專利名稱：嵌入式小電流接地故障選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種電力設(shè)備，具體涉及一種配電網(wǎng)嵌入式小電流接地故障選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置，適用于3 60kV中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測系統(tǒng)對地絕緣狀態(tài)和電能質(zhì)量。在單相接地故障發(fā)生時(shí)，裝置能快速準(zhǔn)確選出故障線路；在電能質(zhì)量出現(xiàn)異常時(shí)，裝置能快速報(bào)警并記錄波形。
背景技術(shù)：
我國3 60kV配電網(wǎng)廣泛采用中性點(diǎn)非有效接地方式，又稱為小電流接地系統(tǒng)，小電流接地系統(tǒng)的故障絕大多數(shù)是單相接地故障。發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電流很小，可以在故障情況下繼續(xù)運(yùn)行I 2個(gè)小時(shí)，但是必須盡快找到故障線路，這就提出了故障選線問題。 近年來，由于配電網(wǎng)接入了變頻調(diào)速等大量的非線性負(fù)載，諧波污染已成為電網(wǎng)中很嚴(yán)重的污染源，諧波含量不斷增加。另外由于非線性負(fù)載的接入，使得經(jīng)常發(fā)生電網(wǎng)中閃變和電壓波動，因此電能質(zhì)量問題便成為電力系統(tǒng)急需解決的問題，電能質(zhì)量的好壞也標(biāo)志著電力系統(tǒng)運(yùn)行和管理水平的情況。目前傳統(tǒng)的微機(jī)型選線裝置分為兩大類，單片機(jī)裝置和工控機(jī)裝置。單片機(jī)裝置的基本特征是采用8位或16為單片機(jī)芯片，IM以下內(nèi)存，單色液晶。由于單片機(jī)裝置的CPU運(yùn)算速度低，因此無法運(yùn)行復(fù)雜程序，導(dǎo)致選線正確性不高。由于單片機(jī)裝置不支持彩色液晶，不能使用鍵盤鼠標(biāo)，因此人機(jī)交互能力差。工控機(jī)裝置采用32位CPU，內(nèi)存可達(dá)64M以上，且具備硬盤，因此可以運(yùn)行復(fù)雜的算法程序，選線正確率較高、電能質(zhì)量精度高。但是由于工控機(jī)采用多個(gè)板卡共用PCI總線的架構(gòu)，導(dǎo)致功耗較大，且風(fēng)扇等易損元件較多，長時(shí)間運(yùn)行后可靠性較差。目前針對輸電網(wǎng)的電能質(zhì)量檢測裝置已比較成熟，但是針對配電網(wǎng)的電能質(zhì)量檢測裝置應(yīng)用較少?，F(xiàn)場迫切需要能夠長期可靠運(yùn)行，且功能強(qiáng)大的新型選線和電能質(zhì)量裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提出適用于中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)的選線及電能質(zhì)量的綜合裝置，填補(bǔ)了國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的空白。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種嵌入式小電流接地故障選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置，包括嵌入式主板、模擬量變換器板卡、開關(guān)量輸出板卡、彩色液晶顯示器；其特征為所述嵌入式主板與模擬量變換器板卡、開關(guān)量輸出板卡、彩色液晶顯示器通過背板連接線相連；位于過程層的各個(gè)間隔零序電流互感器、電流互感器、零序電壓互感器和電壓互感器分別通過二次電纜與所述模擬量變換器板卡的輸入端相連；[0011]所述開關(guān)量輸出板卡通過繼電器單元連接到自動化后臺；所述嵌入式主板還通過串口和以太網(wǎng)口與自動化后臺相連。所述嵌入式主板包括集成在一塊電路板上的主頻為500MHz的32位ARM芯片、64M內(nèi)存、128MFlash存儲器、12位AD采樣芯片、232/485串口和IOM以太網(wǎng)，主板安裝嵌入式WinCE操作系統(tǒng)，不同的硬件功能對應(yīng)WinCE操作系統(tǒng)的驅(qū)動程序，應(yīng)用程序通過這些驅(qū)動程序?qū)τ布M(jìn)行控制。嵌入式WinCE操作系統(tǒng)可靠性高、功能強(qiáng)大。彩色液晶顯示器采用640X480真彩色液晶，液晶顯示W(wǎng)indows風(fēng)格界面，設(shè)置USB鼠標(biāo)、USB鍵盤、U盤等接口，人機(jī)交互性能很好，而且具有TCP/IP協(xié)議，以太網(wǎng)功能強(qiáng)大。選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置的工作原理是外部交流信號通過電纜接入模擬量變換器板卡，變換器將信號轉(zhuǎn)變?yōu)?5V與+5V之間的低壓模擬量信號，該模擬量進(jìn)入主板后首先進(jìn)行低通濾波，然后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號，CPU對數(shù)字信號進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。
