專(zhuān)利名稱(chēng)：小電流接地系統(tǒng)單相接地選線(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型電力系統(tǒng)故障處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電力系統(tǒng)單相接地故障選線(xiàn)裝置，特別是中壓(3 66kV)小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)中壓配電網(wǎng)一般采用不接地或者經(jīng)過(guò)消弧線(xiàn)圈接地的方式，即小電流接地系統(tǒng)。在小電流接地的中低壓系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地故障的頻率最高，占所有線(xiàn)路故障的70% 以上。小電流接地方式降低了單相接地故障的接地電流，使得部分接地電弧可以自動(dòng)熄滅。 而電力系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，發(fā)生小電流接地故障時(shí)，并未破壞系統(tǒng)電壓的對(duì)稱(chēng)性而且電流值較小，所以有關(guān)規(guī)程規(guī)定發(fā)生單相接地故障時(shí)可以繼續(xù)運(yùn)行1 2小時(shí)。但由于發(fā)生故障時(shí)非故障相的電壓上升至線(xiàn)電壓，進(jìn)一步破壞絕緣導(dǎo)致嚴(yán)重的相間短路故障，使得供電中斷。而且當(dāng)發(fā)生弧光接地時(shí)還會(huì)引起全系統(tǒng)的過(guò)電壓，損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 因此，在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，運(yùn)行人員必須盡快找到故障線(xiàn)路和故障點(diǎn)， 以便采取相應(yīng)的對(duì)策解除故障，恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，對(duì)提高供電可靠性，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。以往的選線(xiàn)方法由于存在一定局限性，選線(xiàn)效果不佳，其原因主要是(1)大都是根據(jù)故障時(shí)候的穩(wěn)態(tài)特性進(jìn)行選線(xiàn)。而隨著配電電網(wǎng)的發(fā)展，配電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，根據(jù)故障穩(wěn)態(tài)信息進(jìn)行選線(xiàn)的方法受到系統(tǒng)運(yùn)行方式，線(xiàn)圈補(bǔ)償過(guò)程，出線(xiàn)方式等不同工況的影響，選線(xiàn)正確率比較低。(2)傳統(tǒng)的基于單片機(jī)控制的選線(xiàn)裝置CPU模塊多為8位或16位，由于指令周期較長(zhǎng)，運(yùn)算能力有限，其快速響應(yīng)能力比較弱，無(wú)法適應(yīng)眾多出線(xiàn)回路瞬態(tài)信號(hào)采集和復(fù)雜運(yùn)算故障線(xiàn)路選判的要求。(3)采用工控機(jī)作為硬件設(shè)備，其靈活性、高性能、擴(kuò)展性等特點(diǎn)能很好地滿(mǎn)足控制系統(tǒng)的要求，但由于工業(yè)機(jī)控制系統(tǒng)不能完全實(shí)現(xiàn)免維護(hù)功能，難以滿(mǎn)足現(xiàn)在電力系統(tǒng)無(wú)人值守的要求，而且工控機(jī)昂貴的價(jià)格和龐大的體積大大限制了其應(yīng)用范圍。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于故障暫態(tài)信息進(jìn)行選線(xiàn)的小電流接地系統(tǒng)單相接地選線(xiàn)裝置。由于小電流接地故障產(chǎn)生的暫態(tài)電流比穩(wěn)態(tài)電流大很多倍，系統(tǒng)對(duì)地電容與故障點(diǎn)之間的充放電，將產(chǎn)生振幅比穩(wěn)態(tài)基頻大許多倍的高頻暫態(tài)分量，暫態(tài)信號(hào)包含的信息豐富且容易測(cè)量，而且暫態(tài)量頻率較高，這時(shí)消弧線(xiàn)圈相當(dāng)于開(kāi)路，對(duì)暫態(tài)量不起作用，所以利用故障暫態(tài)信息進(jìn)行選線(xiàn)具有優(yōu)勢(shì)。