CN204989388U - 小电流接地系统接地故障检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了小电流接地系统接地故障检测装置，包括4U机箱和安装在4U机箱内的母板，以及与4U机箱连接的人机交互设备；母板上安装有数模转换单元；在母板上插有模拟量板卡、开关量板卡和控制主板；模拟量板卡包括与外部电缆连接的电缆接口和模拟量转换芯片；控制主板包括对输入信号进行分析并给出结果的CPU和FPGA芯片以及提供存储功能的存储芯片；开关量板卡包括将接收的控制主板的信号转换为开关量信号输出的开关量转换芯片。本实用新型集成度高，所有板卡集成在一个4U机箱内，核心的CPU、内存、硬盘芯片集成在控制板卡上，提高了装置可靠性。还能够记录故障数据并支持即插即用，人机交互性能很好。

Description

小电流接地系统接地故障检测装置

技术领域

本实用新型涉及输电领域，特别是涉及一种能够提高检测小电流接地故障效率的检测装置。

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，因此设备还可以在故障情况下继续运行1～2个小时，但是必须尽快找到故障线路以消除隐患，这就涉及到故障选线问题。

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位单片机芯片，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。而且由于功能限制，单片机装置还不支持彩色液晶和键盘鼠标，在人机交互能力上较差。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。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。

实用新型内容

本实用新型的目的是要提供一种小电流接地系统接地故障检测装置，能够适用3～60kV中性点非有效接地电网中的故障线路检测。

特别地，本实用新型提供了一种小电流接地系统接地故障检测装置，包括4U机箱和安装在所述4U机箱内的母板，以及与所述4U机箱连接的人机交互设备；所述母板上安装有将模拟量信号转换为数字量信号的数模转换单元；在所述母板上插有模拟量板卡、开关量板卡和控制主板；

所述模拟量板卡包括与外部电缆连接的电缆接口，和将接收的模拟量信号转换为低压模拟量信号输出的模拟量转换芯片；所述控制主板包括对输入信号进行分析并给出结果的CPU和FPGA芯片以及提供存储功能的存储芯片；所述开关量板卡包括将接收的所述控制主板的信号转换为开关量信号输出的开关量转换芯片。

进一步地，所述控制主板的存储芯片包括512K容量的SRAM和4M容量的FLASH存储器。

进一步地，所述人机交互设备包括显示屏、键盘和鼠标。

进一步地，所述外部电缆与所述模拟量板卡的所述电缆接口之间还连接有电流互感器和电压互感器。

进一步地，所述低压模拟量信号为-5V至+5V之间的模拟量信号。

进一步地，所述控制主板包括四个输出接口，分别是显示器输出接口、开关量输出接口、串口输出接口和远程网络连接接口。

进一步地，所述4U机箱上设置有与所述母板连接的USB接口。

进一步地，所述控制主板的所述CPU采用LPC178-FBD208芯片，通过DATA总线口输出数据总线，通过ADDR总线口输出地址总线；所述SRAM采用IS61LV25616-12T芯片，所述FLASH采用SST39VF3201芯片，所述FPGA采用EP2C5T144芯片；所述SRAM、所述FLASH和所述FPGA通过引脚分别与所述CPU的数据总线和地址总线连接。

进一步地，所述开关量板卡包括依次连接的LPC178-FBD208微控制器、74LVC4245双向电平转换芯片和TL521-4光藕合器芯片。

本实用新型的检测装置集成度高，所有板卡集成在一个4U机箱内，核心的CPU、内存、硬盘芯片集成在控制板卡上，同时控制板卡集成高速总线且与其他板卡之间不通过高速总线连接，提高了装置可靠性。检测装置还能够记录故障数据，即录波功能，支持即插即用的USB鼠标、USB键盘或U盘，人机交互性能很好。4U机箱上具备串口，能够虚拟以太网上传选线信息，能够连接到局域网和Internet。

本实用新型综合了单片机和工控机的优点，既保留单片机的高可靠性，又可实现工控机的高性能，完全满足现场要求。

根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本实用新型一个实施例的检测装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的控制板卡的数据总线连接示意图；

图3是根据本实用新型一个实施例的开关量板卡电路示意图；

图4是根据本实用新型一个实施例的模拟量转换为数字量的电路示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型的检测装置一般性地包括标准的4U机箱10和安装在4U机箱10内的母板20，以及与4U机箱10连接的人机交互设备。在母板20上安装有将模拟量信号转换为数字量信号的模数转换单元；在母板20上插有模拟量板卡30、开关量板卡50和控制主板40；该模拟量板卡30包括与外部电缆连接的电缆接口，和将接收的模拟量信号转换为低压模拟量信号输出的模拟量转换芯片；该开关量板卡50包括将接收的控制主板40的信号转换为开关量信号输出的开关量转换芯片；控制主板40包括对输入信号进行分析并给出结果的CPU和FPGA芯片以及提供存储功能的存储芯片。

本实施例在工作时，位于过程层的外部电缆将模拟信号接入位于间隔层的模拟量板卡30内，模拟量板卡30将输入电压和电流转变为-5V与+5V之间的低压模拟量信号后输出至母板20；母板20对输入的低压模拟量信号进行低通滤波后，通过模数转换单元转换为数字信号输送至控制主板40；控制主板40上的CPU根据FPGA芯片的程序对该数字信号进行计算并选出故障线路，控制主板40同时利用存储芯片保存分析后的故障数据，然后将故障选线结果发送至开关量板卡50；开关量板卡50将故障线路信息转化为开关量信号后输出硬节点报警信号，提示维持人员当前存在故障的线路信息。本实施例可以应用多种选线方法融合后进行综合选线，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并准确选出故障线路。本实施例中安装各板卡的4U机箱10采用自然冷却，电源和各板卡及机箱内部都无需安装风扇，没有易损元件，可提高检测装置的使用寿命。控制板卡40采用高速总线形式且高速总线集成在控制板卡内，不与其他板卡之间通过高速总线连接，提高了装置可靠性。

