CN202433486U - 一种牵引变电所高电压设备的绝缘在线监测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种牵引变电所高电压设备的绝缘在线监测装置，包括数字信号处理器、复杂可编程逻辑器件、5个电流互感器、5个电压互感器、信号调理电路、模数转换电路、2个光电隔离电路、锁相环电路、CAN总线接口驱动、供电模块，5个电流互感器分别外接ABC三相电流、参考电源及避雷器泄露电流，5个电流互感器分别与5电压互感器相连，5个电流互感器、模数转换电路分别与信号调理电路相连，CPLD分别与模数转换电路、DSP、锁相环电路相连，在信号调理电路与锁相环电路之间连接一光电隔离电路，在DSP与CAN总线接口驱动之间连接另一光电隔离电路，供电模块为本装置内的各器件供电。本实用新型可对容性设备和避雷器的电气参数进行同步采集和传输。
Description
技术领域
本实用新型涉及铁路电气化领域，尤其涉及电气化铁路牵引变电所的容性设备和避雷器的绝缘在线监测装置。
背景技术
随着我国中长期铁路网规划的实施，我国的铁路建设迎来了新一轮高峰，尤其是高速铁路成为铁路建设的重点。高压电气设备作为电气化铁路牵引供电系统的基本元件，是保证牵引供电系统可靠运行的基础。一旦电气设备发生故障，将引起接触网停电、列车停运、车站旅客滞留，甚至旅客生命财产的安全。有统计表明，电气设备运行中70％左右的故障是由绝缘引起的。对运行中电气设备的绝缘状况进行在线监测，随时获得反映绝缘状况变化的信息，可提高设备利用率，降低维修费用，达到设备安全、可靠运转的目的。
目前，国内外市场上研制和生产牵引变电所高电压设备绝缘在线监测装置的厂商不少，一般以单片机作为主要处理核心，设计前置采集终端，将时钟控制、外部通信、电气信号的采集和逻辑判决等功能的运算处理集成在一块处理芯片上，并通过总线接口，将采集的数据和滤波分析后的信息发送到安装在控制室内的数据处理服务器，装置的功能较为单一，每块电路板只能单独采集和处理容性设备、避雷器、变压器或者断路器的电气信号数据，降低了整个监测系统的可靠性和可扩展性，提高了设备运输和维护的成本。
发明内容
本实用新型提供了一种牵引变电所高电压设备绝缘在线监测装置，采用数字信号处理器DSP加复杂可编程逻辑器件CPLD模式，实现了容性设备和避雷器的电气参数的同步采集和传输。
本实用新型的技术方案为：
一种牵引变电所高电压设备的绝缘在线监测装置，包括：数字信号处理器DSP、复杂可编程逻辑器件CPLD、5个电流互感器、5个电压互感器、信号调理电路、模数转换电路、2个光电隔离电路、锁相环电路、CAN总线接口驱动、供电模块，其特征在于：5个电流互感器分别外接A相电流、B相电流、C相电流、参考电源及避雷器泄露电流，5个电流互感器分别与5电压互感器相连，5个电流互感器、模数转换电路分别与信号调理电路相连，CPLD分别与模数转换电路、DSP、锁相环电路相连，在信号调理电路与锁相环电路之间连接一光电隔离电路，在DSP与CAN总线接口驱动之间连接另一光电隔离电路，供电模块为本装置内的各器件供电。
DSP计算处理容性设备电气参数和断路器电气参数的采集、模数转换电路、分析计算和逻辑判断等功能；
CPLD接收所述DSP传送的动作命令，辅助进行模数转换、跟踪电网频率和驱动外部通信；
与所述容性设备末端相连的4个电流互感器，同步采集容性设备末端的A、B、C三相泄露电流信号和参考电源电流信号；另一个与避雷器接地端相连的电流互感器，采集避雷器泄露电流，并在避雷器大电流放电的情况下限制二次感应电压；
5个电压互感器的二次侧抽取电压信号；
信号调理电路对容性设备和避雷器的泄露电压模拟信号进行高低压转换和频率跟踪；选用现有的信号调理电路；
模数转换电路对调理后的容性设备和避雷器的泄露电流的5路电压信号进行多位采样，并传送给CPLD；模数转换电路选用现有的；
锁相环电路包括比较器、压控振荡器和低通滤波器，跟踪容性设备末端电流的频率；锁相环电路选用现有的；
