CN203933154U - 配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种控制装置，尤其涉及一种配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置。本实用新型的配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置，包括主控制器、模拟量采集模块、开入开出模块、通信模块、键盘接口模块、LCD显示屏、网口模块、RTC模块、存储模块、电源模块，主控制器分别与模拟量采集模块、开入开出模块、通信模块、接口模块、LCD显示屏、网口模块、RTC模块、存储模块、电源模块电连接。采用UC/OS-II实时嵌入式操作系统，满足成套装置要求的快速、多任务实时响应的要求，价格低廉。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种控制装置，尤其涉及一种配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置。
背景技术
我国配电网数目庞大，分布范围广，设备绝缘水平低，易受电网内部过电压和外界自然环境的影响造成绝缘事故，供电可靠性亟待提高。其存在的主要问题：过电压、选线定位、系统电容电流大幅度增长、弧光不能自熄等。
针对上述配电网存在的主要问题，近年来本领域技术人员提出了中性点采用消弧线圈并联电阻接地方式来选线的思路，其配电网过电压抑制及故障选线成套装置，从系统的角度，综合研究并实现过电压抑制、单相接地故障选线、自动调谐功能，在测试原理和实现技术上实现突破。
但是，其存在的缺点主要有：
控制器采用工控机+采集卡+调理机，连接线多，且接触不良，可靠性差；工控机内硬盘、CPU风扇、系统散热风扇等都是需要转动的机械部件，抗震动能力和冲击能力差；采集卡金手指站立安装，抗震动能力和冲击能力差、接触可靠性差、耐灰尘能力差；工控机操作系统采用WIN2000、DOS等，系统不稳定，不专业；工控机运行工作环境温度在0℃～40℃，不能满足配电系统的-25℃～+40℃要求；不能适应更恶劣的工作环境，如粉尘、潮湿等，且价格昂贵。
实用新型内容
本实用新型的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置，其针对上述配电网存在的主要问题，实现过电压抑制、单相接地故障选线、自动调谐功能，在测试原理和实现技术上实现突破。
为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：其包括主控制器、模拟量采集模块、开入开出模块、通信模块、键盘接口模块、LCD显示屏、网口模块、RTC模块、存储模块、电源模块，主控制器分别与模拟量采集模块、开入开出模块、通信模块、接口模块、LCD显示屏、网口模块、RTC模块、存储模块、电源模块电连接；
所述的开入开出模块包括开关量输入模块、光电隔离模块、开关量输出模块、光电/继电器隔离模块、FPGA模块，开关量输入模块通过光电隔离模块与FPGA模块通信，开关量输出模块通过光电/继电器隔离模块与FPGA模块通信；
所述的主控制器发出模拟量和开关量采集命令，模拟量采集模块和开关量输入模块将线路中的各种电压、电流信号及接触器状态信息发送给主控制器，主控制器首先根据设计的算法判断电网工作状态，若电网正常运行，及时跟踪电网状态，发出相应控制命令，在LCD显示屏上显示电网工作状态，定时将采集的信息上传至上位机；若电网单相瞬时性接地故障或扰动和电网单相永久性接地故障，主控制器发出相应接地故障处理命令，在LCD显示屏上显示何种接地状态，同时在本机及向上位机发送和记录接地故障信息，声光报警告知操作人员。
本实用新型的技术是一种基于嵌入式DSP系统的配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置，主要用于配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置中。该控制装置基于配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置的控制需求下设计而成，该控制装置可靠、体积小、重量轻、价格便宜，专为配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置而设计，安全。配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置集配电网电容电流自动补偿、过电压抑制、单相接地故障选线、接地故障区段指示定位以及快速隔离等功能于一体，重点解决了这些功能的统一协调性问题以及判定高过渡电阻单相接地故障方面，目前普遍存在的装置灵敏度和准确度偏低等难题，可广泛用于电力系统及煤炭、钢铁、冶金、化工等大型厂矿企业的6kV、10kV和35kV配电网，既适用于老电厂、变电站的改造，也可用于新建电厂、变电站，为保证电网的安全可靠运行提供一套综合的解决方案，提高供电企业安全生产管理水平、工作效率以及经济效益。
