基於雙DSP平臺的小電流故障接地檢測設備的製作方法

2023-05-26 00:10:36

本實用新型涉及故障檢測設備技術領域，具體涉及一種基於雙DSP平臺的小電流故障接地檢測設備。

背景技術：

在我國的配電網中，電壓等級較低，為保證供電可靠性，系統多採用小電流接地系統，小電流接地系統即中性點不直接接地系統，它包括中性點不接地系統、經消弧線圈接地系統。在這類系統中，由於故障後流過接地點的電流很小，不影響負荷的連續供電，故不必立即跳閘，在一定程度上可以保持供電可靠性，但是為保證配電網的安全運行，需要在故障發生後儘快判斷出短路線路和短路點，排除故障，回復系統的正常運行，這就引出了小電流接地系統的故障檢測及選線問題。

電力系統運行要求發生單相接地故障時能夠迅速、準確地判斷出故障線路，無數電力工作者為此做了長時間的巨大努力，由於受原理、工藝、技術等方面的限制，至今未有圓滿的解決。在過去，當一條線路發生了接地故障，需要通過「順序拉閘法」尋找故障線路，用人工巡線目測法確定接地點的確切位置，斷閘操作複雜，造成大量用戶供電中斷，耗費大量的人力、物力。而且目前廣泛應用的小電流接地系統接地選線裝置普遍存在速度慢、準確性差等缺陷。科研人員通過大量研究，基於不同原理提出了多種解決方法。但從已應用在現場的裝置的反饋情況來看，這些方法的選線效果並不理想，誤選、漏選率較高。究其根本原因是以往這些選線方法對配電網複雜多變的故障條件適應性不好。在多種故障條件下：如系統中性點補償度、各條線路的長度、故障接地電阻等組合起來時，往往使在某一條件下判線準確的裝置失效。由此可見，對小電流接地系統單相接地故障選線的問題還有必要進一步研究，在現有方法的基礎上通過新工具的應用，以改進和提高選線的正確率，找到更有效的解決方案。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對現有技術的不足，提出了一種抗幹擾能力強、並配備有遠程數據傳輸和本地數據儲存功能，同時具有較好的人機互動平臺，方便工作人員操作的於雙DSP平臺的小電流故障接地檢測設備。

本實用新型具體採用如下技術方案：

基於雙DSP平臺的小電流故障接地檢測設備，包括相互連接的主板、強電壓子板、強電流子板、弱電子板和為各單元供電的電源管理單元，所述主板上設置有雙DSP控制單元和人機互動單元，強電壓子板上設置有電壓變換單元、信號注入單元和電壓模數轉換單元，強電流子板上設置有電流變換單元、電流模數轉換單元和開關量輸出單元，弱電子板上設置有通信單元和本地存儲單元。

優選地，所述雙DSP控制單元包括兩塊主晶片和一個雙口RAM，其中一主晶片作為算法DSP，另一主晶片作為控制DSP。

優選地，所述電壓變換單元包括基於運算放大器的線性衰減電路。

優選地，所述電流變換單元包括電壓形成電路。

優選地，所述電壓變換單元和電流變換單元還包括電壓低通濾波電路和信號調理電路。

優選地，所述電壓模數轉換單元和電流模數轉換單元均設有6路模擬量差分輸入通道，每路模擬量差分輸入通道設置有採樣保持器。

優選地，所述信號注入單元包括橋式整流電路和逆變電路。

優選地，所述通信單元包括通信接口電路。

本實用新型具有如下有益效果：

(1)整個設備採用雙DSP控制平臺。數據處理速度快，抗幹擾能力強，可附加功能強，可以實現智能化控制；

(2)整個設備採用後拔插式結構，採用標準金手指插接件，實現強弱電的電氣隔離。裝置由一塊主板結合多塊子板，子板功能部件損壞後可以直接更換，檢修簡單，維修成本低；

(3)採用人機互動界面更人性化，DGUS屏在設計時可以實現上位機PC的組態設計，搭建操作界面，為工作人員的現場巡檢提供方便；

(4)採用基於DSP的USB接口大容量快閃記憶體U盤本地數據存儲功能，實現故障數據的實時存儲，便於工作人員的檢查和研究。

附圖說明

圖1為基於雙DSP平臺的小電流故障接地檢測設備的結構原理圖；

圖2為電壓變換單元結構框圖；

圖3為電壓形成及低通濾波電路示意圖；

圖4為信號調理電路示意圖；

圖5為電流變換單元結構框圖；

圖6為模數轉換晶片ADS8364結構示意圖；

圖7為信號注入單元結構示意圖；

圖8為RS-232通信電路示意圖；

圖9為RS-485通信電路示意圖。

其中，1為主板，2為強電壓子板，3為強電流子板，4為弱電子板，5為電源管理單元，6為算法DSP，7為控制DSP，8為雙口RAM，9為人機互動單元，10為通信單元，11為本地存儲單元，12為電壓變換單元，13為信號注入單元，14為電壓模數轉換單元，15為電流變換單元，16為電流模數轉換單元，17為開關量輸出單元，18為裝置外電壓互感器，19為裝置外電流互感器。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本實用新型的具體實施方式做進一步說明：

其中，DSP為數位訊號處理器；RAM為隨機存儲器。

如圖1所示，基於雙DSP平臺的小電流故障接地檢測設備，包括相互連接的主板1、強電壓子板2、強電流子板3、弱電子板4和為各單元供電的電源管理單元5，主板1上設置有雙DSP控制單元和人機互動單元，強電壓子板2上設置有電壓變換單元12、信號注入單元13和電壓模數轉換單14元，強電流子板3上設置有電流變換單元15、電流模數轉換單元16和開關量輸出單元17，弱電子板4上設置有通信單元10和本地存儲單元11。

