專利名稱：基于嵌入式技術(shù)的小電流接地故障選線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于一種電力設(shè)備，具體涉及一種配電網(wǎng)小電流接地故障選線裝置， 適用于3 60kV中性點非有效接地電網(wǎng)，能夠在單相接地故障發(fā)生時，快速準(zhǔn)確選出故障線路。
背景技術(shù)：
我國3 60kV配電網(wǎng)廣泛采用中性點非有效接地方式，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，接地電流很小，可以在故障情況下繼續(xù)運行1 2個小時，但是必須盡快找到故障線路，這就提出了故障選線問題。目前傳統(tǒng)的微機型選線裝置分為兩大類，單片機裝置和工控機裝置。單片機裝置的基本特征是采用8位或16為單片機芯片，IM以下內(nèi)存，單色液晶。由于單片機裝置的CPU 運算速度低，因此無法運行復(fù)雜程序，導(dǎo)致選線正確性不高。由于單片機裝置不支持彩色液晶，不能使用鍵盤鼠標(biāo)，因此人機交互能力差。工控機裝置采用32位CPU，內(nèi)存可達(dá)64M以上，且具備硬盤，因此可以運行復(fù)雜的算法程序，選線正確率較高。但是由于工控機采用多個板卡共用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，長時間運行后可靠性較差。現(xiàn)場迫切需要能夠長期可靠運行，且功能強大的新型選線裝置。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提出適用于中性點非有效接地電網(wǎng)的選線裝置，填補了國內(nèi)外相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的空白。本實用新型的技術(shù)方案如下一種基于嵌入式技術(shù)的小電流接地故障選線裝置，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；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、彩色液晶通過背板連接線相連；電流互感器和電壓互感器通過電纜接入所述模擬量變換器板卡的輸入端；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以太網(wǎng)口與自動化后臺相連。所述彩色液晶采用640X480真彩色液晶。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、功能強大，最突出的特點就是界面風(fēng)格為Windows，支持USB鼠標(biāo)、USB鍵盤、U盤，人機交互性能很好，而且具有TCP/IP協(xié)議，以太網(wǎng)功能強大。選線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)行計算選出故障線路同時保存故障完整數(shù)據(jù)。選線結(jié)果采用四種方式輸出①液晶漢字化顯示；②通過開關(guān)量輸出板輸出硬節(jié)點報警信號；③通過串口輸出報警信號；④通過以太網(wǎng)輸出報警信號。選線裝置綜合了單片機和工控機的優(yōu)點，既保留了單片機的高可靠性，又實現(xiàn)了工控機的高性能，完全滿足現(xiàn)場要求。本實用新型的優(yōu)點如下1、集成度高，選線裝置所有板卡集成在一個4U機箱內(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，功能強大。4、選線裝置能夠記錄故障數(shù)據(jù)，即錄波功能支持USB鼠標(biāo)、USB鍵盤、U盤，人機交互性能很好。5、主機具備網(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hternet。
圖1是本實用新型的結(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。
具體實施方式
下面結(jié)合說明書如圖，通過具體實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說明。本實用新型提出了一種新型小電流接地故障選線裝置，屬于間隔層的一個設(shè)備， 與過程層和變電站層進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。選線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)行計算選出故障線路同時保存故障完整數(shù)據(jù)。選線裝置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ZL200320U6180. 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。選線結(jié)果采用四種方式輸出①液晶漢字化顯示；②通過開關(guān)量輸出板輸出硬節(jié)點報警信號；③通過串口輸出報警信號；④通過以太網(wǎng)輸出報警信號。選線裝置由嵌入式主板、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4U機箱內(nèi)，采用自然冷卻，電源、主板及機箱內(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，包括集成在一塊電路板上的主頻為 500MHz的32位ARM芯片、64M內(nèi)存、U8MFlash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、功能強大，最突出的特點就是界面風(fēng)格為Windows，且支持USB鼠標(biāo)、USB鍵盤、U盤，人機交互性能很好，而且具有TCP/IP協(xié)議，以太網(wǎng)功能強大。如圖1所示，選線裝置位于間隔層，位于過程層的電流互感器和電壓互感器通過二次電纜將模擬信號接入選線裝置的模擬量變換器板卡。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)行計算選出故障線路， 并且保存故障完整數(shù)據(jù)。選線結(jié)果由液晶漢字化顯示，或者通過串口上傳到自動化后臺，也可以通過開關(guān)量輸出板輸出硬節(jié)點報警信號，Dl至Dn表示DO輸出板卡上的繼電器單元。 通過以太網(wǎng)既可以輸出報警信號，也可以訪問局域網(wǎng)和hternet。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BDO-—BD15,通過ADDR總線口輸出地址總線AD0-AD25，SDRAM是MT48LC16，MT48LC16上的AO-—A12與地址總線對應(yīng)連接，MT48LC16上的DQO-—DQ15與數(shù)據(jù)總線對應(yīng)連接；FLASH是JS^F128，JS28F128 上的AO-—A24與地址總線對應(yīng)連接，JS28F128上的DQO-—DQ15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 100-—107 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；零序放大器由運算放大器AD620與電阻Rll、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 AO、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FPGAEP3C5F256、744M5、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A1-A6相連接，744245的B1-B6與 7404的A0-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)信號濾波器由以61、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 1乂+、1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 PI、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1.一種基于嵌入式技術(shù)的小電流接地故障選線裝置，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；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、彩色液晶通過背板連接線相連；電流互感器和電壓互感器通過電纜接入所述模擬量變換器板卡的輸入端； 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以太網(wǎng)口與自動化后臺相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式技術(shù)的小電流接地故障選線裝置，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、U8MFlash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1所述的基于嵌入式技術(shù)的小電流接地故障選線裝置，其特征為 所述彩色液晶采用640X480真彩色液晶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式技術(shù)的小電流接地故障選線裝置，其特征為 選線裝置支持USB鼠標(biāo)、USB鍵盤、U盤，可以將錄波數(shù)據(jù)拷貝到U盤上。
專利摘要本實用新型公開了一種基于嵌入式技術(shù)的小電流接地故障選線裝置，該裝置適用于3～60kV中性點非有效接地電網(wǎng)，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；所述模擬量變換器板卡、開關(guān)量輸出板卡、彩色液晶通過集成在主板上的高速總線與所述嵌入式主板連接；電流互感器和電壓互感器通過電纜接入所述模擬量變換器板卡的輸入端；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以太網(wǎng)口與自動化后臺相連。本實用新型技術(shù)成熟、可靠性高。
文檔編號G01R31/08GK202033448SQ20112007193
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者李巖松, 李硯, 齊鄭 申請人:北京丹華昊博電力科技有限公司, 華北電力大學(xué)