意图；
图5为本实用新型实施方式放电电流取样电路示意图；
图6为本实用新型实施方式备用电池电压取样电路示意图；
图7为本实用新型实施方式线路故障指示模块以及电路故障指示模块结构示意图；
图8为本实用新型实施方式通信模块连接示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1所示，架空线路故障指示装置包括：电源模块、充电模块、控制模块以及线路故障指示模块、充电电流检测模块以及电路故障指示模块；
电源模块用于从风电场输电线路获取电能，为用电模块供电，图中所示充电模块、控制模块、线路故障指示模块、充电电流检测模块以及电路故障指示模块均为用电模块；线路故障指示模块用于控制模块检测到风电场输电线路故障时予以指示；电路故障指示模块用于控制模块通过充电电流检测模块检测到充电模块故障时予以指示；充电模块包括备用电池及充电电路。充电电流检测模块、电路故障指示模块以及线路故障指示模块分别与控制模块电连接。
控制模块包括风电场输电线路检测电路以及与控制器，检测电路依靠电流互感器获取风电场输电线路的电流信号，该电流信号送入控制器，控制器经过模数转换后，将电流信号数字化，控制器将该数字化的电流信号与预先设置的阈值进行比对，当超过阈值时，通过线路故障指示电路进行故障指示；控制器为单片机，如图2所示，本实施方式采用stm32f103c8t6,时钟频率最高可达72mhz，该单片机内部集成了模数转换器、串口通信单元、通用输入输出接口以及flash；模数转换器用于将模拟信号转变为数字信号，进行数据处理；串口通信单元用于与外部进行通信，收发串行数据；通用输入输出接口，用于输入电平信号输入或输出电平信号；flash存储空间为64kb，除一部分用于存储程序代码外，剩余空间可以作为掉电不丢失的存储空间，存储获取的数据，如通过收发外部通信接收的数据，风电场输电线路异常的数据。
电源模块依靠电流互感器从风电场输电线路感应获取电能，其输出端分为两路，送入各用电模块，供用电模块用电，图1所示所示充电模块、控制模块、线路故障指示模块、充电电流检测模块以及电路故障指示模块均为用电模块；因风电场输电线路的电流受负载大小影响会有起伏波动，当电流小到不足以带动用电模块用电时，此时会切换到充电模块供电；充电模块以及电源模块输出端均设有二极管，两个二极管的阴极连接点作为供电输出点。
充电模块包括充电电路以及备用电池，备用电池为锂电池，如图3所示，充电电路以tp4056芯片为核心控制备用电池的充电过程，tp4056为锂电池恒定电流/恒定电压线性充电器，内部采用pmosfet结构，并具有热反馈功能，可对充电电流进行自动调节，在大功率操作或高温环境温度条件下对芯片温度加以限制，充电电压恒定在4.2v，充电电流可通过编程电阻进行设置，充电电流在达到最终充电电压后降至设定值的十分之一，tp4056将自动终止充电循环；当无输入电压时，tp4056自动进入低电流状态，将电池漏电流降至2ua以下。tp4056在有电源时也可置于停机模式，将供电电流降至55ua。
本实施方式中，u4为tp4056，u4的ce引脚为选通引脚，高电平时选通，故与电源模块的power 连接;temp为测温引脚，本实施方式因不对电池温度取样，充电指示nchrg引脚以及充电故障指示nstdby引脚功能本实施方式不使用,故temp引脚、nchrg引脚、nstdby引脚均与电源地gnd连接；保险电阻r7一端与电源模块的power 连接，另一端与u4的电源输入引脚vcc连接；u4的gnd引脚与电源地gnd以及备用电池负极b-连接；r12为充电电流取样电阻，一端与u4的bat引脚连接，另一端与备用电池正极b 连接；电阻r9为编程电阻，一端与tp4056的prog引脚连接，另一端与tp4056的gnd引脚连接；tp4056充电电流受编程电阻的控制，其公式如下：
ibat=vprog/r9×1200