该控制装置实现配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置自动跟踪补偿和故障选线的所有测量与控制任务，即测量系统的电容电流及调节控制消弧线圈的档位；单相接地故障线路的选检；对线路故障指示装置发出工作指令，以完成接地故障指示功能。该控制装置为该成套装置的核心部件，相当于人的大脑，其可靠性和测量、控制准确性至关重要，如果出现问题，将给配电可靠性带来严重危害。该控制装置为配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置核心部件，主要实现该成套装置自动跟踪补偿和故障选线的所有测量与控制任务，因此要求该控制装置敏度、准确率高，电力测量与控制专业性高、安全可靠、实时性高，适用于配电系统的运行环境等要素。
所述的控制装置采用ADI公司的BF518处理器作为系统的主控芯片，其集保护、测量、控制、远动和通信等多种功能于一体。所涉及的控制装置采用内置UC/OS-II实时嵌入式操作系统，满足成套装置要求的快速、多任务实时响应需求；所涉及的控制装置测量和保护采用32路、16位同步采样A/D转换器，采样速率高达200MSPS;所涉及的控制装置人机界面采用640*800全汉化大屏幕液晶显示器，界面友好直观，操作简单，使用方便。所涉及的控制装置支持32路开关量输入和32路开关量输出，扩展方便；所涉及的控制装置提供丰富的通讯接口：两路支持IEEE1588协议的10M/100M自适应以太网，一路RS232接口和一路RS485接口，支持本机的微型打印，实时打印出接地故障的相关信息，供备案查询。
所述的模拟量采集模块包括32路交流模拟量输入、变压器隔离模块、整形滤波器、AD采集器，32路交流模拟量输入依次通过变压器隔离模块、整形滤波器、AD采集器后发送到主控制器。
所述的AD采集器采用AD7606型号。
所述的FPGA模块采用XC3S250E。
所述的通信模块采用TL16C752B型号，其采用扩展2路串口，实现RS232或RS485方式通信。
所述的网口模块采用KS8893M型号。
所述的键盘接口模块采用ADP5588型号。
所述的电源模块采用RID-65B和RD-3513型号。
根据预设计、改进和调试等多个步骤实践后，该款控制器目前用于XBD1型配电网过电压抑制及故障定位隔离成套装置，代替了以往的工控机+采集卡+信号调理机；4U机箱代替8U机箱，尺寸减少50%；以嵌入式代替工控机，无机械转动部件，如硬盘等，可靠性提高；集信号调理采集于一体，采用板间连接器，减少了以往的采集与信号调理间的大批连接线，提高了可靠性；内部硬件为专业定制，采用宽温芯片适用于电力系统严酷的运行环境。采用UC/OS-II实时嵌入式操作系统，满足成套装置要求的快速、多任务实时响应的要求，价格低廉。
附图说明
图1为本实用新型的模块结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置，包括主控制器、模拟量采集模块、开入开出模块、通信模块、键盘接口模块、LCD显示屏、网口模块、RTC模块、存储模块、电源模块，主控制器分别与模拟量采集模块、开入开出模块、通信模块、接口模块、LCD显示屏、网口模块、RTC模块、存储模块、电源模块电连接。
所述的开入开出模块包括开关量输入模块、光电隔离模块、开关量输出模块、光电/继电器隔离模块、FPGA模块，开关量输入模块通过光电隔离模块与FPGA模块通信，开关量输出模块通过光电/继电器隔离模块与FPGA模块通信；开入开出电路，通过光电隔离实现电气隔离和电平转换，保证系统的抗干扰性。
所述的主控制器采用ADSP-BF518型号，发出模拟量和开关量采集命令，模拟量采集模块和开关量输入模块将线路中的各种电压、电流信号及接触器状态信息发送给主控制器，主控制器首先根据设计的算法判断电网工作状态，若电网正常运行，及时跟踪电网状态，发出相应控制命令，在LCD显示屏上显示电网工作状态，定时将采集的信息上传至上位机；若电网单相瞬时性接地故障或扰动和电网单相永久性接地故障，主控制器发出相应接地故障处理命令，在LCD显示屏上显示何种接地状态，同时在本机及向上位机发送和记录接地故障信息，声光报警告知操作人员。
所述的主控器采用内置UC/OS-II实时嵌入式操作系统，满足成套装置要求的快速、多任务实时响应需求；
所述的主控制器自带RTC（英文全称是Real-Time Clock,实时时钟芯片）模块，需要外接32.768KHz晶体，匹配电容、备份电源等原件，RTC最重要的功能是提供到2099年内的日历功能。
所述的模拟量采集模块有32路模拟输入信号，模拟输入信号输入TV/TA后变成模拟电压信号，经过调理后连接到ADC的输入通道，每片ADC通过一个SPORT口和BF518连接。
所述的模拟量采集模块包括32路交流模拟量输入、变压器隔离模块、整形滤波器、AD采集器，32路交流模拟量输入依次通过变压器隔离模块、整形滤波器、AD采集器后发送到主控制器。
