配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種控制裝置，尤其涉及一種配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置。本發(fā)明的配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置，包括主控制器、模擬量采集模塊、開入開出模塊、通信模塊、鍵盤接口模塊、LCD顯示屏、網(wǎng)口模塊、RTC模塊、存儲模塊、電源模塊，主控制器分別與模擬量采集模塊、開入開出模塊、通信模塊、接口模塊、LCD顯示屏、網(wǎng)口模塊、RTC模塊、存儲模塊、電源模塊電連接。采用UC/OS-II實時嵌入式操作系統(tǒng)，滿足成套裝置要求的快速、多任務(wù)實時響應(yīng)的要求，價格低廉。
【專利說明】配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種控制裝置，尤其涉及一種配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術(shù)】
[0002]我國配電網(wǎng)數(shù)目龐大，分布范圍廣，設(shè)備絕緣水平低，易受電網(wǎng)內(nèi)部過電壓和外界自然環(huán)境的影響造成絕緣事故，供電可靠性亟待提高。其存在的主要問題:過電壓、選線定位、系統(tǒng)電容電流大幅度增長、弧光不能自熄等。
[0003]針對上述配電網(wǎng)存在的主要問題，近年來本領(lǐng)域技術(shù)人員提出了中性點采用消弧線圈并聯(lián)電阻接地方式來選線的思路，其配電網(wǎng)過電壓抑制及故障選線成套裝置，從系統(tǒng)的角度，綜合研究并實現(xiàn)過電壓抑制、單相接地故障選線、自動調(diào)諧功能，在測試原理和實現(xiàn)技術(shù)上實現(xiàn)突破。
[0004]但是，其存在的缺點主要有:
[0005]控制器采用工控機(jī)+采集卡+調(diào)理機(jī)，連接線多，且接觸不良，可靠性差；工控機(jī)內(nèi)硬盤、CPU風(fēng)扇、系統(tǒng)散熱風(fēng)扇等都是需要轉(zhuǎn)動的機(jī)械部件，抗震動能力和沖擊能力差；采集卡金手指站立安裝，抗震動能力和沖擊能力差、接觸可靠性差、耐灰塵能力差；工控機(jī)操作系統(tǒng)采用WIN2000、D0S等，系統(tǒng)不穩(wěn)定，不專業(yè)；工控機(jī)運行工作環(huán)境溫度在(TC~40°C，不能滿足配電系統(tǒng)的_25°C~+40°C要求；不能適應(yīng)更惡劣的工作環(huán)境，如粉塵、潮濕等，且價格昂貴。`
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的技術(shù)效果能夠克服上述缺陷，提供一種配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置，其針對上述配電網(wǎng)存在的主要問題，實現(xiàn)過電壓抑制、單相接地故障選線、自動調(diào)諧功能，在測試原理和實現(xiàn)技術(shù)上實現(xiàn)突破。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:其包括主控制器、模擬量采集模塊、開入開出模塊、通信模塊、鍵盤接口模塊、IXD顯示屏、網(wǎng)口模塊、RTC模塊、存儲模塊、電源模塊，主控制器分別與模擬量采集模塊、開入開出模塊、通信模塊、接口模塊、IXD顯示屏、網(wǎng)口模塊、RTC模塊、存儲模塊、電源模塊電連接；
[0008]所述的開入開出模塊包括開關(guān)量輸入模塊、光電隔尚模塊、開關(guān)量輸出模塊、光電/繼電器隔離模塊、FPGA模塊，開關(guān)量輸入模塊通過光電隔離模塊與FPGA模塊通信，開關(guān)量輸出模塊通過光電/繼電器隔離模塊與FPGA模塊通信；
[0009]所述的主控制器發(fā)出模擬量和開關(guān)量采集命令，模擬量采集模塊和開關(guān)量輸入模塊將線路中的各種電壓、電流信號及接觸器狀態(tài)信息發(fā)送給主控制器，主控制器首先根據(jù)設(shè)計的算法判斷電網(wǎng)工作狀態(tài)，若電網(wǎng)正常運行，及時跟蹤電網(wǎng)狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)控制命令，在LCD顯示屏上顯示電網(wǎng)工作狀態(tài)，定時將采集的信息上傳至上位機(jī)；若電網(wǎng)單相瞬時性接地故障或擾動和電網(wǎng)單相永久性接地故障，主控制器發(fā)出相應(yīng)接地故障處理命令，在IXD顯示屏上顯示何種接地狀態(tài)，同時在本機(jī)及向上位機(jī)發(fā)送和記錄接地故障信息，聲光報警告知操作人員。
