一种地线控制器 【技术领域】
本发明涉及一种用来实时检测地线状态的控制装置，可应用在电力系统倒闸操作装置的接地线上。
背景技术
微机防误操作系统已经广泛应用在电力系统中，此类系统在电力设备上加装锁具实现设备的强制闭锁，通过内嵌了防误操作逻辑的主机或防误钥匙控制锁具的开闭，有效防止各类误操作事故的发生。变电站设备的升级改造也使大部分变电站的监控系统具备了实时检测开关、刀闸和接地刀状态的能力。
但由于目前的微机防误操作系统绝大部分不能完全实时检测设备状态，尤其是临时地线的装接状态。另外由于临时地线的特殊使用方式，监控系统也未能实时检测其状态。由于以上原因，致使部分操作人员在倒闸操作过程中存在违章行为，造成误操作。根据中国电力科学研究院的统计，在各类误操作事故中，与接地相关的误操作占各类误操作的数量的60％，其中带地线(地刀)合闸在五类误操作事故中居于首位。
基于以上原因，许多电力安全厂家开始着眼于地线的安全使用，研制出了各种形式的地线管理柜，以严格管理地线。但此类系统大多是管理地线的存放状态，对于更重要的装接状态则不太重视。因此电力系统的地线管理工作仍然存在较大漏洞。
【发明内容】
为解决现有技术中对地线状态检测存在的不足，本发明提供了一种能够实时检测地线装接、备用(包括拆除和取出)和存放三种状态的地线控制器，其所采取的技术方案为：
该控制器包括金属壳体、固定在壳体前端的通讯天线和地线、固定在壳体后端的地线头和读卡天线以及固定在壳体内的主电路板、按键板和电池，主电路板上设有由单片机模块以及分别与单片机模块连接的通讯控制模块、读卡控制模块、上电控制模块和指示灯组成的电路，通讯控制模块连接通讯天线，读卡控制模块连接读卡天线，按键板上设有分别与上电控制模块连接的上电按键和复位按键，壳体侧壁上分别开有复位按键过孔、顶柱过孔和指示灯孔，复位按键对准复位按键过孔，上电按键对准顶柱过孔，指示灯嵌在指示灯孔中，设在顶柱过孔中的顶柱可顶压上电按键，并通过套接在它上面的顶柱弹簧实现复位，当顶柱顶压上电按键或复位时，可触发单片机模块和上电控制模块工作，此时读卡控制模块控制读卡天线读取地线不同状态的编码信息，并通过通讯控制模块控制通讯天线把编码信息发送出去，然后单片机模块控制电路断电。
读卡天线为圆环状，它套在壳体后端的圆台上，前端开有圆孔的地线头穿过读卡天线固定在圆台上，读卡天线上分别开有可穿过顶柱的顶柱孔和对准复位按键过孔的复位按键孔。壳体的底部开有可放置地线标签的标签槽。
该控制器通过顶柱按压上电按键，使其触发主电路板的单片机模块和上电控制模块工作，使电路上电，通过读卡控制模块控制控制读卡天线读取接地桩或存放位置编码，并通过通讯控制模块控制通讯天线将地线状态的信息发送出去，然后自动关闭，随后地线状态的信息通过无线测控网络再接入电力系统内部通讯网络，实时上报至变电站检测主机、变电工区检测主机和调度系统。
该控制器将地线作为检测目标，能够实时检测地线装接、备用(包括拆除和取出)和存放三种状态，能够实现地线状态监督、增加倒闸操作的安全性，且系统可单独工作，因此可以作为防误操作系统的补充，降低因为微机防误操作系统的不完善而带来的误操作可能。
【附图说明】
图1为本发明的壳体前端结构分解示意图；
图2为本发明的壳体后端结构分解示意图；
图3为本发明上电按键部分的结构示意图；
图4为本发明复位按键部分的结构示意图；
图5为本发明应用在接地桩上的结构示意图；
图6为本发明电路部分的电路框图；
图7为本发明电路部分的电路原理图。
【具体实施方式】
下面结合附图及实施例对本发明做进一步描述：
如图1所示，壳体3由均为金属材料的上盖11与下壳15组成，能够保证地线的接地良好，上盖11通过上盖紧固螺钉10和下壳15固定在一起，壳体3内部空腔分为两个小腔，一个安放电池14、一个安放主电路板12和按键板13。壳体3的前端面带有一个圆环形天线护圈8，天线护圈8中有一圆孔与内腔相通，通讯天线4安装固定在天线护圈8中，用于发射和接收无线通讯信号。天线护圈8旁边的壳体3前侧壁上开有一指示灯孔34与内腔相通，指示灯孔34内安装发光二极管，用于指示地线控制器的工作状态。天线护圈8旁边还有一矩形地线柱9，地线柱上有一螺纹孔，通过地线压紧螺栓6压接地线5。
如图2所示，读卡天线2为圆环形结构，它套在壳体3后端面的圆台上并通过四个读卡天线紧固螺钉16固定到壳体3的后端面上。地线头1前端带有一圆孔，用于锁具对地线5的锁定；中部带有螺纹，在地线装接到接地桩时，能够拧接元宝螺母以保证可靠接地；后端带有螺纹，能够穿过读卡天线2拧接到圆台中心处的螺纹孔中，以实现与壳体3的导电连接。下壳15的底面有一标签槽24，通过两个标签紧固螺钉22可以把地线标签23固定到标签槽24中，地线标签用于标示地线，可以被其他装置识别。
如图3所示，下壳15的前侧壁上开一顶柱过孔36，读卡天线2上开一顶柱孔35，按键板13上安装上电按键25，顶柱过孔36同时对准顶柱孔35和上电按键25，顶柱孔中依次放置顶柱垫圈19、顶柱弹簧18和顶柱17，顶柱弹簧18套在顶柱17上，顶柱17地柱顶露出顶柱孔35，顶柱垫圈19和下壳15之间为顶柱胶垫20，顶柱胶垫20放置在顶柱过孔36外侧的矩形槽内。
