專利名稱：基于ft3傳輸協(xié)議的小電流接地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技術(shù)和設(shè)備，適用于3 60kV數(shù)字化變電站，能夠?qū)?相接地故障進行準確選線。
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)的微機型選線裝置已比較成熟，其基本原理是對外部接入的零序電壓和 零序電流信號進行AD采樣，然后進行計算處理。隨著新型電子式互感器技術(shù)、智能開關(guān)技 術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，以一次設(shè)備智能化、二次設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化為主要特征的數(shù)字化變電 站技術(shù)成為技術(shù)主流，而傳統(tǒng)型的微機型選線裝置已不適用與數(shù)字化變電站。在數(shù)字化變 電站中，小電流接地故障選線裝置需要利用所有線路的零序電流和母線的零序電壓，具有 間隔多、數(shù)據(jù)實時性要求高、數(shù)據(jù)通信量大等特點，因此其研制難度相對于其他數(shù)字保護要 大得多。
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，提出適用于數(shù)字化變電站的選線裝 置實現(xiàn)方案，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)方案如下一種小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線裝置，該單相接地故障選線裝置由高速串 口讀取模塊和主機兩個部分組成，所述高速串口讀取模塊插接在主機底板的PCI插槽上， 所述主機安裝于主機機箱內(nèi)；其特征為所述高速串口讀取模塊包括光_電轉(zhuǎn)換接口，嵌入式CPU處理模塊，以及PCI總 線驅(qū)動模塊；其中光_電轉(zhuǎn)換接口的輸入端連接光纖，將光纖輸入信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述 光-電轉(zhuǎn)換接口的輸出端與所述嵌入式CPU處理模塊的輸入端相連；所述嵌入式CPU處理模塊的輸出端通過所述PCI總線驅(qū)動模塊連接到PCI總線 上，所述PCI總線與主機CPU相連。其中光-電轉(zhuǎn)換接口能夠?qū)⒐饫w輸入信號轉(zhuǎn)換為電信號，供CPU處理；嵌入式CPU 處理模塊能夠按照IEC 60044-8傳輸協(xié)議中規(guī)定的高速串行FT3傳輸協(xié)議標準，讀取所接 收到的串口數(shù)據(jù)并解析出選線需要的零序電流和零序電壓數(shù)據(jù)；PCI總線驅(qū)動模塊能夠?qū)?解析后的零序電流和零序電壓數(shù)據(jù)發(fā)送到PCI總線上，按照總線標準傳送給主機CPU進行 處理。所述主機為工業(yè)控制計算機，包括PCI底板、主板、液晶、電子硬盤、內(nèi)存。其中主板 和高速串口讀取模塊通過底板的標準PCI總線進行數(shù)據(jù)交互，同時主板具備以太網(wǎng)口，主 機通過網(wǎng)線與變電站自動化后臺連接，上報選線結(jié)果。[0010]本實用新型的單相接地故障選線裝置專門針對數(shù)字化變電站使用，屬于間隔層的 一個設(shè)備，與過程層和變電站層進行數(shù)據(jù)交互。選線裝置無需AD采樣環(huán)節(jié)，直接接入電子 式電壓互感器和電子式電流互感器的數(shù)字信號，利用PCI總線將數(shù)字信號傳送到CPU進行 計算。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)，應用多種選線方法相融合進行綜合選線，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確選出故障線路。本實用新型的優(yōu)點如下1、適用于數(shù)字化變電站。2、擴展性好，具有多路光纖輸入接口，滿足變電站的需求。3、集成度高，選線裝置所有板卡集成在一個機箱內(nèi)。4、采用PCI總線，具有高速的數(shù)據(jù)處理能力。