CN103779967A

CN103779967A - 用于配电自动化终端的测控系统及其测控模组

Info

Publication number: CN103779967A
Application number: CN201410049330.XA
Authority: CN
Inventors: 李君�; 黄雄凯; 阳武; 谈赛
Original assignee: CHANGSHA WASION INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Hunan Weisheng Information Technology Co ltd; Willfar Information Technology Co Ltd
Priority date: 2014-02-13
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2034-02-13
Also published as: CN103779967B

Abstract

本发明公开了一种用于配电自动化终端的测控系统，该系统包括DSP、CPLD、若干A/D转换器、若干电流互感器、若干电压互感器、若干接线端子、隔离继电器输出控制电路、遥信输入电路、通信模块、信号放大调理电路和系统电源；电流互感器和电压互感器的一次侧分别与电流端子和电压端子连接，其二次侧通过信号放大调理电路与A/D转换器的输入端连接；CPLD通过I/O端口与A/D转换器连接；DSP通过GPIO端口与CPLD连接；CPLD通过信号输出端口与隔离继电器输出控制电路连接；CPLD的信号输入端口通过遥信输入端电路与若干遥信端子连接。本发明具有保护出口时间短、可靠性高、便于监测回路数量的扩展、集成度高的特点。

Description

用于配电自动化终端的测控系统及其测控模组

技术领域

本发明涉及一种用于配电自动化终端的测控系统及其测控模组。

背景技术

配电自动化终端主要用于开闭所、开关站、电缆分界室、环网柜等场所的监控。目前应用较多的配电自动化终端的测控系统，采用独立的互感器板，其通过背板将模拟量汇集到采样板；遥控板采用独立的控制器进行控制；遥信也是采用独立的控制器进行采样；其模数转换一般采用多路开关加A/D转换器的方案，虽然这类终端也能可进行线路的采集与控制，但仍然存在较多问题：

（1）采用独立的互感器板，通过背板将模拟量汇集到采样板，在互感器扩展时，需通过采样板进行校表，对于已经安装在现场的配电自动化终端，现场校表将难以实现；

（2）采用多路开关加A/D转换器的方案，由于开关切换需要延时，难以保证采样的同步性，导致电压电流进行相位计算时，误差较大，从而影响接地故障判断的准确度；

（3）遥控板采用独立的控制器，并通过背板与主控进行信息交互，在进行短路保护控制时，需经过DSP数据运算，保护指令通过背板下发到主控，主控通过背板下发到遥控板，最后由遥控板执行保护跳闸指令等步骤，过程复杂，延时较长，保护出口时间一般在60ms以上，难以适应快速切断故障的应用需求；

（4）模拟量等信号通过背板传送到测控板，传输距离长，容易受电磁干扰，可靠性不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种能对多条线路进行采集与控制且集成度高的用于配电自动化终端的测控系统及其测控模组。

本发明提供的这种用于配电自动化终端的测控系统，该系统包括DSP、CPLD、若干A/D转换器、若干电流互感器、若干电压互感器、若干电压端子、若干电流端子、若干遥信端子、若干遥控端子、隔离继电器输出控制电路、遥信输入电路、通信模块、信号放大调理电路和系统电源；所述电流互感器和电压互感器的一次侧分别与所述电流端子和所述电压端子连接，其二次侧通过信号放大调理电路与A/D转换器的输入端连接；所述CPLD通过I/O端口与所述A/D转换器连接；DSP通过GPIO端口与CPLD连接；CPLD通过信号输出端口与隔离继电器输出控制电路连接；CPLD的信号输入端口通过遥信输入端电路与若干遥信端子连接；系统电源为DSP、CPLD、若干A/D转换器、隔离继电器输出控制电路和遥信输入电路供电。

该系统还包括若干遥信指示灯；所述CPLD的I/O端口与各个所述指示灯连接。该系统还包括看门狗电路；所述看门狗电路与所述DSP的GPIO端口连接。该系统还包括温度传感器；所述温度传感器的输出端与所述DSP的I2C端口连接，用于所述电流互感器的温度补偿。所述CPLD包括继电器互斥模块和AD同步采样控制模块。所述隔离继电器输出控制电路包括若干合闸继电器和若干分闸继电器。所述继电器互斥模块在由所述DSP传至所述CPLD的合闸信号与分闸信号不同时有效时输出遥控合闸或遥控分闸信号至所述隔离继电器输出控制电路；该模块在所述合闸信号和分闸信号同时有效时，判断为非法指令。所述AD同步采样控制模块在若干所述A/D转换器的AD转换均完成后建立所述A/D转换器与所述DSP的数据传输通道，将AD转换数据传送至所述DSP。所述通信模块包括RS485通信电路和CAN总线通信电路。所述系统电源包括装置电源和隔离电源；所述装置电源包括2.5V基准电源、3.3V数字电源和5V模拟电源；所述隔离电源包括用于给所述遥信输入电路供电的24V电源和用于给所述隔离继电器输出控制电路供电的12V电源入。