雙DSP控制單元包括兩塊主晶片和一個雙口RAM8，其中一主晶片作為算法DSP6，另一主晶片作為控制DSP7。其中主晶片採用TMS320F2812晶片，雙口RAM8採用IDT70V24。

算法DSP6中固化有小電流檢測需要的算法程序和判據等，主要功能是根據模數轉換單元傳送來的信號進行處理判斷後發出相應的指令給開關量輸出單元執行相應的保護動作，以及控制信號注入單元實現信號注入，同時將電壓電流參數等數據以及信號處理結果通過雙口RAM傳送給控制DSP，再由控制DSP發出指令將信息傳送到通訊單元傳到上位機，以及人機互動單元進行顯示，以及故障時將故障發生時的電壓電流數據存儲到本地存儲單元中。

如圖2所示，電壓變換單元12包括基於運算放大器的線性衰減電路。由於設備外的電壓互感器二次側的電壓數值依然較大，需要通過裝置內的運算放大電路對電壓值進行線性縮小，然後將縮小後的信號傳送到低通濾波電路中進行濾波，隨後將處理後的信號會傳送到電壓模數轉換單元進行數位訊號處理。

如圖3-6所示，電流變換單元15包括電壓形成電路，可滿足24路電流變換。將裝置外電流互感器輸入的電流通過電壓形成電路轉換為電壓信號，再傳送給低通濾波電路進行處理，隨後將處理後的信號會傳送到電流模數轉換單元進行數位訊號處理。

電壓變換單元12和電流變換單元15還包括電壓低通濾波電路和信號調理電路。

電壓模數轉換單元14和電流模數轉換單元16均設有6路模擬量差分輸入通道，分為A、B、C三組，每路模擬量差分輸入通道設置有採樣保持器，可同時採樣後逐個轉換，並按照多種方式靈活輸出。模數轉換晶片採用ADS8364，電壓模數轉換單元和電流模數轉換單元的主要功能是將電壓轉換單元和電流轉換單元處理好的模擬信號轉換為數位訊號後傳送給雙DSP控制單元中的算法DSP中，整個模數轉換過程在算法DSP的控制下完成。

如圖7所示，信號注入單元13包括橋式整流電路和逆變電路。核心是由IGBT驅動的基於三角波比較方式的電流跟蹤型PWM逆變恆流信號源。可設置信號源的輸出電流為4A，頻率為70Hz。

開關量輸出單元包括可以控制繼電保護裝置的開關量。開關量輸出的狀態有可驅動跳閘出口繼電器、故障告警信號等。開出電路有TLP121光耦合器實現強弱電隔離。

如圖8-9所示，通信單元10包括通信接口電路。採用MAX3232、SN75LBC184晶片，設計有RS-232、RS-485通信接口電路。在RS-485電路中採用了高速光耦6N137實現信號的隔離傳輸，防止外部信號對內部系統的電磁幹擾，提高了裝置整體的穩定性，從而實現穩定的遠程數據傳輸。

本地存儲單元配置有CH375晶片，外接有大容量快速快閃記憶體優盤，當裝置檢測到有故障發生時，會在控制DSP的控制下，將故障時間、故障類型、故障發生後的電壓電流信號存儲到大容量儲存優盤中，方便工作人員巡檢時讀取和研究。

人機互動單元9採用DGUS串口屏，使用軟體DGUS在PC機上進行變量規劃、界面設計。在控制DSP控制下將電壓、電流、功率以及故障記錄等信息數據傳送到人機互動單元進行顯示，採用多界面操作，可以實現巡檢工作人員的現場檢查等操作。

電源管理單元。裝置電源採用型號為IQ-60F的開關電源，其最大功率為60W，提供+5V、+15V、-15V、+24V四路直流電壓輸出。

該基於雙DSP平臺的小電流故障接地檢測設備的工作原理器為：通過裝置外電壓互感器18和裝置外電流互感器19將電力系統中的大電壓大電流轉換為小電壓小電流分別傳送到裝置內部的強電壓子板2和強電流子板3上。在強電壓子板2上，通過電壓變換單元12將電壓信號進行線性縮小和濾波調理後輸入到電壓模數轉換單元進行數字量轉換，進而將數字量傳送到主板上的DSP控制單元，同時為滿足檢測的需求，如果使用S信號注入法，可以由算法DSP進行控制，通過強電壓子板2上的信號注入單元13進行信號注入。在強電流子板3上，首先通過電流變換單元15對輸入的電流信號轉換為電壓，並進行濾波和調理，進而傳送到子板上的電流模數轉換單元16轉換為數字量，再送給主板1上的DSP控制單元。其中通過強電壓子板2和強電流子板3傳送到DSP控制單元中的算法DSP，在晶片中進行算法運算，利用內嵌的程序及判據判斷故障類型及確定選線結果，如果發生故障則直接控制強電流子板上的開關量輸出單元執行相應的保護動作，同時將計算完的結果通過雙口RAM傳送給控制DSP，進而控制弱電子板上通訊單元進行結果傳送以及將故障發生時的故障時間及波形等信息存儲到本地存儲單元中，同時也將電流電壓等相關信息顯示在主板上的人機互動單元上。

當然，上述說明並非是對本實用新型的限制，本實用新型也並不僅限於上述舉例，本技術領域的技術人員在本實用新型的實質範圍內所做出的變化、改型、添加或替換，也應屬於本實用新型的保護範圍。