ibat为充电电流，vprog为编程电压，充电时为1v，r9为编程电阻，作为本实施方式备用电池采用2500mah的锂电池，鉴于电池容量及充电速度，选择1.2kω的电阻。
作为现有技术的改进，新增了充电电流检测模块，包括：充电电流取样电路、放电电流取样电路、备用电池电压取样电路，图4所示为充电电流取样电路示意图，运算放大器u2正向输入端与u4的bat引脚连接，反向输入端与备用电池正极b 、电阻r7第一端以及电阻r14第一端连接，输出端分别与电阻r14第二端以及控制器模数转换器输入端连接，电阻r7第二端与电源地gnd连接，此电路构成比例运算放大电路，将从充电电流取样电阻r12获取的充电电流信号进行放大，达到控制器能够识别的电压范围。
图5为放电电流取样电路示意图，运算放大器u3正向输入端与备用电池正极b 连接，反向输入端与放电电流取样电阻r13第二端bpower 、电阻r15第一端以及电阻r8第一端连接，输出端与电阻r15第二端以及控制器模数转换器输入端连接，电阻r8第二端与电源地gnd连接，此电路构成比例运算放大电路，将从放电电流取样电阻r13获取的信号进行放大，达到控制器能够识别的电压范围。
图6为备用电池电压取样电路示意图，r21一端与备用电池正极b 连接，另一端与r22第一端连接，r22第二端与电源地连接，r22第一端作为电池电压取样信号与控制器的转换器连接。
如图7所示，线路故障指示模块以及电路故障指示模块均以uln2803a为核心，uln2803为八路npn达林顿连接晶体管阵系列，特别适用于低逻辑电平数字电路（诸如ttl,cmos或pmos/nmos）和较高的电流/电压要求之间的接口，广泛应用于计算机，工业用和消费类产品中的灯、继电器、打印锤或其它类似负载中。所有器件具有集电极开路输出和续流钳位二极管，用于抑制跃变。uln2803的设计与标准ttl系列兼容。该芯片的1至8引脚为输入引脚，分别为1b-8b，18至11引脚为输出引脚，分别为1c-8c，输入引脚与输出引脚构成一一对应关系，逻辑为非门，举例讲，当1b输入为低电平时，1c内部的三极管饱和导通；该芯片带负载能力最大可达500ma,足以满足使用需要。在本实方式中，该芯片的4b引脚与单片机io口pa1连接，5b引脚与单片机引脚io口pa2连接，该芯片的6b引脚与单片机io口pa3连接，7b引脚与单片机引脚io口pa4连接；线路故障指示模块指示灯为两个：led1以及led2，led1阳极与u1的4c引脚连接，限流电阻r3一端与led1的阴极连接，另一端与电源vcc连接；led2阳极与u1的5c引脚连接，限流电阻r4一端与led1的阴极连接，另一端与电源vcc连接；电路故障指示灯为两个：led3以及led4，led3阳极与u1的6c引脚连接，限流电阻r5一端与led3的阴极连接，另一端与电源vcc连接；led4阳极与u1的7c引脚连接，限流电阻r6一端与led4的阴极连接，另一端与电源vcc连接。线路故障指示模块以及电路故障指示模块指示灯均为两个，是为冗余设计，损坏一个不影响另一个的功能，当损坏一个以后，另外一个还能够起到指示的作用。
使用时，当备用电池放电时，控制器每隔一段时间片段如20毫秒，通过充电电流检测模块检测一次放电电流以及电池电压，经过一段时间放电以后电池电压下架，如从4.1v下降到了4.0v，统计该段时间总输出电能，该总输出电能和事先设置好的备用电池衰减阈值比较，当低于备用电池衰减阈值时，控制器予以记录；总输出电能计算以每次采集到的放电电流乘以时间片段为该时间片段的时间片段电能，所有时间片段电能累加，就是对应备用电池下将电压如上述从4.1v下降到4.0v对应的总输出电能；还有一种情况，是参照充电时的情况，控制器每隔一个时间片段，如20毫秒，通过充电电流检测模块检测一次充电电流以及备用电池电压，经过一段时间充电以后备用电池电压上升，如从3.8v上升到3.9v，统计该段时间总输入电能，该总输入电能和事先设置好的备用电池衰减阈值比较，当低于备用电池衰减阈值时，予以记录；总输入电能计算以每次采集到的充电电流乘以时间片段为该时间片段的时间片段电能，所有时间片段电能累加，就是对应备用电池电压上升如上述3.8v上升到3.9f对应的总输入电能；当衰减记录次数达到记录次数阈值，如10次，控制器控制电路故障指示灯闪烁。