發(fā)生單相接地故障后，裝置啟動選線報(bào)警，選出故障線路并采用四種方式輸出①液晶漢字化顯示；②通過開關(guān)量輸出板輸出硬節(jié)點(diǎn)報(bào)警信號通過串口輸出報(bào)警信號；④通過以太網(wǎng)輸出報(bào)警信號。當(dāng)裝置檢測到電能質(zhì)量出現(xiàn)異常報(bào)警時(shí)，記錄異常波形并采用四種方式輸出 ①液晶漢字化顯示；②通過開關(guān)量輸出板輸出硬節(jié)點(diǎn)報(bào)警信號通過串口輸出報(bào)警信號；④通過以太網(wǎng)輸出報(bào)警信號。選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置綜合了單片機(jī)和工控機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，既保留了單片機(jī)的高可靠性，又實(shí)現(xiàn)了工控機(jī)的高性能，完全滿足現(xiàn)場要求。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下I、集成度高，選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置所有板卡集成在一個(gè)4U機(jī)箱內(nèi)，核心的CPU、內(nèi)存、AD等芯片集成在一塊電路板(主板)上,高速總線集成在主板內(nèi)，主板與其他板卡之間不通過高速總線連接，提高了裝置可靠性。2、運(yùn)算速度快，采用32位ARM芯片，主頻可達(dá)500MHz。3、采用WinCE操作系統(tǒng),可靠性高,功能強(qiáng)大。4、裝置能夠記錄單相接地故障和電能質(zhì)量異常數(shù)據(jù)，即錄波功能。支持USB鼠標(biāo)、USB鍵盤、U盤，人機(jī)交互性能很好。5、主機(jī)具備網(wǎng)口，能夠通過以太網(wǎng)上傳選線信息，能夠連接到局域網(wǎng)和Internet。
圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是嵌入式主板的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是AD功能的原理圖；圖4是DO功能的原理圖；圖5是以太網(wǎng)功能的原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說明書如圖，通過具體實(shí)施例對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。[0030]本實(shí)用新型提出了一種新型嵌入式小電流接地故障選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置，屬于間隔層的一個(gè)設(shè)備，與過程層和變電站層進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。裝置的工作原理是外部交流信號通過電纜接入模擬量變換器板卡，變換器將信號轉(zhuǎn)變?yōu)?5V與+5V之間的低壓模擬量信號，該模擬量進(jìn)入主板后首先進(jìn)行低通濾波，然后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號，CPU對數(shù)字信號進(jìn)行實(shí)時(shí)分析計(jì)算。發(fā)生單相接地故障后，裝置啟動選線報(bào)警，選線算法程序采用本公司的專利技術(shù)(專利名稱小電流接地電網(wǎng)單相接地故障選線裝置；專利號ZL200320126180. 5)，應(yīng)用多種選線方法相融合進(jìn)行綜合選線，能夠針對金屬性接地、經(jīng)電弧接地、經(jīng)過渡電阻接地等各種情況準(zhǔn)確選出故障線路。裝置選出故障線路并采用四種方式輸出①液晶漢字化顯示；②通過開關(guān)量輸出板輸出硬節(jié)點(diǎn)報(bào)警信號；③通過串口輸出報(bào)警信號；④通過以太網(wǎng)輸出報(bào)警信號。