配電網系統線路保護裝置的製作方法
2023-11-05 11:30:47
本實用新型涉及繼電保護設備領域，特別是涉及一種配電網系統線路保護裝置。
背景技術：
經小電阻接地配電網接地故障通常採用零序電流保護，雖然在實際運行中對於金屬性接地故障具有較好的響應能力，然而在存在過渡電阻情況下，則靈敏性較差，並且對於高阻接地的情況也難以可靠識別的缺陷。為了解決解決高阻接地問題，目前做法為在原有零序電流保護的基礎上，引入零序電壓等電氣量構成自適應零序電流保護。
然而，目前國內配電網線路保護裝置存在著採樣精度和採樣頻率較低的問題，無法完全滿足線路保護要求。
技術實現要素：
基於此，有必要針對傳統配電網系統線路保護裝置採樣精度低的問題，提供一種新型的配電網系統線路保護裝置。
本實用新型採用以下技術方案：
一種配電網系統線路保護裝置，包括主控模塊，以及與所述主控模塊連接的A/D採樣模塊、開入/開出模塊、人機互動模塊以及乙太網模塊，還包括通過開入/開出模塊與主控模塊連接的跳合閘模塊；
其中，所述A/D採樣模塊具有多路採樣通道；
所述主控模塊設置有第一控制接口和第二控制接口，所述主控模塊通過第一控制接口連接所述人機互動模塊，通過第二控制接口連接所述乙太網模塊。
作為一優選方式，主控模塊設置有共享內存區的ARM核心和DSP核心，所述ARM核心與DSP核心通過並行接口通信連接。
作為一優選方式，所述A/D採樣模塊包括至少兩個微型互感器、至少兩路模擬量低通濾波和若干多路A/D轉換晶片；
所述微型互感器分別通過對應的模擬量低通濾波連接至多路A/D轉換晶片的某一路信號輸入端。
作為一優選方式，所述A/D採樣模塊包括16個微型互感器、16路模擬量低通濾波和2片8路A/D轉換晶片；
所述微型互感器包括電流互感器和電壓互感器，所述電流互感器和電壓互感器的總量為16個。
作為一優選方式，所述開入/開出模塊包括：複雜可編程邏輯器件、第一光耦隔離、第二光耦隔離以及繼電器；
所述複雜可編程邏輯器件的輸入端分別通過第一光耦隔離、第二光耦隔離、繼電器連接所述主控模塊。
作為一優選方式，所述第一光耦隔離為兩級光耦隔離，所述第二光耦隔離為單級光耦隔離。
作為一優選方式，所述跳合閘模塊包括手動跳合閘繼電器和遙控跳合閘繼電器。
作為一優選方式，所述人機互動模塊包括顯示屏幕以及鍵盤；
所述第一控制接口包括SPI接口以及I2C接口，所述主控模塊通過SPI接口連接顯示屏幕，通過I2C接口連接鍵盤。
作為一優選方式，所述乙太網模塊包括遵循IEEE 802.3-2002規範且支持IEC 61850標準的百兆乙太網控制器和乙太網口；
所述第二控制接口為MII接口；
所述乙太網口包括電乙太網口和光乙太網口。
作為一優選方式，還包括JTAG模塊和電源模塊；
所述主控模塊還設置有與所述ARM核心以及DSP核心連接的第三控制接口，所述主控模塊通過第三控制接口連接所述JTAG模塊；
所述主控模塊還與所述電源模塊連接。
上述配電網系統線路保護裝置，可通過高性能A/D轉換採集各種電氣量，提高了數據採集精度和採集效率；並且基於乙太網模塊，便於實現與保護信息子站、控制中心的信息交互。
附圖說明
圖1為一實施例的配電網系統線路保護裝置示意圖；
圖2為一實施例的配電網系統線路保護裝置中主控模塊10的結構示意圖。
具體實施方式
為使得本實用新型的發明目的、特徵、優點能夠更加的明顯和易懂，下面將結合附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