在本实施例中的人机交互设备可以包括显示屏60、键盘和鼠标61，其中的显示器60可以是工业液晶显示器；键盘和鼠标61可以通过设置在4U机箱10上与母板20连接的USB接口连接。通过上述部件，可以提高检测装置的人机交互性能，便于得到更精确的检测结果。

本实施例中控制主板40的CPU采用主频为100MHz的32位ARM芯片，存储芯片包括512K容量的SRAM和4M容量的FLASH存储器。FPGA芯片内安装嵌入式uC/OS-II操作系统，不同的硬件功能分别对应uC/OS-II操作系统的驱动程序，应用程序可通过驱动程序分别对硬件进行独立控制。嵌入式uC/OS-II操作系统可靠性高、功能强大且支持USB鼠标、U盘，能够大大提高检测装置的性能。本实施例中的控制主板40输出的故障线路信息还可以通过显示器60实时显示，或通过串口发送给自动化后台，或通网络接口发送至远程监控中心，以方便及时解决故障，提高线路安全。

进一步地，在本实用新型的一个实施例中，外部电缆与模拟量板卡30的电缆接口之间还可以连接电流互感器和电压互感器。

进一步地，如图2所示，在本实用新型的一个实施例中，控制板卡40可以采用如下具体结构：CPU可以采用LPC178-FBD208芯片，LPC178-FBD208芯片通过DATA总线口输出数据总线D0---D15，通过ADDR总线口输出地址总线A0—A23；该SRAM可以采用IS61LV25616-12T芯片，IS61LV25616-12T芯片通过引脚A0---A17与地址总线对应连接，通过引脚IO0---IO15与数据总线对应连接；FLASH可以采用SST39VF3201芯片，SST39VF3201芯片通过引脚A0---A21与CPU的地址总线对应连接，通过引脚D0---D15与CPU的数据总线对应连接；FPGA可以采用EP2C5T144芯片，EP2C5T144芯片上的IO_VB和1IO_VB4引脚分别与CPU的地址总线和数据总线对应连接。FPGA通过引脚IO_A9……IO_A13将故障检测结果输出至不同的接口。

进一步地，如图3所示，在本实用新型的一个实施例中，开关量板卡50可以采用如下具体结构：电路由LPC178-FBD208微控制器、74LVC4245双向电平转换芯片、S8550三极管、TL521-4光藕合器芯片组成，LPC178-FBD208微控制器上的P1(20)、P1(21)与74LVC4245双向电平转换芯片上的输入端B7、B8连接，744245双向电平转换芯片上的输出端A7、A8分别与对应的三极管S8550第二引脚连接，三极管S8550第一引脚与光耦TL521-4输入端连接，光耦输出端TL521-4与继电器线圈负极相连。

进一步地，如图4所示，在本实用新型的一个实施例中，模拟量信号转换为数字量信号的过程可以采用如下具体结构：整个处理过程涉及的电路元件包括电流/电压转换器、电压跟随器、通道转换器、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，将接收的0-5A电流信号转换为0-3.5V信号输出，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TL084与电阻R3组成，输出信号接到通道转换器输入端；通道转换器由DG408构成，通道转换器DG408输出端接到零序放大器上；零序放大器由运算放大器AD620与电阻R1、R2、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VA1上；AD转换器是AD7265，AD7265的A0、A1、A2、CS、SCLK通过端子P11、P12、P13、P14、P15与控制主板40的端子P41、P42、P43、P44、P45相连接。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种小电流接地系统接地故障检测装置，其特征在于，包括4U机箱和安装在所述4U机箱内的母板，以及与所述4U机箱连接的人机交互设备；所述母板上安装有将模拟量信号转换为数字量信号的数模转换单元；在所述母板上插有模拟量板卡、开关量板卡和控制主板；

所述模拟量板卡包括与外部电缆连接的电缆接口，和将接收的模拟量信号转换为低压模拟量信号输出的模拟量转换芯片；所述控制主板包括对输入信号进行分析并给出结果的CPU和FPGA芯片以及提供存储功能的存储芯片；所述开关量板卡包括将接收的所述控制主板的信号转换为开关量信号输出的开关量转换芯片。

2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

所述控制主板的存储芯片包括512K容量的SRAM和4M容量的FLASH存储器。

3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

所述人机交互设备包括显示屏、键盘和鼠标。

4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

所述外部电缆与所述模拟量板卡的所述电缆接口之间还连接有电流互感器和电压互感器。

5.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

所述低压模拟量信号为-5V至+5V之间的模拟量信号。

6.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

所述控制主板包括四个输出接口，分别是显示器输出接口、开关量输出接口、串口输出接口和远程网络连接接口。

7.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

所述4U机箱上设置有与所述母板连接的USB接口。

8.根据权利要求2所述的检测装置，其特征在于，

所述控制主板的所述CPU采用LPC178-FBD208芯片，通过DATA总线口输出数据总线，通过ADDR总线口输出地址总线；所述SRAM、所述FLASH和所述FPGA分别通过引脚与所述CPU的数据总线和地址总线连接同时实现相互之间的数据通信，所述SRAM采用IS61LV25616-12T芯片，所述FLASH采用SST39VF3201芯片，所述FPGA采用EP2C5T144芯片并通过输出引脚分别与所述输出接口连接。

9.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，

所述开关量板卡包括依次连接的LPC178-FBD208微控制器、74LVC4245双向电平转换芯片和TL521-4光藕合器芯片。