由此设计的测控模组包括互感器PCB板、测控PCB板、测控扩展PCB板；测控PCB板置于中间，互感器PCB板与测控扩展PCB板分置于所述测控PCB板的两侧；所述测控PCB板通过双排插针与所述互感器PCB板连接，所述测控扩展PCB板通过双排插针与所述测控PCB板连接。

所述互感器PCB板上布置有若干电流互感器、若干电压互感器、若干电流端子、若干电压端子和若干双排插针。所述测控PCB板上布置有一片DSP、一片CPLD、若干A/D转换器、若干遥信端子、若干合闸继电器、若干分闸继电器和若干双排插针。所述测控扩展PCB板上布置有若干遥信端子、若干合闸继电器、若干分闸继电器和若干双排插针。

与现有技术相比，本发明所带来的有益效果是：

（1）本发明可单独生产、测试、校表；现场监控回路扩展时，直接将本发明接入即可，可扩展性高；

（2）本发明采用多片其每个通道具有独立转换器的A/D转换器芯片，并通过CPLD对两处A/D转换器芯片进行同步采样控制，实现多通道模拟量真同步采样控制，将电压、电流以及相位计算误差降到最低，提高接地故障定位的准确度；

（3）本发明的模拟量数据由DSP分析处理，短路保护由DSP控制输出，保护出口时间小于30ms；

（4）本发明将互感器PCB板、测控PCB板集成在一起，信号传输距离短，不易受电磁干扰影响，具有可靠性高的特点；

（5）本发明还对DSP发出的分闸、合闸控制执行指令经CPLD进行互斥逻辑判断后，再由CPLD控制继电器执行有效的遥控指令，从硬件上保证分闸、合闸指令不会同时执行。

附图说明

图1是本发明的原理示意框图。

图2是本发明的AD同步采样控制电路图。

图3是本发明的隔离继电器输出控制电路图。

图4是本发明的故障判断与隔离流程图。

图5是本发明模组箱体内部的正视图。

图6是本发明模组箱体内部的侧视图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括1片DSP、1片CPLD、2片A/D转换器、12个电流互感器、3个电压互感器、隔离继电器输出控制电路、遥信输入电路、通信模块、信号放大调理电路、系统电源、若干接线端子和若干遥信指示灯。这些接线端子包括若干电压端子、若干电流端子、若干遥信端子和若干遥控端子。通信模块包括RS485通信电路和CAN总线通信电路。

电流互感器的一次侧与电流端子和电压端子连接，其二次侧通过信号放大调理电路与A/D转换器的输入端连接；电压互感器的一次侧与电压端子连接，其二次侧通过信号放大调理电路与A/D转换器的输入端连接。CPLD的I/O端口与A/D转换器连接；其信号输出端口与隔离继电器输出控制电路连接；其信号输入端口通过遥信输入电路与若干遥信端子连接；其I/O端口与若干遥信指示灯连接。DSP通过GPIO端口与CPLD连接；其通过GPIO端口与看门狗电路连接；其通过I2C端口与温度传感器连接；其通过UART2端口与RS485通信电路连接；其通过SPI-0端口与CAN总线通信电路连接。

系统电源为DSP、CPLD、若干A/D转换器、隔离继电器输出控制电路和遥信输入电路供电。系统电源包括装置电源和隔离电源。装置电源包括2.5V基准电源、3.3V数字电源和5V模拟电源。隔离电源包括用于给所述遥信输入电路供电的24V电源和用于给所述隔离继电器输出控制电路供电的12V电源入。本发明的电源均通过板件连接器从外引入。

A/D模数转换器采用型号为AD7606的模数转换芯片，该型号芯片为8通道16位高性能模数转换器，其每个通道具有独立转换器。本发明采用两片此类A/D转换器可同时接入16位模拟量。