本實(shí)用新型具體采用以下技術(shù)方案小電流接地系統(tǒng)單相接地選線(xiàn)裝置，包括管理模塊和DSP信號(hào)處理模塊，其特征是所述管理模塊包括人機(jī)交互接口、ARM功能板以及電源模塊，所述電源模塊連接ARM功能板，所述人機(jī)交互接口連接至ARM功能板，所述ARM功能板嵌入了通信接口，管理模塊通過(guò)所述通信接口分別與調(diào)度中心和DSP信號(hào)處理模塊相連；所述DSP信號(hào)處理模塊由多個(gè)以DSP為核心構(gòu)成的獨(dú)立檢測(cè)模塊組成，采取一主多從的分布式結(jié)構(gòu)，各個(gè)DSP從模塊均與DSP主模塊相連，所述DSP信號(hào)處理模塊通過(guò) RS232總線(xiàn)與所述管理模塊相連。所述單相接地選線(xiàn)裝置還進(jìn)一步包括信號(hào)調(diào)理電路，所述信號(hào)調(diào)理電路的輸入端與母線(xiàn)電壓互感器和各出線(xiàn)回路的電流互感器相連，所述信號(hào)調(diào)理電路的輸出端和DSP信號(hào)處理模塊的輸入端相連。多個(gè)以DSP為核心構(gòu)成的獨(dú)立檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)完全相同，所有部件采用插拔式結(jié)構(gòu)，不同模塊內(nèi)部件全部兼容。所述管理模塊能夠通過(guò)人機(jī)接口進(jìn)行模塊參數(shù)設(shè)置、查看故障事件，所述人機(jī)接口包括觸摸屏、鼠標(biāo)；所述管理模塊能將處理后的故障數(shù)據(jù)通過(guò)通信接口上傳至管理計(jì)算機(jī)。管理模塊的功能主要是設(shè)置并保存參數(shù)、故障錄波分析、裝置人機(jī)接口、以太網(wǎng)通信等；DSP信號(hào)處理模塊的功能主要是利用DSP強(qiáng)大的運(yùn)算能力對(duì)采集故障信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)選線(xiàn)原理，同時(shí)將故障信息采集存儲(chǔ)到外擴(kuò)的Flash，便于管理模塊的查詢(xún)。所述管理模塊采用以ARM9為核心的電路，DSP信號(hào)處理模塊采用以DSP為核心的電路，管理模塊通過(guò)RS232向信號(hào)處理模塊發(fā)送指令。所述管理模塊包括人機(jī)交互接口(觸摸屏——同時(shí)具備顯示和輸入的功能，喇口Λ——報(bào)警、提示功能)，通信接口(與DSP信號(hào)處理模塊和與調(diào)度中心的通信)。系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，管理模塊接收來(lái)自DSP信號(hào)處理模塊的數(shù)據(jù)，以聲光方式報(bào)警，按照預(yù)先設(shè)置的程序處置故障或者由一線(xiàn)人員通過(guò)屏幕查看事件并做出響應(yīng)，所有采集信息及處置情況通過(guò)以太網(wǎng)上傳至調(diào)度中心。所述DSP信號(hào)處理模塊由電源模塊、模擬采樣模塊、主板、數(shù)字模塊、顯示模塊、通信模塊等獨(dú)立功能模塊組成。系統(tǒng)的母線(xiàn)零序電壓以及各條線(xiàn)路的零序電流經(jīng)過(guò)電壓互感器PT和電流互感器CT變換后輸入DSP信號(hào)處理模塊，經(jīng)過(guò)模擬采樣板，電壓和電流信號(hào)經(jīng)過(guò)高精度PT和CT進(jìn)一步變換，輸入低通濾波器去除干擾，通過(guò)AD轉(zhuǎn)換(DSP內(nèi)置)進(jìn)行 AD采樣并存入寄存器。DSP通過(guò)瞬時(shí)信號(hào)正弦擬合專(zhuān)用算法進(jìn)行單相接地故障選判，并將結(jié)果送至顯示模塊顯示故障信息，同時(shí)輸出控制信號(hào)通過(guò)光電隔離后傳送給繼電器。所述DSP信號(hào)處理模塊之間通過(guò)RS232總線(xiàn)聯(lián)接，進(jìn)行信息校核，以此確定故障線(xiàn)路。所述DSP信號(hào)處理模塊確定故障線(xiàn)路后，向管理模塊傳送故障信息。管理模塊也可以主動(dòng)查詢(xún)各信號(hào)處理模塊的故障信息以及記錄的波形信息。本實(shí)用新型應(yīng)用暫態(tài)信息選線(xiàn)，不受消弧線(xiàn)圈影響，對(duì)弧光接地工況的選線(xiàn)效果好，比傳統(tǒng)利用穩(wěn)態(tài)信息選線(xiàn)的方法準(zhǔn)確率更高，增強(qiáng)了抗干擾能力。