5、主機具備網(wǎng)口，能夠通過以太網(wǎng)上傳選線信息。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是高速串口讀取模塊的原理圖；圖3是光-電轉(zhuǎn)換接口的原理圖；圖4是嵌入式CPU處理模塊的原理圖； 圖5是PCI總線驅(qū)動模塊的原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，通過具體實施對本實用新型的技術(shù)方案作進一步詳細說明。本實用新型的單相接地故障選線裝置專門針對數(shù)字化變電站使用，屬于間隔層的 一個設(shè)備，與過程層和變電站層進行數(shù)據(jù)交互。選線裝置無需AD采樣環(huán)節(jié)，直接接入電子 式電壓互感器和電子式電流互感器的數(shù)字信號，利用PCI總線將數(shù)字信號傳送到CPU進行 計算。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)，應用多種選線方法相融合進行綜合選線，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確選出故障線路。單相接地故障選線裝置由高速串口讀取模塊和主機兩個部分組成。所述高速串口 讀取模塊包括光-電轉(zhuǎn)換接口，嵌入式CPU處理模塊，以及PCI總線驅(qū)動模塊。其中光-電 轉(zhuǎn)換接口能夠?qū)⒐饫w輸入信號轉(zhuǎn)換為電信號，供CPU處理；嵌入式CPU處理模塊能夠按照 IEC 60044-8傳輸協(xié)議中規(guī)定的高速串行FT3傳輸協(xié)議標準，讀取所接收到的串口數(shù)據(jù)并 解析出選線需要的零序電流和零序電壓數(shù)據(jù)；PCI總線驅(qū)動模塊能夠?qū)⒔馕龊蟮牧阈螂娏?和零序電壓數(shù)據(jù)發(fā)送到PCI總線上，按照總線標準傳送給主機CPU進行處理。高速串口讀 取模塊插接在主機底板的PCI插槽上，安裝于主機機箱內(nèi)。所述主機為工業(yè)控制計算機，包括PCI底板、主板、液晶、電子硬盤、內(nèi)存。其中主 板和高速串口讀取模塊通過底板的標準PCI總線進行數(shù)據(jù)交互，同時主板具備以太網(wǎng)口， 主機通過網(wǎng)線與變電站自動化后臺連接，上報選線結(jié)果。如圖1所示，選線裝置位于間隔層，位于過程層的電子式電流互感器和電子式電壓互感器采集到各個間隔的電流和電壓的數(shù)字信號，該數(shù)字信號通過IEC 60044-8傳輸協(xié) 議中規(guī)定的高速串行FT3傳輸協(xié)議標準傳送至選線裝置，傳輸介質(zhì)為光纖。D1至Dn表示高 速串口讀取模塊，選線裝置采用光-電轉(zhuǎn)換技術(shù)將接收到的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，利用高 速串口讀取技術(shù)讀取數(shù)據(jù)并解析出有用數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過PCI總線進入CPU進行計算準確選 出故障線路。選線裝置能夠?qū)⑦x線信息通過以太網(wǎng)上傳至變電站層的自動化后臺。高速串口讀取模塊原理如圖2所示，位于選線裝置內(nèi)，可以同時接受多路光信號。 每路光信號通過光纖連接到光電轉(zhuǎn)換器上，將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過電信號驅(qū)動電 路將信號整形，再輸入到嵌入式CPU處理模塊。之后，經(jīng)過PCI總線驅(qū)動模塊將所接收到的 經(jīng)過預處理的一組信號傳輸?shù)絇CI總線上，通過PCI總線輸入到CPU中進行處理。光-電轉(zhuǎn)換接口原理如圖3所示，位于高速串口讀取模塊中，是他的第一部分電 路。通過光纖連接到光電轉(zhuǎn)換器HFBR2412上，其中HFBR2412的第2腳連接至5V正電源上； 第3和7腳連接至電源地上；第6腳通過500歐姆電阻連接至5V正電源上。其中，第6腳 是電信號數(shù)據(jù)輸出端，連接到7406的第1腳上。7406的第7和14腳分別連接5V正電源和 地；7406的第2腳輸出是光_電轉(zhuǎn)換接口的最終輸出端。嵌入式CPU處理模塊原理如圖4所示，位于高速串口讀取模塊中，是他的第二部分 電路，接收光-電轉(zhuǎn)換接口的輸出信號。將所接收的信號輸入到單片機8051F310的第21 腳上。每一路光-電轉(zhuǎn)換接口電路都接到單獨的一片8051F310的第21腳上。8051F310將 所接收到的高速串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為特定格式數(shù)據(jù)，通過第27腳輸入到DSP芯片TMS320F2812