圖1為一實施例的配電網系統線路保護裝置示意圖，如圖1所示，本實施例的配電網系統線路保護裝置主要包括主控模塊10，以及與所述主控模塊10連接的A/D採樣模塊20、開入/開出模塊30、人機互動模塊50以及乙太網模塊60，還包括通過所述開入/開出模塊30連接所述主控模塊10的跳合閘模塊40。其中，所述A/D採樣模塊20具有多路採樣通道；所述主控模塊10設置有共享內存區的一個ARM核心和一個DSP核心，還設置有第一控制接口、第二控制接口，所述ARM核心分別連接所述第一控制接口和第二控制接口，所述ARM核心與DSP核心通過並行接口通信連接；所述主控模塊10通過第一控制接口連接所述人機互動模塊50，通過第二控制接口連接所述乙太網模塊60。
作為一優選實施方式，所述乙太網模塊60包括遵循IEEE 802.3-2002規範且支持IEC 61850標準的乙太網控制器，還包括與所述乙太網控制器連接的乙太網口。所述乙太網控制器內含媒體訪問控制器單元和網絡物理層單元，支持IEEE 1588高精度時間同步。所述乙太網口配置有電乙太網口和光乙太網口，通信接口豐富，適用範圍廣，功能強大。所述乙太網模塊60支持IEC 61850的變電站層MMS(Manufacturing Message Specification)通信；還可收發IEC 61850變電站層總線上的MMS報文，實現與保護信息子站、控制中心的信息交互。
作為一優選實施方式，所述主控模塊10內置的第二控制接口為MII(Medium Independent Interface)接口，所述主控模塊10通過MII接口與所述乙太網模塊60連接，用於實現兼容不同類型的乙太網模塊60。
優選的，所述乙太網模塊60使用百兆網絡控制晶片KSZ8995為核心，配置有兩個電乙太網口和兩個光乙太網口。對應的乙太網模塊60支持IEC 61850的變電站層MMS通信，可通過該乙太網模塊60收發IEC 61850變電站層總線上的MMS報文，實現與保護信息子站、控制中心的信息交互。
基於上述配電網系統線路保護裝置，可通過高性能A/D轉換模塊採集各種電氣量，提高了數據採集精度和採集效率；並且基於乙太網模塊，便於實現與保護信息子站、控制中心的信息交互。
作為一優選實施方式，所述的配電網系統線路保護裝置還包括JTAG(Joint Test Action Group)模塊70和電源模塊80。所述主控模塊10還設置有與所述ARM核心以及DSP核心連接的第三控制接口，所述主控模塊10通過第三控制接口連接所述JTAG模塊70；所述主控模塊10還與所述電源模塊80連接。通過電源模塊80為配電網系統線路保護裝置中的其他模塊提供電能。
優選的，所述第三控制接口為標準的14針JTAG接口，通過所述JTAG模塊70實現對裝置的調試與配置。所述電源模塊80為小型化開關電源模塊80，便於集成，其輸入為110V/220V的交流電或直流電，經內部整流逆變後得不同電平直流電壓輸出，所述電源模塊輸入交流電壓幅值範圍為85～256V，所述電源模塊輸出直流電壓包括但不限於5V、7.5V以及24V。
如圖2所示，優選的，所述主控模塊10採用德州儀器生產的F28M36P63C2雙核處理器晶片，包括一個主頻為150MHz的DSP核心和100MHz的ARM核心，所述DSP核心與所述ARM核心通過HPI(HOST PORT INTERFACE)接口通信連接。所述DSP核心負責進行數據採集、數據預處理以及保護判別等工作；所述ARM核心負責包括顯示、按鍵在內的人機互動控制，以及網絡通信處理。所述DSP核心和所述ARM處理器之間通過共享內存(ShareRAM)進行數據交換。由此，不同實時性要求以及重要程度的任務分由不同核心處理，有利於增強裝置的可靠性、穩定性以及魯棒性。
作為一優選實施方式，所述A/D採樣模塊20包括至少兩個微型互感器、至少兩路模擬量低通濾波和若干多路A/D轉換晶片；所述微型互感器的數量與所述模擬量低通濾波的數量相同，所述若干多路A/D轉換晶片的總路數與所述微型互感器的數量相同；所述微型互感器分別通過對應的模擬量低通濾波連接至多路A/D轉換晶片的某一路信號輸入端。
