专利名称：小电流接地智能选线装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于继电保护领域，具体是一种应用于小电流接地系统单相接 地故障的小电流接地智能选线装置。
技术背景
我国中压配电网一般采用不接地或者经过消弧线圈接地的方式，即我们所说 的小电流接地系统。发生小电流接地故障时，并未破坏系统电压的对称性而且电 流值较小，所以有关规程规定小电流接地系统发生单相接地故障时可以继续运行
1 2 h。但由于发生故障时非故障相的电压上升至线电压，长时间运行会使单相 接地变成多点短路。而且当发生弧光接地时还会引起全系统的过电压，损坏设备， 破坏系统的安全运行。实际运行中，单相接地故障约占总故障次数的80%。因此， 在小电流接地系统发生单相接地故障时，正确及时的把故障线路检测出来，对提 高供电可靠性，具有重要的现实意义。
以往的选线方法大都是根据故障时候的稳态特性进行选线。而随着配电电网 的发展，配电网的结构越来越复杂，根据故障稳态信息进行选线的方法已经不能 满足供电可靠性的要求。而小电流接地故障发生时，线路里包含着丰富的暂态信 息，利用暂态信息可以达到很好的选线效果。
发明内容
小电流接地故障产生的暂态电流比稳态电流大很多倍，系统对地电容与故 障点之间的充放电，将产生振幅比稳态基频大许多倍的高频暂态分量，暂态信号 包含的信息丰富且容易测量，而且暂态量频率较高，这时消弧线圈相当于开路， 对暂态量不起作用，所以利用故障暂态信息进行选线具有优势。
小电流接地智能选线装置，包括事件管理模块、数据处理模块、数据采集 模块、数据交换模块、电源模块、显示与控制模块、CAN通信模块；所述电源 模块连接所述各个模块，为它们提供电源；所述数据采集模块的输出信号传到数 据处理模块，数据处理模块与事件管理模块连接，进行数据交换；事件管理模块 的输出端连接显示与控制模块；所述事件管理模块的输出端还连接CAN通信模 块。(由于采用了上述方法，可以用算法实现滤波，所以本装置省去了一系列滤 波器。)
所述数据处理模块采用以DSP为核心的电路，事件管理模块采用以单片机 为核心的电路，它们之间用双端口 RAM进行数据交换。
所述双端口 RAM在同时读取不同存储空间的数据和同时读取相同空间的 数据时，左右端口可以同时进行；若同时对相同的空间进行写操作，或者某一端 口在对一数据空间进行读操作的同时另一端口对该数据空间进行写操作时，左右 两端中先进行存储请求的端口被允许操作，后请求的禁止操作。
所述DSP还扩展连接有A/D转换器。
由于配电网结构复杂、线路众多，需要采集的信息量十分的大。对于这样多 的数据采集、分析计算，大量的数据上传等功能，由一块单片机往往是难以胜任 的。数字信号处理器(DSP)由于具有处理速度快，适合数字信号处理的特点， 可以很好的解决数据采集和处理问题。考虑到装置的控制功能，本装置采用单片
3机和DSP双CPU结构作为小电流接地选线保护装置的核心。具备了双CPU结构 的小电流接地选线装置，能够实现大规模数据采样，数据处理，数据上传等功能， 能够很好的满足配电网的R益发展及其对保护装置功能和可靠性不断提高的要 求。
DSP作为运算CPU负责与数据采集模块连接、选线计算部分；单片机作为 管理CPU主要负责人机交互和与上位机通信部分。DSP处理器由于内部采用哈 佛总线结构，指令是流水线操作，以及独立的硬件乘法器结构等，非常适合进行 大量的数字信号处理，以及实时的数据分析和监控。
本装置解决了现有技术中存在的问题。通过实验，使用本方案后，选线精 度得到显著提高。


图1是暂态等效电路图
图2是本实用新型装置的系统总体方案框图
图3是DSP与一片ADS8364的连接
图4是单片机与HG12605-A的连接
图5是双CPU与双口 RAM的连接
图6 — 1是DSP的主程序流程图
图6_2与单片机的主程序流程图
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步说明。
小电流接地智能选线装置，包括事件管理模块、数据处理模块、数据采集 模块、数据交换模块、电源模块、显示与控制模块、CAN通信模块；所述电源 模块连接所述各个模块，为它们提供电源；所述数据采集模块的输出信号传到数 据处理模块，数据处理模块与事件管理模块连接，进行数据交换；事件管理模块 的输出端连接显示与控制模块；所述事件管理模块的输出端还连接CAN通信模 块。(由于采用了上述方法，可以用算法实现滤波，所以本装置省去了一系列滤 波器。)