设有充电电流检测模块以及电路故障指示模块的架空线路故障指示装置，能够在充电模块工作过程中检测备用电池充电电流和放电电流，从而检测出备用电池的衰减情况，在确定充电模块存在故障时，通过电路故障指示模块发出警告，省去了拆卸后检查备用电池的工作，也避免了因充电模块故障导致架空线路故障指示装置不能正常指示的问题。线路故障指示模块以及电路故障指示模块均设有led指示灯，寿命长，节能省电，每个模块均配有两路led指示电路，冗余设计，当损坏一个以后，另外一个还能够起到指示的作用；备用电池采用锂电池，寿命长，重量轻，容量大，更换周期长，适合常年户外使用。
进一步地，还设有还设有用于与智能终端通信的通信模块；该模块为以esp8266为核心芯片的wifi通信电路，如图8所示通信模块u7通过串口与单片机电连接，单片机的usart1_rx引脚（31引脚）与u7的txd引脚连接，控制器的usart1_txd引脚（30引脚）与u7的rxd引脚连接。
使用时，智能终端如手机搜索到本装置的wifi信号，输入密码完成智能终端与本装置的连接，智能终端打开配套的app，通过app可以读取当前备用电池衰减情况，可以读取最近一段时间的风电场输电线路最大电流以及最小电流，可以将一些信息如安装位置的地理位置信息的经纬度数据、本次检查日期写入控制模块的存储器，以供下次查询使用。还可以在同一条风电场输电线路上安装一个事先校准好的线路故障指示装置，获取一个时间段风电场输电线路的最大电流以及最小电流，然后与本装置同时段获取的最大电流以及最小电流进行比对，如果偏差较大时，则需要拆下进行维修或更换。
设有通信模块的架空线路故障指示装置，与智能终端连接后，可以用智能终端配套的软件查看备用电池衰减情况，还可以将一些如地理位置信息、检查日期写入控制模块的存储器，方便管理，还可以通过安装在同一风电场输电线路上的线路故障指示装置进行检测数据对比，检查故障指示装置测量风电场输电线路电流的准确性。
以上所述实施方式仅为本实用新型的优选实施例，而并非本实用新型可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本实用新型原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本实用新型的权利要求保护范围之内。
1.一种架空线路故障指示装置，包括：电源模块、充电模块、控制模块以及线路故障指示模块，其特征在于，还包括：充电电流检测模块以及电路故障指示模块；
所述电源模块用于从输电线路获取电能，为其他用电模块供电；所述充电模块包括备用电池及充电电路，所述备用电池与所述充电电路电连接；所述线路故障指示模块用于输出携带所述控制模块提供的输电线路故障信息的指示信号；所述充电电流检测模块用于将所述充电模块充放电电流数据反馈至所述控制模块，所述电路故障指示模块用于输出所述控制模块提供的所述充电模块故障信号；
所述充电电流检测模块、所述电路故障指示模块以及所述线路故障指示模块分别与所述控制模块电连接。
2.根据权利要求1所述的架空线路故障指示装置，其特征在于，还包括通信模块，所述通信模块用于向外部智能终端传输充电模块衰减数据以及输电线路检测数据，所述输电线路检测数据包括一段时间内输电线路最大以及最小电流；所述通信模块与所述控制模块通信连接。
3.根据权利要求2所述的架空线路故障指示装置，其特征在于，所述控制模块设有存储器，所述存储器用于存储安装地理位置信息以及检查日期。
4.根据权利要求3所述的架空线路故障指示装置，其特征在于，所述线路故障指示模块以及所述电路故障指示模块均为设有led指示灯的电路。
5.根据权利要求4所述的架空线路故障指示装置，其特征在于，所述备用电池为锂电池。
技术总结