专利名称：嵌入式小电流接地故障选线及电能质量综合分析装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种电力设备，具体涉及一种配电网嵌入式小电流接地故障选线及电能质量综合分析装置，适用于3 60kV中性点非有效接地电网，能够实时监测系统对地绝缘状态和电能质量。在单相接地故障发生时，装置能快速准确选出故障线路；在电能质量出现异常时，装置能快速报警并记录波形。
背景技术：
我国3 60kV配电网广泛采用中性点非有效接地方式，又称为小电流接地系统，小电流接地系统的故障绝大多数是单相接地故障。发生单相接地故障时，接地电流很小，可以在故障情况下继续运行I 2个小时，但是必须尽快找到故障线路，这就提出了故障选线问题。 近年来，由于配电网接入了变频调速等大量的非线性负载，谐波污染已成为电网中很严重的污染源，谐波含量不断增加。另外由于非线性负载的接入，使得经常发生电网中闪变和电压波动，因此电能质量问题便成为电力系统急需解决的问题，电能质量的好坏也标志着电力系统运行和管理水平的情况。目前传统的微机型选线装置分为两大类，单片机装置和工控机装置。单片机装置的基本特征是采用8位或16为单片机芯片，IM以下内存，单色液晶。由于单片机装置的CPU运算速度低，因此无法运行复杂程序，导致选线正确性不高。由于单片机装置不支持彩色液晶，不能使用键盘鼠标，因此人机交互能力差。工控机装置采用32位CPU，内存可达64M以上，且具备硬盘，因此可以运行复杂的算法程序，选线正确率较高、电能质量精度高。但是由于工控机采用多个板卡共用PCI总线的架构，导致功耗较大，且风扇等易损元件较多，长时间运行后可靠性较差。目前针对输电网的电能质量检测装置已比较成熟，但是针对配电网的电能质量检测装置应用较少。现场迫切需要能够长期可靠运行，且功能强大的新型选线和电能质量装置。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术上的不足，提出适用于中性点非有效接地电网的选线及电能质量的综合装置，填补了国内外相关技术领域的空白。本实用新型的技术方案如下一种嵌入式小电流接地故障选线及电能质量综合分析装置，包括嵌入式主板、模拟量变换器板卡、开关量输出板卡、彩色液晶显示器；其特征为所述嵌入式主板与模拟量变换器板卡、开关量输出板卡、彩色液晶显示器通过背板连接线相连；位于过程层的各个间隔零序电流互感器、电流互感器、零序电压互感器和电压互感器分别通过二次电缆与所述模拟量变换器板卡的输入端相连；[0011]所述开关量输出板卡通过继电器单元连接到自动化后台；所述嵌入式主板还通过串口和以太网口与自动化后台相连。所述嵌入式主板包括集成在一块电路板上的主频为500MHz的32位ARM芯片、64M内存、128MFlash存储器、12位AD采样芯片、232/485串口和IOM以太网，主板安装嵌入式WinCE操作系统，不同的硬件功能对应WinCE操作系统的驱动程序，应用程序通过这些驱动程序对硬件进行控制。嵌入式WinCE操作系统可靠性高、功能强大。彩色液晶显示器采用640X480真彩色液晶，液晶显示Windows风格界面，设置USB鼠标、USB键盘、U盘等接口，人机交互性能很好，而且具有TCP/IP协议，以太网功能强大。选线及电能质量综合分析装置的工作原理是外部交流信号通过电缆接入模拟量变换器板卡，变换器将信号转变为-5V与+5V之间的低压模拟量信号，该模拟量进入主板后首先进行低通滤波，然后经过AD转换后变为数字信号，CPU对数字信号进行实时计算。
发生单相接地故障后，装置启动选线报警，选出故障线路并采用四种方式输出①液晶汉字化显示；②通过开关量输出板输出硬节点报警信号通过串口输出报警信号；④通过以太网输出报警信号。当装置检测到电能质量出现异常报警时，记录异常波形并采用四种方式输出 ①液晶汉字化显示；②通过开关量输出板输出硬节点报警信号通过串口输出报警信号；④通过以太网输出报警信号。选线及电能质量综合分析装置综合了单片机和工控机的优点，既保留了单片机的高可靠性，又实现了工控机的高性能，完全满足现场要求。本实用新型的优点如下I、集成度高，选线及电能质量综合分析装置所有板卡集成在一个4U机箱内，核心的CPU、内存、AD等芯片集成在一块电路板(主板)上,高速总线集成在主板内，主板与其他板卡之间不通过高速总线连接，提高了装置可靠性。2、运算速度快，采用32位ARM芯片，主频可达500MHz。3、采用WinCE操作系统,可靠性高,功能强大。4、装置能够记录单相接地故障和电能质量异常数据，即录波功能。支持USB鼠标、USB键盘、U盘，人机交互性能很好。5、主机具备网口，能够通过以太网上传选线信息，能够连接到局域网和Internet。