[0010]本發(fā)明的技術(shù)是一種基于嵌入式DSP系統(tǒng)的配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置，主要用于配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離成套裝置中。該控制裝置基于配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離成套裝置的控制需求下設(shè)計而成，該控制裝置可靠、體積小、重量輕、價格便宜，專為配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離成套裝置而設(shè)計，安全。配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離成套裝置集配電網(wǎng)電容電流自動補(bǔ)償、過電壓抑制、單相接地故障選線、接地故障區(qū)段指示定位以及快速隔離等功能于一體，重點解決了這些功能的統(tǒng)一協(xié)調(diào)性問題以及判定高過渡電阻單相接地故障方面，目前普遍存在的裝置靈敏度和準(zhǔn)確度偏低等難題，可廣泛用于電力系統(tǒng)及煤炭、鋼鐵、冶金、化工等大型廠礦企業(yè)的6kV、10kV和35kV配電網(wǎng)，既適用于老電廠、變電站的改造，也可用于新建電廠、變電站，為保證電網(wǎng)的安全可靠運行提供一套綜合的解決方案，提高供電企業(yè)安全生產(chǎn)管理水平、工作效率以及經(jīng)濟(jì)效益。
[0011]該控制裝置實現(xiàn)配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離成套裝置自動跟蹤補(bǔ)償和故障選線的所有測量與控制任務(wù)，即測量系統(tǒng)的電容電流及調(diào)節(jié)控制消弧線圈的檔位；單相接地故障線路的選檢；對線路故障指示裝置發(fā)出工作指令，以完成接地故障指示功能。該控制裝置為該成套裝置的核心部件，相當(dāng)于人的大腦，其可靠性和測量、控制準(zhǔn)確性至關(guān)重要，如果出現(xiàn)問題，將給配電可靠性帶來嚴(yán)重危害。該控制裝置為配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離成套裝置核心部件，主要實現(xiàn)該成套裝置自動跟蹤補(bǔ)償和故障選線的所有測量與控制任務(wù)，因此要求該控制裝置敏度、準(zhǔn)確率高，電力測量與控制專業(yè)性高、安全可靠、實時性高，適用于配電系統(tǒng)的運行環(huán)境等要素。
[0012]所述的控制裝置采用ADI公司的BF518處理器作為系統(tǒng)的主控芯片，其集保護(hù)、測量、控制、遠(yuǎn)動和通信等多種功能于一體。所涉及的控制裝置采用內(nèi)置UC/0S-1I實時嵌入式操作系統(tǒng)，滿足成套裝置要求的快速、多任務(wù)實時響應(yīng)需求；所涉及的控制裝置測量和保護(hù)采用32路、16位同步采樣A/D轉(zhuǎn)換器，采樣速率高達(dá)200MSPS;所涉及的控制裝置人機(jī)界面采用640*800全漢化大屏幕液晶顯示器，界面友好直觀，操作簡單，使用方便。所涉及的控制裝置支持32路開關(guān)量輸入和32路開關(guān)量輸出，擴(kuò)展方便；所涉及的控制裝置提供豐富的通訊接口:兩路支持IEEE1588協(xié)議的10M/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)，一路RS232接口和一路RS485接口，支持本機(jī)的微型打印，實時打印出接地故障的相關(guān)信息，供備案查詢。
[0013]所述的模擬量采集模塊包括32路交流模擬量輸入、變壓器隔離模塊、整形濾波器、AD采集器，32路交流模擬量輸入依次通過變壓器隔離模塊、整形濾波器、AD采集器后發(fā)送到主控制器。
[0014]所述的AD采集器采用AD7606型號。
[0015]所述的FPGA模塊采用XC3S250E。
[0016]所述的通信模塊采用TL16C752B型號，其采用擴(kuò)展2路串口，實現(xiàn)RS232或RS485方式通信。
[0017]所述的網(wǎng)口模塊采用KS8893M型號。
[0018]所述的鍵盤接口模塊采用ADP5588型號。