優選的，所述A/D採樣模塊20通過系統總線連接主控模塊10。所述A/D採樣模塊20包括16個微型互感器、16路模擬量低通濾波和2片8路A/D轉換晶片；所述微型互感器包括電流互感器和電壓互感器，所述電流互感器和電壓互感器的總量為16個。例如：以高精度A/D採樣晶片AD7606為核心，包括微型互感器、模擬量低通濾波以及A/D轉換電路。微型互感器部分優選採用電流20A/7.07V的電流互感器和120V/7.07V的電壓互感器。模擬量低通濾波部分優選採用二階RC低通濾波器，其截止頻率為1kHz。A/D轉換部分優選採用AD7606晶片，有16位精度，最大200kHz的採樣頻率，所述A/D採樣模塊20與主控模塊10經總線連接，對應的配電網系統線路保護裝置最多可安裝16路A/D採樣通道，相比於傳統裝置，其採用效率高。
作為一優選實施方式，所述開入/開出模塊30通過系統總線連接主控模塊10。所述開入/開出模塊30包括：複雜可編程邏輯器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)、第一光耦隔離、第二光耦隔離以及繼電器；所述複雜可編程邏輯器件的輸入端分別通過第一光耦隔離、第二光耦隔離、繼電器連接所述主控模塊10。優選的，所述第一光耦隔離為兩級光耦隔離，所述第二光耦隔離為單級光耦隔離。例如：所述開入/開出模塊30由DSP核心的總線接口經CPLD晶片擴展組成，其中12路開入量通過兩級光耦隔離輸入，支持110V/220V開入量輸入；其中4路開入量通過單級光耦隔離輸入，支持24V開入量輸入；其中6路開出量通過繼電器輸出，接點最大容量為，250V/5A。
作為一優選實施方式，所述跳合閘模塊40包括手動跳合閘繼電器和遙控跳合閘繼電器，所述跳合閘模塊經開入/開出模塊與主控模塊相連。此外，所述跳合閘模塊40具有自保持的跳閘和合閘迴路，最大可承受6A的跳合閘電流；具有位置信號，事故音響，控制迴路斷線信號輸出的功能。
作為一優選實施方式，所述人機互動模塊50包括顯示屏幕以及鍵盤；所述顯示屏幕用於輸出故障信息或者故障檢測的用戶操作界面，所述鍵盤用於用戶輸入操作指令或者檢測用參數。對應的，所述主控模塊10內置的第一控制接口包括SPI(Serial Peripheral Interface)接口以及I2C(Inter-Integrated Circuit，兩線式串行總線)接口，所述主控模塊10通過SPI接口連接顯示屏幕，通過I2C接口連接鍵盤。
優選的，所述顯示屏幕為內置驅動晶片的彩色TFT(Thin-Film Transistor)屏幕；所述顯示屏幕內置驅動晶片，所述顯示屏幕內置背光調節模塊。例如：採用4.3英寸彩色TFT屏幕，其解析度為480*272，所述TFT屏幕內置的控制器經SPI接口與ARM核心相連，所述顯示模塊使用TPS61080晶片控制TFT屏幕背光。
優選的，所述鍵盤為矩陣鍵盤，通過矩陣鍵盤專用鍵盤晶片進行按鍵掃描。例如：使用鍵盤晶片TCA8418對4*5矩陣鍵盤進行掃描，並通過I2C接口與主控模塊10的ARM核心(AM1707晶片)進行通信。
上述實施例的配電網系統線路保護裝置，可通過高性能A/D轉換採集各種電氣量，提高了數據採集精度和採集效率；並且基於乙太網模塊，便於實現與保護信息子站、控制中心的信息交互；以及通過其強大的計算能力實現不同故障情況下的自適應判別。
以上所述實施例僅表達了本實用新型的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對實用新型專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本實用新型的保護範圍。因此，本實用新型專利的保護範圍應以所附權利要求為準。