圖1是本實(shí)用新型裝置的系統(tǒng)總體方案框圖；圖2是管理模塊結(jié)構(gòu)圖；[0023]圖3是主DSP模塊結(jié)構(gòu)圖；圖4是實(shí)用新型裝置運(yùn)行流程圖；圖5是主程序流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。小電流接地系統(tǒng)單相接地選線(xiàn)裝置，包括管理模塊、DSP信號(hào)處理模塊兩大部分。管理模塊的功能主要是設(shè)置并保存參數(shù)、故障錄波分析、裝置人機(jī)接口、以太網(wǎng)通信等； DSP信號(hào)處理模塊的功能主要是利用DSP強(qiáng)大的運(yùn)算能力對(duì)采集故障信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 實(shí)現(xiàn)選線(xiàn)原理，同時(shí)將故障信息采集存儲(chǔ)到外擴(kuò)的Flash，便于管理模塊的查詢(xún)。本例采用Samsung公司的S3C2410微處理器為管理模塊CPU，S3C2410微處理器采用ARM920T內(nèi)核，是一個(gè)多用途的通用芯片，它內(nèi)部集成了微處理器和常用外圍組件，可用于各種領(lǐng)域。系統(tǒng)具有體積小、耗電低、處理能力強(qiáng)、等特點(diǎn)，能夠裝載和運(yùn)行嵌入式Linux 和Windows CE操作系統(tǒng)。用戶(hù)可以在這個(gè)微處理器為基礎(chǔ)的硬件模塊上進(jìn)行自主軟件開(kāi)發(fā)。以S3C2410構(gòu)建管理模塊，負(fù)責(zé)事件管理，主要功能有設(shè)置并保存參數(shù)、故障錄波分析、裝置人機(jī)接口、以太網(wǎng)通信。采用TI公司的TMS320F2812(以下簡(jiǎn)稱(chēng)F2812)DSP芯片為信號(hào)處理模塊CPU，構(gòu)建DSP模塊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和處理，充分利用其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和速度，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集和快速參數(shù)計(jì)算。管理模塊與DSP信號(hào)處理模塊之間通過(guò)外擴(kuò) Flash和RS232進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和指令傳送，管理模塊通過(guò)TCP/IP協(xié)議實(shí)現(xiàn)與調(diào)度中心的通
fn °硬件模塊是軟件算法的運(yùn)行載體，是保護(hù)裝置的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、高效選線(xiàn)的保障。本文設(shè)計(jì)的選線(xiàn)裝置采用“DSP+ARM”的處理機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)硬件總體方案如圖1所示。本保護(hù)裝置位于現(xiàn)場(chǎng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理，并接入工業(yè)以太網(wǎng)。本實(shí)用新型裝置的管理模塊由3個(gè)功能模塊構(gòu)成，包括人機(jī)接口和ARM功能板以及電源模塊。電源模塊負(fù)責(zé)為管理模塊提供電源。ARM功能板上的存儲(chǔ)器采用Flash ROM 及SD卡(或USB存儲(chǔ)設(shè)備)記錄系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，根據(jù)需求將數(shù)據(jù)上傳至調(diào)度中心。功能板上嵌入了通信接口，一方面通過(guò)RS232接口建立與DSP信號(hào)處理模塊的通信，負(fù)責(zé)接收來(lái)自 DSP的數(shù)據(jù)和向DSP發(fā)送指令；另一方面通過(guò)RJ45接口建立ARM功能板與上位機(jī)(或通過(guò)以太網(wǎng)與調(diào)度中心)的聯(lián)絡(luò)，上傳數(shù)據(jù)和接收遠(yuǎn)程指令。人機(jī)模塊包括VGA控制器、8英寸 LCD液晶顯示屏、觸摸屏，負(fù)責(zé)直觀顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀況，接收運(yùn)行人員發(fā)出的指令。管理模塊結(jié)構(gòu)如圖2所示。本實(shí)用新型裝置的DSP信號(hào)處理模塊由5個(gè)功能模塊構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括電源模塊、模擬量模塊、主板、數(shù)字模塊、顯示模塊、通信模塊。