當(dāng)裝置檢測到電能質(zhì)量出現(xiàn)異常報(bào)警時(shí)，記錄異常波形并采用四種方式輸出①液晶漢字化顯示；②通過開關(guān)量輸出板輸出硬節(jié)點(diǎn)報(bào)警信號通過串口輸出報(bào)警信號；④通過以太網(wǎng)輸出報(bào)警信號。電能質(zhì)量的具體內(nèi)容包括電壓波動、頻率、電壓電流諧波、電·壓電流不平衡。裝置由嵌入式主板、模擬量變換器板卡、開關(guān)量輸出板卡、工業(yè)液晶顯示器和電源組成，所有板卡安裝在一個(gè)4U機(jī)箱內(nèi)，采用自然冷卻，電源、主板及機(jī)箱內(nèi)部都無需安裝風(fēng)扇，沒有易損元件。嵌入式主板是裝置的核心，包括主頻為500MHz的32位ARM芯片、64M內(nèi)存、128MFlash存儲器、12位AD采樣芯片、232/485串口和IOM以太網(wǎng)。高速總線集成在主板內(nèi)，主板與其他板卡之間不通過高速總線連接，提高了裝置可靠性。主板安裝嵌入式WinCE操作系統(tǒng)，不同的硬件功能對應(yīng)WinCE操作系統(tǒng)的驅(qū)動程序，應(yīng)用程序通過這些驅(qū)動程序?qū)τ布M(jìn)行控制。嵌入式WinCE操作系統(tǒng)可靠性高、功能強(qiáng)大，最突出的特點(diǎn)就是界面風(fēng)格為Windows，且支持USB鼠標(biāo)、USB鍵盤、U盤，人機(jī)交互性能很好，而且具有TCP/IP協(xié)議，以太網(wǎng)功能強(qiáng)大。如圖I所示，新型嵌入式小電流接地故障選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置I位于間隔層II，位于過程層I的各個(gè)間隔零序電流互感器、電流互感器、零序電壓互感器和電壓互感器通過二次電纜將模擬信號接入裝置I的模擬量變換器板卡2。Al至An表示板卡上的變換器單元，能夠?qū)㈦妷汉碗娏鬓D(zhuǎn)變?yōu)?5V與+5V之間的低壓模擬量信號，該模擬量進(jìn)入主板4后首先進(jìn)行低通濾波，然后經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換后變?yōu)閿?shù)字信號，CPU對數(shù)字信號進(jìn)行實(shí)時(shí)分析計(jì)算，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)快速選出故障線路，并且保存故障波形完整數(shù)據(jù)；當(dāng)電能質(zhì)量的某項(xiàng)指標(biāo)越限時(shí)，快速報(bào)警同時(shí)保存越限電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。選線和電能質(zhì)量分析結(jié)果由液晶5漢字化顯示，或者通過串口及以太網(wǎng)口上傳到自動化后臺6，也可以通過開關(guān)量輸出板3輸出硬節(jié)點(diǎn)報(bào)警信號，Dl至Dn表示DO輸出板卡上的繼電器單元。嵌入式主板結(jié)構(gòu)原理如圖2所示，嵌入式主板由CPU、FLASH、NAND FLASH、SDRAM、FPGA組成，CPU是PXA270C520，通過DATA總線口輸出數(shù)據(jù)總線BDOBD15,通過ADDR總線口輸出地址總線ADO—AD25，SDRAM是MT48LC16，MT48LC16上的AOA12與地址總線對應(yīng)連接，MT48LC16上的DQODQ15與數(shù)據(jù)總線對應(yīng)連接；FLASH是JS28F128，JS28F128上的AOA24與地址總線對應(yīng)連接，JS28F128上的DQODQ15與數(shù)據(jù)總線對應(yīng)連接；NAND FLASH 是 K9F4G08，K9F4G08 上的 ALE 與地址總線對應(yīng)連接，K9F4G08 上的 100107與數(shù)據(jù)總線對應(yīng)連接；FPGA是EP3C5F256，EP3C5F256上的I0_VB6與地址總線對應(yīng)連接，EP3C5F256上的I0_VB5與數(shù)據(jù)總線對應(yīng)連接。AD功能原理如圖3所示，AD信號處理系統(tǒng)由電流/電壓轉(zhuǎn)換器、電壓跟隨器、零序放大器、AD轉(zhuǎn)換器組成。小電流互感器與電阻Rz組成電流/電壓轉(zhuǎn)換器，將0-5A電流信號轉(zhuǎn)換為0-3. 5V信號，電流/電壓轉(zhuǎn)換器的輸入端接到線路高壓電流互感器的二次側(cè)，輸出接到電壓跟隨器的輸入端上；電壓跟隨器由運(yùn)算放大器0P07與電阻R13組成，輸出信號接到零序放大器上；零序放大器由運(yùn)算放大器AD620與電阻R11、R12、Rf組成，AD620的REF端與AD7265的DcapA端相連接；零序放大器的輸出端接到AD7265的VAl上；AD轉(zhuǎn)換器是AD7265, AD7265 的 A0、Al、A2、CS、SCLK 通過端子 Pll、P12、P13、P14、P15 與端子 P41、P42、P43、P44、P45 相連接。