上92 (93，94，......，104)腳上，多個8051F310的輸出腳分別接到TMS320F2812上不同的
管腳上。PCI總線驅(qū)動模塊原理如圖5所示，于高速串口讀取模塊中，是他的第三部分電 路，接收嵌入式CPU處理模塊的輸出數(shù)據(jù)。TMS320F2812通過Adress Bus (地址總線)、 DataBus (數(shù)據(jù)總線)、Control Bus (控制總線)與PCI總線控制器PCI9052相連接，PCI總 線控制器PCI9052將TMS320F2812所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為PCI總線格式，通過PCI總線與CPU
相互通訊。
權(quán)利要求一種基于FT3傳輸協(xié)議的小電流接地選線裝置，該單相接地故障選線裝置由高速串口讀取模塊和主機兩個部分組成，所述高速串口讀取模塊插接在主機底板的PCI插槽上，所述主機安裝于主機機箱內(nèi)；其特征為所述高速串口讀取模塊包括光 電轉(zhuǎn)換接口，嵌入式CPU處理模塊，以及PCI總線驅(qū)動模塊；其中光 電轉(zhuǎn)換接口的輸入端連接光纖，將光纖輸入信號轉(zhuǎn)換為電信號，所述光 電轉(zhuǎn)換接口的輸出端與所述嵌入式CPU處理模塊的輸入端相連；所述嵌入式CPU處理模塊的輸出端通過所述PCI總線驅(qū)動模塊連接到PCI總線上，所述PCI總線與主機CPU相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FT3傳輸協(xié)議的小電流接地選線裝置，其特征為所述 主機為工業(yè)控制計算機，包括PCI底板、主板、液晶、電子硬盤、內(nèi)存；其中主板和高速串口 讀取模塊通過主機底板的標準PCI總線進行數(shù)據(jù)交互。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于FT3傳輸協(xié)議的小電流接地選線裝置，其特征為 所述的選線裝置專門應用于數(shù)字化變電站，其前端與電子式互感器連接，輸入信號為數(shù)字 信號，選線裝置沒有AD采樣環(huán)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于FT3傳輸協(xié)議的小電流接地選線裝置，其特征為所述 主機的主板具備以太網(wǎng)口，主機通過以太網(wǎng)與變電站自動化后臺連接，上報選線結(jié)果。
專利摘要本實用新型公開了一種基于FT3傳輸協(xié)議的小電流接地選線裝置，該單相接地故障選線裝置由高速串口讀取模塊和主機兩個部分組成，高速串口讀取模塊插接在主機底板的PCI插槽上，主機安裝于主機機箱內(nèi)。高速串口讀取模塊包括光-電轉(zhuǎn)換接口，嵌入式CPU處理模塊，以及PCI總線驅(qū)動模塊，其中光-電轉(zhuǎn)換接口的輸入端連接光纖，將光纖輸入信號轉(zhuǎn)換為電信號，光-電轉(zhuǎn)換接口的輸出端與所述嵌入式CPU處理模塊的輸入端相連。嵌入式CPU處理模塊的輸出端通過所述PCI總線驅(qū)動模塊連接到PCI總線上，PCI總線與主機CPU相連。裝置能夠?qū)⑦x線信息通過以太網(wǎng)上傳至變電站自動化后臺。本實用新型技術(shù)成熟、可靠性高，滿足現(xiàn)場的實用要求。
文檔編號H02H7/26GK201656455SQ20092024644
公開日2010年11月24日 申請日期2009年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23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