图I是本实用新型的结构示意图；图2是嵌入式主板的结构示意图；图3是AD功能的原理图；图4是DO功能的原理图；图5是以太网功能的原理图。
具体实施方式
下面结合说明书如图，通过具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。[0030]本实用新型提出了一种新型嵌入式小电流接地故障选线及电能质量综合分析装置，属于间隔层的一个设备，与过程层和变电站层进行数据交互。装置的工作原理是外部交流信号通过电缆接入模拟量变换器板卡，变换器将信号转变为-5V与+5V之间的低压模拟量信号，该模拟量进入主板后首先进行低通滤波，然后经过AD转换后变为数字信号，CPU对数字信号进行实时分析计算。发生单相接地故障后，装置启动选线报警，选线算法程序采用本公司的专利技术(专利名称小电流接地电网单相接地故障选线装置；专利号ZL200320126180. 5)，应用多种选线方法相融合进行综合选线，能够针对金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等各种情况准确选出故障线路。装置选出故障线路并采用四种方式输出①液晶汉字化显示；②通过开关量输出板输出硬节点报警信号；③通过串口输出报警信号；④通过以太网输出报警信号。当装置检测到电能质量出现异常报警时，记录异常波形并采用四种方式输出①液晶汉字化显示；②通过开关量输出板输出硬节点报警信号通过串口输出报警信号；④通过以太网输出报警信号。电能质量的具体内容包括电压波动、频率、电压电流谐波、电·压电流不平衡。装置由嵌入式主板、模拟量变换器板卡、开关量输出板卡、工业液晶显示器和电源组成，所有板卡安装在一个4U机箱内，采用自然冷却，电源、主板及机箱内部都无需安装风扇，没有易损元件。嵌入式主板是装置的核心，包括主频为500MHz的32位ARM芯片、64M内存、128MFlash存储器、12位AD采样芯片、232/485串口和IOM以太网。高速总线集成在主板内，主板与其他板卡之间不通过高速总线连接，提高了装置可靠性。主板安装嵌入式WinCE操作系统，不同的硬件功能对应WinCE操作系统的驱动程序，应用程序通过这些驱动程序对硬件进行控制。嵌入式WinCE操作系统可靠性高、功能强大，最突出的特点就是界面风格为Windows，且支持USB鼠标、USB键盘、U盘，人机交互性能很好，而且具有TCP/IP协议，以太网功能强大。如图I所示，新型嵌入式小电流接地故障选线及电能质量综合分析装置I位于间隔层II，位于过程层I的各个间隔零序电流互感器、电流互感器、零序电压互感器和电压互感器通过二次电缆将模拟信号接入装置I的模拟量变换器板卡2。Al至An表示板卡上的变换器单元，能够将电压和电流转变为-5V与+5V之间的低压模拟量信号，该模拟量进入主板4后首先进行低通滤波，然后经过AD转换后变为数字信号，CPU对数字信号进行实时分析计算，当发生单相接地故障时快速选出故障线路，并且保存故障波形完整数据；当电能质量的某项指标越限时，快速报警同时保存越限电能质量数据。选线和电能质量分析结果由液晶5汉字化显示，或者通过串口及以太网口上传到自动化后台6，也可以通过开关量输出板3输出硬节点报警信号，Dl至Dn表示DO输出板卡上的继电器单元。嵌入式主板结构原理如图2所示，嵌入式主板由CPU、FLASH、NAND FLASH、SDRAM、FPGA组成，CPU是PXA270C520，通过DATA总线口输出数据总线BDOBD15,通过ADDR总线口输出地址总线ADO—AD25，SDRAM是MT48LC16，MT48LC16上的AOA12与地址总线对应连接，MT48LC16上的DQODQ15与数据总线对应连接；FLASH是JS28F128，JS28F128上的AOA24与地址总线对应连接，JS28F128上的DQODQ15与数据总线对应连接；NAND FLASH 是 K9F4G08，K9F4G08 上的 ALE 与地址总线对应连接，K9F4G08 上的 100107与数据总线对应连接；FPGA是EP3C5F256，EP3C5F256上的I0_VB6与地址总线对应连接，EP3C5F256上的I0_VB5与数据总线对应连接。