所述数据处理模块采用以DSP为核心的电路，事件管理模块采用以单片机 为核心的电路，它们之间用双端口 RAM进行数据交换。
所述双端口 RAM在同时读取不同存储空间的数据和同时读取相同空间的 数据时，左右端口可以同时进行；若同时对相同的空间进行写操作，或者某一端 口在对一数据空间进行读操作的同时另一端口对该数据空间进行写操作时，左右 两端中先进行存储请求的端口被允许操作，后请求的禁止操作。
所述DSP还扩展连接有A/D转换器。
本例采用TI公司的TMS320LF2407A (以下简称LF2407A) DSP芯片为数 据采集和处理CPU,充分利用其强大的数据处理能力和速度，实现多点数据采 集和快速参数计算。
硬件平台是软件算法的运行载体，是保护装置的基础，是实现准确、高效选 线的保障。本文设计的选线装置釆用双CPU : "DSP+单片机"的处理机构。系 统硬件总体方案如图2所示。装置的硬件系统由7个功能模块组成事件管理模 块(主CPU)、数据处理模块(从CPU)、数据采集模块、数据交换模块、电源 模块、显示与控制模块、CAN通信模块。本保护装置位于现场，进行数据采集和处理，并且与上位机之间进行通信。
本装置采用M16C/60系列单片机为主CPU，负责事件管理，主要功能有 系统显示、控制和与上位机通信；采用TMS320LF2407A DSP为从CPU，负责 数据采集与处理；DSP与单片机之间用双端口 RAM进行数据交换。系统通过 CAN现场总线接口实现与上位机的通信。 数据采集模块
TMS320LF4207A本身虽然自带A/D转换器，但其转换精度只有10位，且 转换速度也不高(500ns)，为了实现更高的速度和精度，选择了扩展ADS8364 芯片。ADS8364，是一种高速、低功耗、双16bA/D转换器，有6个模拟量输入 通道。可用BVDD独立供电。它有6个完全相同的采样保持电路，分成A、 B、 C 3组，每一组都由1个HOLD引脚控制。ADS8364可以从外部引入最大5MHz
的时钟频率，此时采样时间是0.8/w，转换时间只有3.2/w， A/D的最大采样率
达到250K，要达到此值，可在下一次转换开始时读取上一次的转换结果。此A/D 完全可以满足本装置的采样要求。AD芯片与DSP的连接如图3所示。'
系统采用I/O接口启动AD转换。6片ADS8364的片选信号由译码器电路和 IS， A15信号共同产生。通过IOPB4使得HOLDA、 HOLDB 、 HOLDC同时 为低电平，对6个通道同时采样。AD的EOC引脚与DSP的外部中断XINT1相 连接，由AD转换结束信号发出中断请求，读取AD转换结果。由A0、 Al、 A2 控制采样模式。 液晶显示模块
本装置采用单片机与HG12605-A液晶显示模块连接来实现人机接口。本模 块主要完成显示时间和日期，显示故障线路编号，显示装置运行状态与装置内 部故障信息，显示串口通信参数的任务。
HG12605-A中内藏ST7920点阵式LCD控制与驱动芯片，可以显示字母、 数字符号、汉字、以及自定义文字符号。ST7920芯片内部集RAM和ROM、字 型产生器、以及液晶驱动器和控制电路与一体，因此，只要一个很小的处理系统， 就可以操作HG12605-A液晶显示模块，并且硬件连接简单。液晶模块和单片机 的连接如图4所示。
图中E为芯片使能引脚。DB0-DB7为数据总线。通过D/I ， R/W以及和DB0-DB7 的各种组合，可以完成对液晶模块的初始化操作和数据读写。LEDA和LEDK为 液晶模块的背光，可以通过可调电阻调节亮度。 双CPU系统的数据交换模块
由于系统采用双CPU，为了实现两个CPU之间大量数据的快速交换，本装 置采用双口RAM来实现两CPU之间快速的数据交换。
IDT7312是高速2k*8双端口静态RAM,可提供两个拥有独立的控制总线、 地址总线和I/0总线端口，允许CPU独立访问内部的任何存储单元。本文使用 双端口 RAM IDT7312来实现DSP与单片机双CPU的连接。图5是DSP与单片 机通过RAM IDT7312的连接图。