電源模塊為DSP信號(hào)處理模塊提供電源，模擬量模塊負(fù)責(zé)采集、調(diào)理信號(hào)，傳給DSP，數(shù)字模塊負(fù)責(zé)輸出數(shù)字信號(hào)控制遠(yuǎn)程繼電器，顯示模塊負(fù)責(zé)通過(guò)LCD顯示系統(tǒng)狀態(tài)，通信模塊負(fù)責(zé)建立與其他DSP之間的通信，以及與管理模塊之間的數(shù)據(jù)交換。DSP芯片采用TI公司的TMS320F2812，該芯片內(nèi)置12bit A/D轉(zhuǎn)換器，其前端2個(gè)獨(dú)立的8選1多路切換器和雙采樣/保持器，構(gòu)成16個(gè)模擬輸入通道，在數(shù)量上能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)要求；M812內(nèi)置ADC在25MHz的ADC時(shí)鐘下采樣頻率可達(dá)12. 5MSPS，顯然能滿(mǎn)足要求；12bit ADC在3V滿(mǎn)輸入范圍下，具有0. 7326mV(3V/4095)極限分辨率，足以滿(mǎn)足系統(tǒng)測(cè)
量分辨率的要求。DSP模塊顯示模塊由14個(gè)紅綠LED組成，其功能是顯示整個(gè)系統(tǒng)、各條線(xiàn)路以及裝置本身的運(yùn)行狀態(tài)。DSP信號(hào)處理模塊的儲(chǔ)存器采用AMD公司的Flash存儲(chǔ)器An^9LV160D，其作用是記錄故障波形，以及管理模塊和DSP信號(hào)處理模塊之間的數(shù)據(jù)交換，它的數(shù)據(jù)寬度為8位、 16位01^父8 bit/lMBX16 bit)可選，完全兼容JEDEC標(biāo)準(zhǔn)，并支持在系統(tǒng)編程，只需向其內(nèi)部的命令寄存器寫(xiě)入命令序列即可實(shí)現(xiàn)部分擦除、全部擦除、數(shù)據(jù)寫(xiě)入等功能；同時(shí)可提供硬件和軟件方法來(lái)檢查Flash的操作執(zhí)行情況，因此，能夠迅速存儲(chǔ)DSP采集的故障波形信息而無(wú)需插入等待狀態(tài)，同時(shí)也能滿(mǎn)足管理模塊的實(shí)時(shí)查詢(xún)功能。軟件設(shè)計(jì)實(shí)用新型裝置運(yùn)行流程圖如圖4所示。本裝置軟件主要由2部分組成小電流接地故障數(shù)字信號(hào)處理模塊軟件VI. 0和小電流接地故障管理模塊軟件VI. 0.小電流接地故障數(shù)字信號(hào)處理模塊軟件VI. 0采用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編寫(xiě)， DSP程序包括初始化子程序、自檢子程序、接地發(fā)生檢測(cè)子程序、A/D子程序、數(shù)據(jù)處理以及濾波子程序。其中主函數(shù)和DSP函數(shù)部分采用C程序編寫(xiě)；中斷服務(wù)和控制程序采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。DSP程序的功能是對(duì)采樣數(shù)據(jù)采集進(jìn)行擬合，提取故障特征信息，根據(jù)故障判據(jù)選判流程，分步進(jìn)行故障啟動(dòng)、故障確認(rèn)、波形存儲(chǔ)、故障指示等。管理模塊軟件VI. 0 是采用 Microsoft eMbedded Visual C++4. 0 編寫(xiě)的 Windows CE應(yīng)用程序，該程序包括各種初始化子程序、通信子程序、顯示子程序、觸摸屏指令處理子程序。數(shù)字信號(hào)處理模塊軟件VI. 0和管理模塊軟件VI. 0均有通信、顯示子程序，但兩者有區(qū)別。數(shù)字信號(hào)處理模塊軟件VI. 0通信子程序的作用包括2方面，一方面是接收管理模塊發(fā)出的指令，另一方面是在檢測(cè)到故障后向其他DSP信號(hào)處理模塊發(fā)送信息以便校驗(yàn)。 管理模塊軟件VI. 0的通信子程序的作用也包括2方面，一方面是接受調(diào)度中心指令及上傳數(shù)據(jù)，另一方面是向DSP信號(hào)處理模塊發(fā)送指令并查詢(xún)數(shù)據(jù)。數(shù)字信號(hào)處理模塊軟件V1.0顯示子程序的作用是把系統(tǒng)、線(xiàn)路及裝置本身的運(yùn)行和故障狀態(tài)通過(guò)紅綠LED在面板上顯示出來(lái)；管理模塊軟件VI. 0的顯示子程序的作用是通過(guò)8英寸IXD液晶顯示屏顯示系統(tǒng)參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)。主程序流程圖如圖5所示。圖中“單相接地發(fā)生”的條件是:U0彡Uset且Itl彡Iset 同時(shí)滿(mǎn)足(其中下標(biāo)0表示零序，下標(biāo)set表示啟動(dòng))的次數(shù)達(dá)到門(mén)檻值Tl。