[0019]所述的電源模塊采用RID-65B和RD-3513型號。[0020]根據(jù)預(yù)設(shè)計、改進(jìn)和調(diào)試等多個步驟實踐后，該款控制器目前用于XBDl型配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離成套裝置，代替了以往的工控機(jī)+采集卡+信號調(diào)理機(jī)；4U機(jī)箱代替8U機(jī)箱，尺寸減少50% ；以嵌入式代替工控機(jī)，無機(jī)械轉(zhuǎn)動部件，如硬盤等，可靠性提高；集信號調(diào)理采集于一體，采用板間連接器，減少了以往的采集與信號調(diào)理間的大批連接線，提高了可靠性；內(nèi)部硬件為專業(yè)定制，采用寬溫芯片適用于電力系統(tǒng)嚴(yán)酷的運行環(huán)境。采用UC/0S-1I實時嵌入式操作系統(tǒng)，滿足成套裝置要求的快速、多任務(wù)實時響應(yīng)的要求，價格低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的模塊結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0022]如圖1所示，本發(fā)明的配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置，包括主控制器、模擬量采集模塊、開入開出模塊、通信模塊、鍵盤接口模塊、IXD顯示屏、網(wǎng)口模塊、RTC模塊、存儲模塊、電源模塊，主控制器分別與模擬量采集模塊、開入開出模塊、通信模塊、接口模塊、IXD顯示屏、網(wǎng)口模塊、RTC模塊、存儲模塊、電源模塊電連接。
[0023]所述的開入開出模塊包括開關(guān)量輸入模塊、光電隔尚模塊、開關(guān)量輸出模塊、光電/繼電器隔離模塊、FPGA模塊，開關(guān)量輸入模塊通過光電隔離模塊與FPGA模塊通信，開關(guān)量輸出模塊通過光電/繼電器隔離模塊與FPGA模塊通信；開入開出電路，通過光電隔離實現(xiàn)電氣隔離和電平轉(zhuǎn)換，保證系統(tǒng)的抗干擾性。
[0024]所述的主控制器采用ADSP-BF518型號，發(fā)出模擬量和開關(guān)量采集命令，模擬量采集模塊和開關(guān)量輸入模塊將線路中的各種電壓、電流信號及接觸器狀態(tài)信息發(fā)送給主控制器，主控制器首先根據(jù)設(shè)計的算法判斷電網(wǎng)工作狀態(tài)，若電網(wǎng)正常運行，及時跟蹤電網(wǎng)狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)控制命令，在LCD顯示屏上顯示電網(wǎng)工作狀態(tài)，定時將采集的信息上傳至上位機(jī)；若電網(wǎng)單相瞬時性接地故障或擾動和電網(wǎng)單相永久性接地故障，主控制器發(fā)出相應(yīng)接地故障處理命令，在IXD顯示屏上顯示何種接地狀態(tài)，同時在本機(jī)及向上位機(jī)發(fā)送和記錄接地故障信息，聲光報警告知操作人員。
[0025]所述的主控器采用內(nèi)置UC/0S-1I實時嵌入式操作系統(tǒng)，滿足成套裝置要求的快速、多任務(wù)實時響應(yīng)需求；
[0026]所述的主控制器自帶RTC (英文全稱是Real-Time Clock,實時時鐘芯片)模塊，需要外接32.768KHz晶體，匹配電容、備份電源等原件，RTC最重要的功能是提供到2099年內(nèi)的日歷功能。
[0027]所述的模擬量米集模塊有32路模擬輸入信號,模擬輸入信號輸入TV/TA后變成模擬電壓信號，經(jīng)過調(diào)理后連接到ADC的輸入通道，每片ADC通過一個SPORT 口和BF518連接。
[0028]所述的模擬量采集模塊包括32路交流模擬量輸入、變壓器隔離模塊、整形濾波器、AD采集器，32路交流模擬量輸入依次通過變壓器隔離模塊、整形濾波器、AD采集器后發(fā)送到主控制器。
[0029]所述的AD采集器采用AD7606型號，共使用了四片AD7606，AD7606是16位的8通道同步采樣ADC，采樣率高達(dá)200kbps，并具有2x-64x的過采樣性能。從而實現(xiàn)32路通道的同步采集，滿足電力系統(tǒng)電壓電流同步采樣的要求，保證相位的一致，滿足實現(xiàn)接地選線原理、電容電流跟蹤的測量要求的幅值和相位的要求，測量精度準(zhǔn)確。從而為控制器的靈敏度和準(zhǔn)確度提供硬件保證。
[0030]所述的FPGA模塊采用XC3S250E。
[0031]所述的通信模塊采用TL16C752B型號，其采用擴(kuò)展2路串口，實現(xiàn)RS232或RS485方式通信，并與微型打印機(jī)相連，實現(xiàn)嵌入式實時自動打印。
[0032]所述的網(wǎng)口模塊采用KS8893M型號。KS8893M是一個3-PortlO/lOO內(nèi)置PHYs的Switch，與BF518的EMAC單元連接以獲取兩個10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)口，信號與外部通過以太網(wǎng)變壓器隔離。