AD功能原理如图3所示，AD信号处理系统由电流/电压转换器、电压跟随器、零序放大器、AD转换器组成。小电流互感器与电阻Rz组成电流/电压转换器，将0-5A电流信号转换为0-3. 5V信号，电流/电压转换器的输入端接到线路高压电流互感器的二次侧，输出接到电压跟随器的输入端上；电压跟随器由运算放大器0P07与电阻R13组成，输出信号接到零序放大器上；零序放大器由运算放大器AD620与电阻R11、R12、Rf组成，AD620的REF端与AD7265的DcapA端相连接；零序放大器的输出端接到AD7265的VAl上；AD转换器是AD7265, AD7265 的 A0、Al、A2、CS、SCLK 通过端子 Pll、P12、P13、P14、P15 与端子 P41、P42、P43、P44、P45 相连接。DO功能原理如图4所示，DO信号系统由FPGA EP3C5F256、744245、7404和开关信号滤波器组成，EP3C5F256上的I0_VB6与CPU地址总线对应连接，EP3C5F256上的I0_VB5与 CPU数据总线对应连接，EP3C5F256的K2 — K7与744245的Al—A6相连接，744245的BI—B6与7404的AO—A5相连接，7404的01—06分别与对应的开关信号滤波器相连接，第一路开关信号滤波器由R201、R202、C201组成，第六路开关信号滤波器由R261、R262、C261组成，第一路开关信号滤波器的输出端连接到端子OUTl上，第六路开关信号滤波器的输出端连接到端子0UT6上。以太网功能原理如图5所示，以太网系统由以太网芯片DM9000、PH163539、端口RJ45组成，以太网芯片是DM9000，DM9000通过端口 SD0-SD15、CMD分别与CPU的数据总线和地址总线相连接，DM9000的输出端口了乂+、了乂-、1 +、1 -分别与？!1163539的端口 TD+、TD_、RD+、RD-对应相连接，PH163539 的端口 TX+、TX-、RX+、RX-分别与 RJ45 的端口 P1、P2、P3、P6对应连接、RJ45的P4、P5连接后与电阻R301串联后接地，RJ45的P7、P8连接后与电阻R302串联后接地。
权利要求1.ー种嵌入式小电流接地故障选线及电能质量综合分析装置，包括嵌入式主板、模拟量变换器板卡、开关量输出板卡、彩色液晶显示器；其特征为 所述嵌入式主板与模拟量变换器板卡、开关量输出板卡、彩色液晶显示器通过背板连接线相连； 位于过程层的各个间隔零序电流互感器、电流互感器、零序电压互感器和电压互感器分别通过二次电缆与所述模拟量变换器板卡的输入端相连； 所述开关量输出板卡通过继电器单元连接到自动化后台； 所述嵌入式主板还通过串口和以太网ロ与自动化后台相连。
2.根据权利要求I所述的嵌入式小电流接地故障选线及电能质量综合分析装置，其特征为 所述嵌入式主板包括集成在一块电路板上的主频为500MHz的32位ARM芯片、64M内存、128MFlash存储器、12位AD采样芯片、232/485串口和IOM以太网。
3.根据权利要求I所述的嵌入式小电流接地故障选线及电能质量综合分析装置，其特征为 所述彩色液晶显示器采用640X480真彩色液晶。
4.根据权利要求I所述的嵌入式小电流接地故障选线及电能质量综合分析装置，其特征为 所述嵌入式小电流接地故障选线及电能质量综合分析装置设置USB鼠标、USB键盘、和U盘接ロ。
专利摘要一种嵌入式小电流接地故障选线及电能质量综合分析装置，包括嵌入式主板、模拟量变换器板卡、开关量输出板卡、彩色液晶显示器；所述嵌入式主板与模拟量变换器板卡、开关量输出板卡、彩色液晶显示器通过背板连接线相连；位于过程层的各个间隔零序电流互感器、电流互感器、零序电压互感器和电压互感器分别通过二次电缆与所述模拟量变换器板卡的输入端相连；所述开关量输出板卡通过继电器单元连接到自动化后台；所述嵌入式主板还通过串口和以太网口与自动化后台相连。本实用新型技术成熟、可靠性高。
文档编号G01R31/00GK202631675SQ20122022668
公开日2012年12月26日 申请日期2012年5月18日 优先权日2012年5月18日
发明者肖红玉, 董武亮, 熊乐乐, 李砚, 蔡志伟 申请人:河南省电力公司洛阳供电公司, 北京丹华昊博电力科技有限公司