DO功能原理如圖4所示，DO信號系統(tǒng)由FPGA EP3C5F256、744245、7404和開關(guān)信號濾波器組成，EP3C5F256上的I0_VB6與CPU地址總線對應(yīng)連接，EP3C5F256上的I0_VB5與 CPU數(shù)據(jù)總線對應(yīng)連接，EP3C5F256的K2 — K7與744245的Al—A6相連接，744245的BI—B6與7404的AO—A5相連接，7404的01—06分別與對應(yīng)的開關(guān)信號濾波器相連接，第一路開關(guān)信號濾波器由R201、R202、C201組成，第六路開關(guān)信號濾波器由R261、R262、C261組成，第一路開關(guān)信號濾波器的輸出端連接到端子OUTl上，第六路開關(guān)信號濾波器的輸出端連接到端子0UT6上。以太網(wǎng)功能原理如圖5所示，以太網(wǎng)系統(tǒng)由以太網(wǎng)芯片DM9000、PH163539、端口RJ45組成，以太網(wǎng)芯片是DM9000，DM9000通過端口 SD0-SD15、CMD分別與CPU的數(shù)據(jù)總線和地址總線相連接，DM9000的輸出端口了乂+、了乂-、1 +、1 -分別與？!1163539的端口 TD+、TD_、RD+、RD-對應(yīng)相連接，PH163539 的端口 TX+、TX-、RX+、RX-分別與 RJ45 的端口 P1、P2、P3、P6對應(yīng)連接、RJ45的P4、P5連接后與電阻R301串聯(lián)后接地，RJ45的P7、P8連接后與電阻R302串聯(lián)后接地。
權(quán)利要求1.ー種嵌入式小電流接地故障選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置，包括嵌入式主板、模擬量變換器板卡、開關(guān)量輸出板卡、彩色液晶顯示器；其特征為 所述嵌入式主板與模擬量變換器板卡、開關(guān)量輸出板卡、彩色液晶顯示器通過背板連接線相連； 位于過程層的各個(gè)間隔零序電流互感器、電流互感器、零序電壓互感器和電壓互感器分別通過二次電纜與所述模擬量變換器板卡的輸入端相連； 所述開關(guān)量輸出板卡通過繼電器單元連接到自動化后臺； 所述嵌入式主板還通過串口和以太網(wǎng)ロ與自動化后臺相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式小電流接地故障選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置，其特征為 所述嵌入式主板包括集成在一塊電路板上的主頻為500MHz的32位ARM芯片、64M內(nèi)存、128MFlash存儲器、12位AD采樣芯片、232/485串口和IOM以太網(wǎng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式小電流接地故障選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置，其特征為 所述彩色液晶顯示器采用640X480真彩色液晶。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的嵌入式小電流接地故障選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置，其特征為 所述嵌入式小電流接地故障選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置設(shè)置USB鼠標(biāo)、USB鍵盤、和U盤接ロ。
專利摘要一種嵌入式小電流接地故障選線及電能質(zhì)量綜合分析裝置，包括嵌入式主板、模擬量變換器板卡、開關(guān)量輸出板卡、彩色液晶顯示器；所述嵌入式主板與模擬量變換器板卡、開關(guān)量輸出板卡、彩色液晶顯示器通過背板連接線相連；位于過程層的各個(gè)間隔零序電流互感器、電流互感器、零序電壓互感器和電壓互感器分別通過二次電纜與所述模擬量變換器板卡的輸入端相連；所述開關(guān)量輸出板卡通過繼電器單元連接到自動化后臺；所述嵌入式主板還通過串口和以太網(wǎng)口與自動化后臺相連。本實(shí)用新型技術(shù)成熟、可靠性高。
文檔編號G01R31/00GK202631675SQ20122022668
公開日2012年12月26日 申請日期2012年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月18日
發(fā)明者肖紅玉, 董武亮, 熊樂樂, 李硯, 蔡志偉 申請人:河南省電力公司洛陽供電公司, 北京丹華昊博電力科技有限公司