一个光电隔离电路，用于容性设备泄露电流的调理信号与锁相环之间的电气隔离；另一光电隔离电路，用于所述DSP与CAN总线接口驱动之间的电气隔离；
与外部数据处理服务器相连的CAN总线接口驱动，将容性设备和避雷器泄露电流的采集结果、所述DSP滤波和分析后的参数反馈给上位机。
本实用新型还包括FLASH存储器，FLASH存储器与DSP相连，用于存储编译后的DSP运行程序。
本实用新型还包括同步动态随机存储器SDRAM，同步动态随机存储器SDRAM与DSP相连，用于存储DSP计算过程中的大容量临时数据。
本实用新型还包括外部时钟电路，外部时钟电路分别与DSP和CPLD相连，为本装置的基准时钟。
所述的供电模块，采用线性电源芯片，提供IO电压3.3V，内核电压1.2V。
本实用新型可对容性设备和避雷器的电气参数进行同步采集和传输。
附图说明
图1是本实用新型结构框图；
图2是本实用新型的模数转换电路图；
图3是本实用新型的DSP的内部工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。
在下面的描述中，给出了某些具体细节以便对本实用新型多个实施例的充分理解。不过，本领域技术人员可知，没有这些细节也能实现本实用新型。在其他情况下，没有详细表示或描述与计算机、传输介质、测量设备、记录设备等设备有关的公知结构，以避免不必要的干扰对本实用新型实施例的描述。
除非内容需要，否则在说明书和权利要求书中，词语“包括”及其变化被理解成开放的“包含”的意思，即“包括，但不限于”。
如图1所示，本实用新型包括数字信号处理器DSP、复杂可编程逻辑器件CPLD、5个电流互感器、5个电压互感器、信号调理电路、模数转换电路、2个光电隔离电路、锁相环电路、CAN总线接口驱动、供电模块，其特征在于：5个电流互感器分别外接A相电流、B相电流、C相电流、参考电源及避雷器泄露电流，5个电流互感器分别与5电压互感器相连，5个电流互感器、模数转换电路分别与信号调理电路相连，CPLD分别与模数转换电路、DSP、锁相环电路相连，在信号调理电路与锁相环电路之间连接一光电隔离电路，在DSP与CAN总线接口驱动之间连接另一光电隔离电路，供电模块为本装置内的各器件供电。
DSP计算处理容性设备电气参数和断路器电气参数的采集、模数转换电路、分析计算和逻辑判断等功能；在本实施例中，选用TI公司生产的TMS320C6713；
CPLD接收所述DSP传送的动作命令，辅助进行模数转换、跟踪电网频率和驱动外部通信，在本实施例中，选用Altera公司生产的EPM1270；
与所述容性设备末端相连的4个电流互感器，同步采集容性设备末端的A、B、C三相泄露电流信号和参考电源电流信号；另一个与避雷器接地端相连的电流互感器，采集避雷器泄露电流，并在避雷器大电流放电的情况下限制二次感应电压；在本实施例中，选用铱星公司生产的绝缘泄露电流互感器；
5个电压互感器的二次侧抽取电压信号，在本实施例中，选用铱星公司生产的SPT204B；
信号调理电路对容性设备和避雷器的泄露电压模拟信号进行高低压转换和频率跟踪；选用现有的信号调理电路；
模数转换选用现有的，模数转换电路对调理后的容性设备和避雷器的泄露电流的5路电压信号进行多位采样，并传送给CPLD器件，在本实施例中，所述A/D转换电路的芯片为ANALOG DEVICES公司生产的AD7656，包含6个输入通道和16位输出精度；
锁相环电路选用现有的，锁相环电路包括相位比较器、压控振荡器和低通滤波器，电网频率信号经调理整形、隔离后，输入到锁相环电路，该锁相环电路的输出信号VCO经CPLD倍频后输出至锁相环电路的CPIN(写出中文意思)，通过比较A/D采集的控制信号与倍频信号的相位，调整锁相环电路的输出信号VCO的频率，准确控制跟踪容性设备末端电流的频率，在本实施例中，主要处理芯片选用TI公司生产的CD74HC4046；与所述信号调理电路相连的光电隔离电路，用于容性设备泄露电流的调理信号与锁相环之间的电气隔离；