DSP采用型号为TMS320C6747的芯片，其为主频可达300MHz的浮点型数字信号处理器。

CPLD采用型号为EPM240T100I5的芯片。

若干遥信指示灯与若干路遥信对应；哪路遥信发来，则电量对应的那个指示灯。

看门狗电路实为一个定时计数器，用于防止程序进入死循环。

温度传感器用作测量板极温度以及电流互感器的温度补偿。

CPLD包括AD同步采样控制模块以及继电器互斥控制模块，下面结合附图分别对二者进行详细说明。

如图2所示，CPLD的AD同步采样控制模块是实现本发明AD同步采样的关键。模拟信号1～模拟信号8分别接入A/D转换器AD1的各个通道，模拟信号9～模拟信号15分别接入A/D转换器AD2的各个通道。A/D转换器AD1的采样中断引脚AD_BUSY1、片选引脚AD_CS1、复位引脚AD_RST、同步转换引脚AD_CONV、时钟引脚AD_CLK1、数据引脚AD_DATA1分别连接到CPLD的IO端口的对应引脚；A/D转换器AD2的采样中断引脚AD_BUSY2，片选引脚AD_CS2，复位引脚AD_RST，同步转换引脚AD_CONV，时钟引脚AD_CLK2，数据引脚AD_DATA2分别连接到CPLD的IO端口的对应引脚。CPLD的GPIO端口的AD时钟引脚AD_CLK、AD数据引脚AD_DATA、AD中断引脚AD_INT与DSP的对应引脚连接。

CPLD为2片A/D转换器的同步采样控制器。CPLD上电后，对2片A/D转换器复位，并通过同步转换引脚AD_CONV对该两片A/D转换器启动同步转换信号；待两片A/D转换器的模数转换完成后，才由CPLD建立数据传输通道，并将数据搬运到DSP。由此可完成AD同步采样，并降低DSP通信负荷。

图2中CPLD的GPIO端口的遥控执行信号引脚YK_ZX_DSP、遥控合闸信号引脚YK_H_DSP、遥控分闸信号引脚YK_F_DSP、遥控反校信号引脚YK_FJ_DSP与DSP的对应引脚连接。

图3所示为隔离继电器输出控制电路。该控制电路包括合闸继电器K1、分闸继电器K2、光耦U1、光耦U2、光耦U3、光耦U4。

图2中CPLD的遥控执行信号引脚YK_ZX通过电阻R1与光耦U1的阳极连接，该引脚YK_ZX还通过电阻R3接模拟地GND。该光耦U1的阴极接模拟地GND；其集电极与电源V12P_ISO连接；其射极与光耦U2的集电极连接，该射极还与光耦U3的集电极连接。光耦U2的阳极通过电阻R4与电源V3P3连接；其阴极通过电阻R5与电源V3P3连接，该阴极还与图2中CPLD的遥控合闸信号引脚YK_H连接；该光耦的射极与合闸继电器K1的线圈正极端连接。光耦U3的阳极通过电阻R6与电源V3P3连接；其阴极通过电阻R7与电源V3P3连接，该阴极还与图2中CPLD的遥控分闸信号引脚YK_F连接；该光耦的射极与分闸继电器K2的线圈正极端连接。光耦U4的集电极通过电阻与电源V3P3连接，该集电极还与图2中CPLD的遥控反校信号引脚YK_FJ连接；其射极接地；该光耦的阳极通过电阻R2与电源V12P_ISO连接，该阳极还与二极管D3的阴极连接GND；该光耦的阴极与三极管D4的集电极连接。该三极管D4的发射极接系统数字地GND_ISO；三极管D4的基极通过电阻R9与合闸继电器K1的线圈负极端连接，该基极通过电阻R9与分闸继电器K2的线圈负极端连接，该基极通过电阻R9与二极管D5的阳极连接。二极管D5的阴极与系统数字地GND_ISO连接。电容C1与电阻R10并联后接于三极管D4的基极与系统数字地GND_ISO之间。二极管D1的阴极与合闸继电器K1的线圈正极端连接；该二极管的阳极与该继电器K1的线圈负极端连接。二极管D2的阴极与合闸继电器K2的线圈正极端连接；该二极管的阳极与该继电器K2的线圈负极端连接。