若此條件不成立，表示無(wú)單相接地發(fā)生或者故障處理后恢復(fù)正常。流程圖中“選線(xiàn)判斷”采用瞬時(shí)零序基波功率方向原理，僅依靠故障后四分之一周波(5ms)內(nèi)不受補(bǔ)償度、互感器飽和以及系統(tǒng)運(yùn)行方式等因素影響。判斷結(jié)果通過(guò)LCD彈出窗口報(bào)警并顯示相關(guān)故障信息。故障信息保留在DSP主板Flash ROM存儲(chǔ)器上，同時(shí)通過(guò) ARM系統(tǒng)將故障信息備份到擴(kuò)展存儲(chǔ)器上，以備管理模塊查詢(xún)，并通過(guò)通信接口向管理模塊發(fā)出信號(hào)，同時(shí)等待管理模塊指令。管理模塊接收到單相接地發(fā)生信號(hào)后，通過(guò)圖形化界面顯示故障狀態(tài)、聲光報(bào)警，以自動(dòng)或人工方式向信號(hào)處理模塊發(fā)出動(dòng)作指令。 DSP信號(hào)處理模塊動(dòng)作后，管理模塊記錄此次故障發(fā)生至處置全過(guò)程的數(shù)據(jù)，通過(guò)以太網(wǎng)上傳到調(diào)度中心存檔。
權(quán)利要求1.小電流接地系統(tǒng)單相接地選線(xiàn)裝置，包括管理模塊和DSP信號(hào)處理模塊，其特征是 所述管理模塊包括人機(jī)交互接口、ARM功能板以及電源模塊，所述電源模塊連接ARM功能板，所述人機(jī)交互接口連接至ARM功能板，所述ARM功能板嵌入了通信接口，管理模塊通過(guò)所述通信接口分別與調(diào)度中心和DSP信號(hào)處理模塊相連；所述DSP信號(hào)處理模塊由多個(gè)以DSP為核心構(gòu)成的獨(dú)立檢測(cè)模塊組成，采取一主多從的分布式結(jié)構(gòu)，各個(gè)DSP從模塊均與DSP主模塊相連，所述DSP信號(hào)處理模塊通過(guò)RS232總線(xiàn)與所述管理模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小電流接地系統(tǒng)單相接地選線(xiàn)裝置，其特征是所述單相接地選線(xiàn)裝置還進(jìn)一步包括信號(hào)調(diào)理電路，所述信號(hào)調(diào)理電路的輸入端與母線(xiàn)電壓互感器和各出線(xiàn)回路的電流互感器相連，所述信號(hào)調(diào)理電路的輸出端和DSP信號(hào)處理模塊的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小電流接地系統(tǒng)單相接地選線(xiàn)裝置，其特征是多個(gè)以 DSP為核心構(gòu)成的獨(dú)立檢測(cè)模塊結(jié)構(gòu)完全相同，所有部件采用插拔式結(jié)構(gòu)，不同模塊內(nèi)的部件全部兼容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小電流接地系統(tǒng)單相接地選線(xiàn)裝置，其特征是所述管理模塊的人機(jī)交互接口包括觸摸屏、鼠標(biāo)；所述管理模塊通過(guò)通信接口連接至管理計(jì)算機(jī)。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了小電流接地系統(tǒng)單相接地選線(xiàn)裝置，包括管理模塊和DSP信號(hào)處理模塊，所述管理模塊基于ARM9構(gòu)建，運(yùn)行WindowsCE，所述管理模塊包括人機(jī)交互接口、通信接口，通過(guò)所述通信接口分別與調(diào)度中心和DSP信號(hào)處理模塊相連。所述DSP信號(hào)處理模塊由多個(gè)以DSP為核心構(gòu)成的獨(dú)立檢測(cè)模塊組成，采取一主多從的分布式結(jié)構(gòu)，各個(gè)DSP從模塊，通過(guò)主模塊互相通信，并通過(guò)RS232總線(xiàn)與所述管理模塊通信。本實(shí)用新型通過(guò)DSP信號(hào)處理模塊確定故障線(xiàn)路，向管理模塊傳送故障信息。管理模塊也可以主動(dòng)查詢(xún)各信號(hào)處理模塊的故障信息以及記錄的波形信息。
文檔編號(hào)H02H7/26GK202013400SQ201120038060
公開(kāi)日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月14日
發(fā)明者馮波, 景泉茗, 羅建, 趙宏偉 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍后勤工程學(xué)院, 富邇海(重慶)電氣有限公司