与外部数据处理服务器相连的CAN总线接口驱动，将容性设备和避雷器泄露电流的采集结果、所述DSP滤波和分析后的参数反馈给上位机，接收上位机指令，在本实施例中，所述CAN总线接口驱动控制芯片为Philips公司生产的PCA82C250；
一个光电隔离电路用于容性设备泄露电流的调理信号与锁相环之间的电气隔离；另一个光电隔离电路用于DSP与CAN接口电路之间的电气隔离，在本实施例中，选用的光隔离电路芯片为Avago公司生产的6N137；
与所述DSP相连的FLASH存储器，存储编译后的DSP运行程序，在本实施例中，选用AMD公司生产的AM29LV800B；
与所述DSP相连的SDRAM存储器，存储DSP计算过程中的大容量临时数据，在本实施例中，选用ISSI公司生产的IS42S16400；
与所述ARM和CPLD器件相连的外部时钟电路，为装置的基准时钟，在本实施例中，选用的有源晶振为SITIME公司生产的SiT8002，频率50MHz；
所述的供电模块，采用线性电源芯片，提供IO电压3.3V，内核电压1.2V，在本实施例中，所述线性电源芯片为TI公司生产的TPS54616。
如图2所示，V1至V4是由与容性设备相连的电流互感器和电压互感器采集并经过调理的电压信号，V5是由与避雷器相连的电流互感器和电压互感器采集并经过调理的电压信号，DB0至DB15信号经过光电隔离电路和锁相环频率跟踪后连接到CPLD上，CPLD得到DSP采集初始电平信号后，使片选CS有效，控制CONVST启动转换，转换结束后，BUSY通过CPLD使所述DSP产生中断；该DSP读取CPLD传输过来的容性设备的泄露电流信号数据，并对数据进行傅里叶变换，计算三相电流的相位差，以获得容性设备的介质损耗；该DSP读取CPLD传输过来的避雷器的泄露电流信号数据，并利用经验参数计算比较，判断出避雷器的运行状态。
如图3所示，所述DSP的工作流程包括：硬件初始化，清空RAM，设置寄存器，使能外部中断和时钟中断；与管理服务器通信，发送本装置的状态信息和本装置采集、计算的数据，接收服务器的指令信息；通过CPLD器件和所述周边电路，采集容性设备和避雷器的泄露电流电压信号数据；通过傅里叶变换、相位比较和经验参数判断，获得容性设备和避雷器的运行状况数据。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种牵引变电所高电压设备的绝缘在线监测装置，包括：数字信号处理器DSP、复杂可编程逻辑器件CPLD、5个电流互感器、5个电压互感器、信号调理电路、模数转换电路、2个光电隔离电路、锁相环电路、CAN总线接口驱动、供电模块，其特征在于：5个电流互感器分别外接A相电流、B相电流、C相电流、参考电源及避雷器泄露电流，5个电流互感器分别与5电压互感器相连，5个电流互感器、模数转换电路分别与信号调理电路相连，CPLD分别与模数转换电路、DSP、锁相环电路相连，在信号调理电路与锁相环电路之间连接一光电隔离电路，在DSP与CAN总线接口驱动之间连接另一光电隔离电路，供电模块为本装置内的各器件供电。
2.根据权利要求1所述的牵引变电所高电压设备的绝缘在线监测装置，其特征在于：还包括FLASH存储器，FLASH存储器与DSP相连。
3.根据权利要求1所述的牵引变电所高电压设备的绝缘在线监测装置，其特征在于：还包括同步动态随机存储器SDRAM，同步动态随机存储器SDRAM与DSP相连。
4.根据权利要求1所述的牵引变电所高电压设备的绝缘在线监测装置，其特征在于：还包括外部时钟电路，外部时钟电路分别与DSP和CPLD相连。
5.根据权利要求1-4之一所述的牵引变电所高电压设备的绝缘在线监测装置，其特征在于：所述的供电模块，采用线性电源芯片，提供IO电压3.3V，内核电压1.2V。
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