所述的AD采集器采用AD7606型号，共使用了四片AD7606，AD7606是16位的8通道同步采样ADC，采样率高达200kbps，并具有2x-64x的过采样性能。从而实现32路通道的同步采集，满足电力系统电压电流同步采样的要求，保证相位的一致，满足实现接地选线原理、电容电流跟踪的测量要求的幅值和相位的要求，测量精度准确。从而为控制器的灵敏度和准确度提供硬件保证。
所述的FPGA模块采用XC3S250E。
所述的通信模块采用TL16C752B型号，其采用扩展2路串口，实现RS232或RS485方式通信，并与微型打印机相连，实现嵌入式实时自动打印。
所述的网口模块采用KS8893M型号。KS8893M是一个3-Port 10/100内置PHYs的Switch，与BF518的EMAC单元连接以获取两个10/100M自适应以太网口，信号与外部通过以太网变压器隔离。
所述的键盘接口模块采用ADP5588型号。键盘模块采用一片I2C接口芯片ADP5588，连接到BF518的TWI接口，通过TWI与ADP5588通信来获取键值。系统采用键盘矩阵为4*4。ADP5588为10×8矩阵键盘扫描的键盘控制器，内置去抖动电路。键盘中断，可以选择低电平有效输出或者低电平脉冲输出。本控制器6个按键为：↓↑←→；+，-，ESC,ENTER。同时控制四个指示灯：运行、接地、手动、报警；
所述的电源模块采用RID-65B和RD-3513型号。此两款电源为台湾明纬G3系列电源：高信赖度,可承受5G震动与70℃高工作环温,全机使用105℃高寿命电解电容,可承受300VAC突波输入达5秒，适合使用于较严苛的工作环境。电源部分实现数字电源和模拟电源分开独立供电，提高测量准确度，提高抗干扰性能。
Claims (9)
1.一种配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置，其特征在于，包括主控制器、模拟量采集模块、开入开出模块、通信模块、键盘接口模块、LCD显示屏、网口模块、RTC模块、存储模块、电源模块，主控制器分别与模拟量采集模块、开入开出模块、通信模块、接口模块、LCD显示屏、网口模块、RTC模块、存储模块、电源模块电连接；
所述的开入开出模块包括开关量输入模块、光电隔离模块、开关量输出模块、光电/继电器隔离模块、FPGA模块，开关量输入模块通过光电隔离模块与FPGA模块通信，开关量输出模块通过光电/继电器隔离模块与FPGA模块通信；
所述的主控制器发出模拟量和开关量采集命令，模拟量采集模块和开关量输入模块将线路中的各种电压、电流信号及接触器状态信息发送给主控制器，主控制器首先根据设计的算法判断电网工作状态，若电网正常运行，及时跟踪电网状态，发出相应控制命令，在LCD显示屏上显示电网工作状态，定时将采集的信息上传至上位机；若电网单相瞬时性接地故障或扰动和电网单相永久性接地故障，主控制器发出相应接地故障处理命令，在LCD显示屏上显示何种接地状态，同时在本机及向上位机发送和记录接地故障信息，声光报警告知操作人员。
2.根据权利要求1所述的配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置，其特征在于，所述的主控制器采用ADSP-BF518型号。
3.根据权利要求1所述的配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置，其特征在于，所述的模拟量采集模块包括32路交流模拟量输入、变压器隔离模块、整形滤波器、AD采集器，32路交流模拟量输入依次通过变压器隔离模块、整形滤波器、AD采集器后发送到主控制器。
4.根据权利要求3所述的配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置，其特征在于，所述的AD采集器采用AD7606型号。
5.根据权利要求1所述的配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置，其特征在于，所述的FPGA模块采用XC3S250E。
6.根据权利要求1所述的配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置，其特征在于，所述的通信模块采用TL16C752B型号，其采用扩展2路串口，实现RS232或RS485方式通信。
7.根据权利要求1所述的配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置，其特征在于，所述的网口模块采用KS8893M型号。
8.根据权利要求1所述的配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置，其特征在于，所述的键盘接口模块采用ADP5588型号。
9.根据权利要求1所述的配电网过电压抑制及故障定位隔离控制装置，其特征在于，所述的电源模块采用RID-65B和RD-3513型号。
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2013
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