DSP的遥控指令要经过CPLD继电器互斥控制模块的判断有效后才得以执行。本发明的继电器互斥控制模块的控制逻辑是：当由DSP发出的遥控合闸信号YK_H_DSP和其发出的遥控分闸先后YK_F_DSP均为0时，CPLD将控制指令判为非法指令；只有该合闸信号YK_H_DSP和该分闸信号YK_F_DSP不同时为0时，DSP的合闸或者分闸控制指令才有效，并得以执行。由此本发明可避免合闸继电器、分闸继电器同时动作。

遥控合闸动作执行过程为：DSP置位遥控合闸信号YK_H_DSP，CPLD的继电器互斥控制模块对遥控合闸信号YK_H_DSP与遥控分闸信号YK_F_DSP进行判断，若此两个信号均有效，判断为误动作；若只有遥控合闸信号YK_H_DSP有效，则CPLD将合闸信号YK_H输出到光耦U2，光耦U2被导通，DSP置位遥控执行信号YK_ZX_DSP，CPLD直接将遥控执行信号YK_ZX输出到光耦U1，光耦U1被导通，遥控合闸继电器K1动作。

遥控分闸动作执行过程为：DSP置位遥控分闸信号YK_F_DSP，CPLD的继电器互斥控制模块对遥控分闸信号YK_F_DSP与遥控合闸信号YK_H_DSP进行判断，若此两个信号均有效，判断为误动作；若只有遥控分闸信号YK_F_DSP有效，则CPLD将分闸信号YK_F输出到光耦U3，光耦U3被导通，DSP置位遥控执行信号YK_ZX_DSP，CPLD直接将遥控执行信号YK_ZX输出到光耦U1，光耦U1被导通，遥控分闸继电器K2动作。

反校信号YK_FJ_DSP在本发明中的作用是：合闸继电器K1或分闸继电器K2按正常操作动作（正常操作是指由DSP发出指令让其动作）后，反校信号YK_FJ_DSP有效。当该反校信号YK_FJ_DSP变为有效，但又不是DSP让合闸继电器K1或分闸继电器K2动作的时候，判定为误动作。

如图4所示，上电后，本发明的CPLD对两片A/D转换器复位并启动同步采样控制；两片A/D转换器的数据转换完成后，由CPLD将数据搬运到DSP；DSP根据采样数据及故障判断算法进行分析，如有短路故障产生，下发分闸（跳闸）指令至CPLD，CPLD对分闸信号进行互斥控制逻辑判断，符合条件，由CPLD控制分闸继电器执行遥控指令。

模拟量数据由DSP分析处理，短路保护直接由DSP控制输出，保护出口时间小于30ms。

本发明是配电自动化终端的核心部件，可进行交流采样、遥信监测、遥控输出，并可通过CAN总线及RS485总线与主控进行数据交换。

在具体实施时，如图5和图6所示，本发明包括一块互感器PCB板、一块测控PCB板、一块测控扩展PCB板。测控PCB板置于中间，互感器PCB板与测控扩展PCB板分置于所述测控PCB板的两侧。测控PCB板通过双排插针与所述互感器PCB板连接，测控扩展PCB板通过双排插针与所述测控PCB板连接。

互感器PCB板上布置有若干电流互感器、若干电压互感器、若干电流端子、若干电压端子和若干双排插针；其可接入3个电压模拟量、12个电流模拟量。本发明通过若干电压端子和若干电流端子将强电交流信号接入；该电流端子具有开路保护功能，即断开电流端子时，端子内的短接片将电流互感器短路，起到保护电流互感器的作用。

测控PCB板上布置有一片DSP、一片CPLD、若干A/D转换器、若干遥信端子、若干合闸继电器、若干分闸继电器和若干双排插针。该测控PCB板通过双排插针从互感器PCB板将弱电信号接入。测控PCB板可接入12路遥信，输出2路遥控。

测控扩展PCB板上布置有若干遥信端子、若干合闸继电器、若干分闸继电器和若干双排插针。测控扩展PCB板可接入12路遥信，输出2路遥控。

测控PCB板和测控扩展PCB板共有4路遥控输出，24路遥信输入。因此，本发明的一个模组可监控4个回路的环网柜。若采用一个4U插箱结构的箱体，可接入如上所述的4个模组，从而实现对16条回路开关柜的实时监控。