如图4所示，下壳15的前侧壁上开一复位按键过孔37，读卡天线2上开一复位按键孔26，按键板13上安装复位按键27，复位按键过孔37同时对准复位按键孔26和复位按键27，复位按键孔26和下壳15之间为复位按键胶垫21，复位按键胶垫21放置在顶柱过孔36外侧的另一矩形槽内。使用一根细圆柱插入复位按键孔并用力按压，可将复位按键按下，复位按键按下后，可触发电路，恢复至出厂状态。
如图6所示，主电路板上设有由单片机模块、通讯控制模块、读卡控制模块、上电控制模块和指示灯组成的电路，单片机模块分别连接通讯控制模块、读卡控制模块、上电控制模块和指示灯，通讯控制模块连接通讯天线，读卡控制模块连接读卡天线，上电控制模块连接按键板上的上电按键和复位按键，电池可为主电路板上各模块提供电能。
如图7所示，单片机模块包括单片机U5(型号为PIC16F690)和由电阻、电容组成的外围电路；通讯控制模块包括通讯芯片U3(型号为XBEE)和由电阻、电容组成的外围电路；读卡控制模块的主要元件为读卡芯片U6(型号为125KHZ K4)；上电控制模块包括继电器J2(型号为TX2)、三极管Q2、Q4(型号为NPN)和电阻；指示灯包括发光二极管LED1、电阻R24；读卡天线为线圈L2(电感值为680uH)；上电按键包括开关SW1(型号为SS-01)和R19；复位按键为微动开关S2(型号为B3F1000)。单片机U5的1脚连接电路电源VCC，并通过电容C6连接20脚，10脚通过电阻R9连接通讯芯片U3的3脚，12脚通过电阻R8连接通讯芯片U3的2脚，8脚通过电阻R10连接通讯芯片U3的9脚，11脚连接读卡芯片U6的5脚，13脚连接读卡芯片U6的5脚，14脚连接发光二极管LED1，15脚连接开关SW1，6脚连接上电控制模块的电阻R22，7脚连接上电控制模块的电阻R20。通讯芯片U3的1脚连接电路电源VCC，读卡控制模块的1脚通过线圈L2连接2脚，上电控制模块中继电器J2的正极连接电源VCC，负极连接三极管Q2和Q4。3V的电池电源连接单刀双掷开关S2的公共端，并通过电阻R19连接开关SW1，通过电阻R24连接发光二极管LED1。
如图5所示，地线5在装接时，壳体3的地线头1过接地桩30的接地桩孔，然后将元宝螺母29拧接在地线头1中部螺纹上，拧紧后可保证地线5可靠接地。使用锁具28的锁梁穿过地线头1前端的圆孔，并锁上锁具28，可实现地线控制器的闭锁。接地桩在使用时需要在其上固定一个接地桩编码31，固定方式可以采用栓接或粘接，也可使用接地桩作为地线存放位置的固定装置。
当地线5装接到接地桩30上时，元宝螺母29将接地桩30和壳体3压紧，接地桩3会将顶柱17压下，顶柱17再将上电按键25的按钮压下，上电按键25内部单刀双掷开关S2的常开接点(S2-1和S2-3)接通，电源经S2-1、S2-3、J2-9、J2-10接入电路VCC，主电路板12上电，单片机U5开始工作，会通过读卡控制模块的读卡芯片U6控制读卡天线2(即图7中线圈L2)读取接地桩编码，读到接地桩编码后，单片机U5会通过通讯控制模块的通讯芯片U3(带有通讯天线4)把地线装接状态的编码信息发送出去，然后单片机U5控制继电器J2动作，继电器J2的节点中J2-4接通J2-5、J2-9接通J2-8，由于此时单刀双掷开关S2的S2-1、和S2-3接通，电源经S2-1、S2-3、J2-9接到J2-8上，没有接通电路VCC，因此电路断电，使整个控制器自动关闭。控制器上一级的控制主机在接到控制器发来包含接地桩编码的信息便可判断出地线处于装接状态。
当地线5从接地桩30上拆除时，接地桩30离开顶柱17，顶柱17在顶柱弹簧18的作用下回复到原位置，上电按键25的内部单刀双掷开关S2被释放，其常闭接点(S2-1和S2-2)接通，电源经S2-1、S2-2、J2-4、J2-5接入电路VCC，主电路板12上电，单片机U5开始工作，会通过读卡控制模块的读卡芯片U6控制读卡天线2读取接地桩编码，但此时地线已经拆除、读卡天线2已经读不到接地桩编码，单片机U5仍会通过通讯控制模块的通讯芯片U3(带有通讯天线4)把不含接地桩编码的信息发送出去，然后单片机U5控制继电器J2动作，继电器J2的节点中J2-4接通J2-3、J2-9接通J2-10，由于此时单刀双掷开关S2的S2-1、和S2-2接通，电源经S2-1、S2-2、J2-4接到J2-3上，没有接通电路VCC，因此电路断电，使整个控制器自动关闭。控制器上一级的控制主机在接到控制器发来不包含接地桩编码的信息便可判断出地线处于备用状态。
在地线存放处，也有类似接地桩的机构，地线存放时也会触发上电按键使电路上电，将读到的存放位置编码发送出去。控制器上一级的控制主机在接到控制器发来包含存放编码的信息便可判断出地线处于存放状态。
通过以上控制器的检测控制过程，实现了地线装接、备用(包括拆除和取出)和存放状态的完全实时检测。