[0033]所述的鍵盤接口模塊采用ADP5588型號。鍵盤模塊采用一片I2C接口芯片ADP5588，連接到BF518的TWI接口，通過TWI與ADP5588通信來獲取鍵值。系統(tǒng)采用鍵盤矩陣為4*4。ADP5588為10X8矩陣鍵盤掃描的鍵盤控制器，內(nèi)置去抖動電路。鍵盤中斷，可以選擇低電平有效輸出或者低電平脈沖輸出。本控制器6個按鍵為:丨丨一一；+，_，ESC，ENTER。同時控制四個指示燈:運行、接地、手動、報警；
[0034]所述的電源模塊采用RID-65B和RD-3513型號。此兩款電源為臺灣明緯G3系列電源:高信賴度，可承受5G震動與70°C高工作環(huán)溫，全機(jī)使用105°C高壽命電解電容，可承受300VAC突波輸入達(dá)5秒，適合使用于較嚴(yán)苛的工作環(huán)境。電源部分實現(xiàn)數(shù)字電源和模擬電源分開獨立供電，提高測量準(zhǔn)確度，提高抗干擾性能。
【權(quán)利要求】
1.一種配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置，其特征在于，包括主控制器、模擬量采集模塊、開入開出模塊、通信模塊、鍵盤接口模塊、IXD顯示屏、網(wǎng)口模塊、RTC模塊、存儲模塊、電源模塊，主控制器分別與模擬量采集模塊、開入開出模塊、通信模塊、接口模塊、IXD顯示屏、網(wǎng)口模塊、RTC模塊、存儲模塊、電源模塊電連接； 所述的開入開出模塊包括開關(guān)量輸入模塊、光電隔離模塊、開關(guān)量輸出模塊、光電/繼電器隔離模塊、FPGA模塊，開關(guān)量輸入模塊通過光電隔離模塊與FPGA模塊通信，開關(guān)量輸出模塊通過光電/繼電器隔離模塊與FPGA模塊通信； 所述的主控制器發(fā)出模擬量和開關(guān)量采集命令，模擬量采集模塊和開關(guān)量輸入模塊將線路中的各種電壓、電流信號及接觸器狀態(tài)信息發(fā)送給主控制器，主控制器首先根據(jù)設(shè)計的算法判斷電網(wǎng)工作狀態(tài)，若電網(wǎng)正常運行，及時跟蹤電網(wǎng)狀態(tài)，發(fā)出相應(yīng)控制命令，在LCD顯示屏上顯示電網(wǎng)工作狀態(tài)，定時將采集的信息上傳至上位機(jī)；若電網(wǎng)單相瞬時性接地故障或擾動和電網(wǎng)單相永久性接地故障，主控制器發(fā)出相應(yīng)接地故障處理命令，在LCD顯示屏上顯示何種接地狀態(tài)，同時在本機(jī)及向上位機(jī)發(fā)送和記錄接地故障信息，聲光報警告知操作人員。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置，其特征在于，所述的主控制器采用ADSP-BF518型號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置，其特征在于，所述的模擬量采集模塊包括32路交流模擬量輸入、變壓器隔離模塊、整形濾波器、AD采集器，32路交流模擬量輸入依次通過變壓器隔離模塊、整形濾波器、AD采集器后發(fā)送到主控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置，其特征在于，所述的AD采集器采用AD7606型號。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置，其特征在于，所述的FPGA模塊采用XC3S250E。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置，其特征在于，所述的通信模塊采用TL16C752B型號，其采用擴(kuò)展2路串口，實現(xiàn)RS232或RS485方式通信。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置，其特征在于，所述的網(wǎng)口模塊采用KS8893M型號。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置，其特征在于，所述的鍵盤接口模塊采用ADP5588型號。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的配電網(wǎng)過電壓抑制及故障定位隔離控制裝置，其特征在于，所述的電源模塊采用RID-65B和RD-3513型號。
【文檔編號】H02J13/00GK103746455SQ201310753603
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】孫文娟, 張立剛, 曲健, 周忠武 申請人:青島華電高壓電氣有限公司