本发明具有独立工作能力，在失去与主控通信的情况下，仍可进行故障判断与隔离等工作，可靠性高；可单独进行生产、校表、备库，便于监测回路数量的扩展；具有集成度高的特点，可对多回路开关柜进行监控。本发明主要用于开闭所、开关站、电缆分界室、环网柜场所的监控；可实现多条线路的采集与控制，故障检测、故障定位、故障区域隔离及非故障区域恢复供电，有效提高供电可靠性。

Claims

1.一种用于配电自动化终端的测控系统，其特征在于：该系统包括DSP、CPLD、若干A/D转换器、若干电流互感器、若干电压互感器、若干电压端子、若干电流端子、若干遥信端子、若干遥控端子、隔离继电器输出控制电路、遥信输入电路、通信模块、信号放大调理电路和系统电源；所述电流互感器和电压互感器的一次侧分别与所述电流端子和所述电压端子连接，其二次侧通过信号放大调理电路与A/D转换器的输入端连接；所述CPLD通过I/O端口与所述A/D转换器连接；DSP通过GPIO端口与CPLD连接；CPLD通过信号输出端口与隔离继电器输出控制电路连接；CPLD的信号输入端口通过遥信输入端电路与若干遥信端子连接；系统电源为DSP、CPLD、若干A/D转换器、隔离继电器输出控制电路和遥信输入电路供电。

2.根据权利要求1所述的用于配电自动化终端的测控系统，其特征在于：该系统还包括若干遥信指示灯；所述CPLD的I/O端口与各个所述指示灯连接。

3.根据权利要求1所述的用于配电自动化终端的测控系统，其特征在于：该系统还包括看门狗电路；所述看门狗电路与所述DSP的GPIO端口连接。

4.根据权利要求1所述的用于配电自动化终端的测控系统，其特征在于：该系统还包括温度传感器；所述温度传感器的输出端与所述DSP的I2C端口连接，用于所述电流互感器的温度补偿。

5.根据权利要求1所述的用于配电自动化终端的测控系统，其特征在于：所述CPLD包括继电器互斥模块和AD同步采样控制模块。

6.根据权利要求1所述的用于配电自动化终端的测控系统，其特征在于：所述隔离继电器输出控制电路包括若干合闸继电器和若干分闸继电器。

7.根据权利要求5所述的用于配电自动化终端的测控系统，其特征在于：所述继电器互斥模块在由所述DSP传至所述CPLD的合闸信号与分闸信号不同时有效时输出遥控合闸或遥控分闸信号至所述隔离继电器输出控制电路；该模块在所述合闸信号和分闸信号同时有效时，判断为非法指令。

8.根据权利要求5所述的用于配电自动化终端的测控系统，其特征在于：所述AD同步采样控制模块在若干所述A/D转换器的AD转换均完成后建立所述A/D转换器与所述DSP的数据传输通道，将AD转换数据传送至所述DSP。

9.根据权利要求1所述的用于配电自动化终端的测控系统，其特征在于：所述通信模块包括RS485通信电路和CAN总线通信电路。

10.根据权利要求1所述的用于配电自动化终端的测控系统，其特征在于：所述系统电源包括装置电源和隔离电源；所述装置电源包括2.5V基准电源、3.3V数字电源和5V模拟电源；所述隔离电源包括用于给所述遥信输入电路供电的24V电源和用于给所述隔离继电器输出控制电路供电的12V电源入。

11.一种适应于权利要求1所述的用于配电自动化终端的测控系统的测控模组，其特征在于：该模组包括互感器PCB板、测控PCB板、测控扩展PCB板；测控PCB板置于中间，互感器PCB板与测控扩展PCB板分置于所述测控PCB板的两侧；所述测控PCB板通过双排插针与所述互感器PCB板连接，所述测控扩展PCB板通过双排插针与所述测控PCB板连接。

12.根据权利要求11所述的用于配电自动化终端的测控系统的测控模组，其特征在于：所述互感器PCB板上布置有若干电流互感器、若干电压互感器、若干电流端子、若干电压端子和若干双排插针。

13.根据权利要求11所述的用于配电自动化终端的测控系统的测控模组，其特征在于：所述测控PCB板上布置有一片DSP、一片CPLD、若干A/D转换器、若干遥信端子、若干合闸继电器、若干分闸继电器和若干双排插针。

14.根据权利要求11所述的用于配电自动化终端的测控系统的测控模组，其特征在于：所述测控扩展PCB板上布置有若干遥信端子、若干合闸继电器、若干分闸继电器和若干双排插针。