采用硬件判优方案解决容易发生的争用问题。同时读取不同存储空间的数据 和同时读取相同空间的数据时，左右端口可以同时进行。若同时对相同的空间进 行写操作，或者某一端口在对一数据空间进行读操作的同时另一端口对该数据空 间进行写操作，左右端口将发生冲突。我们在设计时通过BUSY引脚来解决这 一问题。当左右端口对不同存储空间进行读写操作时，可以同时存取。此时，左右端口的BUSY信号同时位高。若对同一存储空间同时进行写操作或一个读一 个写操作时，哪一端的存储请求信号先出现，则该端的BUSY信号置为高，允 许操作。哪一端的存储信号出现在后，哪一端的BUSY信号将置为低，禁止操 作。
CAN通信模块
本装置采用CAN总线实现与上位机的通信。CAN模块由三个部分组成(1) 微控制器；(2) CAN控制器；(3) CAN收发器。
M16C/60系列单片机本身具有CAN总线控制器模块，可以按照预定的程序 进行处理，可以将数据以CAN报文的形式传递，并进行系统的诊断、测试及处 理CAN总线上的错误等。外接CAN收发器是CAN控制器和CAN总线之间的 接口 ，完成物理电平的转换。选用的TJA1050是区域网络CAN协议控制器和物 理总线之间的接口，它应用在波特率范围为0.02-lMb/S的高速自动化领域中， 可为总线提供不同的发送性能，为CAN控制器提供不同的接收性能。 软件设计
本装置要完成的主要任务有数据采集、数据处理、通信与显示。其中数据采 集和处理任务是由DSP负责完成，数据显示和通信的任务由单片机负责。单片 机程序包括各种初始化子程序、通信子程序、显示子程序，采用C语言编写。 DSP程序包括初始化子程序、自检子程序、接地发生检测子程序、A/D子程序、 数据处理以及滤波子程序，采用C语言和汇编语言混合编写。其中主函数和DSP 函数部分采用C程序编写；中断服务和控制程序采用汇编语言编写。
程序流程图如图6所示。图中的Earthstart为接地故障发生标志，通过检测 8路电压信号，当判别有接地故障时将Earthstart置l。 FinFlag为计算完成标志。 外部输入的电流信号经过输入转换电路变为低压小信号，经过平移电路和信号调 理，成为可以直接被A/D转换的采样信号，输入A/D转换器。DSP芯片从A/D 的寄存器中读取数据。当所有的转换都结束时，DSP启动数据处理程序。计算完 成后，将计算结果存储在双口 RAM中，并把FinFlag标志置1。当单片机查询 到此标志为真时，启动数据读取程序，从双口 RAM中读取DSP已经运算完成 的数据。当读取完成时，FinFlag和Earthstart标志都置为0，然后完成显示任务 和串行通信任务。系统等待下一次接地故障的发生。
权利要求1、小电流接地智能选线装置，其特征是包括事件管理模块、数据处理模块、数据采集模块、数据交换模块、电源模块、显示与控制模块、CAN通信模块；所述电源模块连接所述各个模块，为它们提供电源；所述数据采集模块的输出信号传到数据处理模块，数据处理模块与事件管理模块连接，进行数据交换；事件管理模块的输出端连接显示与控制模块；所述事件管理模块的输出端还连接CAN通信模块。
2、 根据权利要求1所述的小电流接地智能选线装置，其特征是所述数据处 理模块釆用以DSP为核心的电路，事件管理模块釆用以单片机为核心的电路， 它们之间用双端口 RAM进行数据交换。
3、 根据权利要求2所述的小电流接地智能选线装置，其特征是所述DSP还 扩展连接有A/D转换器。
专利摘要小电流接地智能选线装置，包括事件管理模块、数据处理模块、数据采集模块、数据交换模块、电源模块、显示与控制模块、CAN通信模块；所述电源模块连接所述各个模块，为它们提供电源；所述数据采集模块的输出信号传到数据处理模块，数据处理模块与事件管理模块连接，进行数据交换；事件管理模块的输出端连接显示与控制模块；所述事件管理模块的输出端还连接CAN通信模块。本装置解决了现有技术中存在的问题。通过实验，使用本方案后，选线精度得到显著提高。
文档编号G01R31/08GK201345541SQ20082021492
公开日2009年11月11日 申请日期2008年12月25日 优先权日2008年12月25日
发明者浩 孙, 莘 林 申请人:南京因泰莱配电自动化设备有限公司