专利名称：一种小电流接地选线装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及小电流接地系统，为一种小电流接地选线装置。
背景技术：
在小电流接地系统中发生单相接地故障情况下，产生的零序电流非常小，怎样及 时准确的选取故障线路成为难题。长期以来国内外做了大量的研究工作，提出了许多选线 理论，推出了很多选线装置，取得了一定的效果。但在实际工程应用中仍存在诸多不足。AD转换的精度对装置的选线结果有着直接的影响。目前传统选线装置普遍采用8 位的AD，精度不够高。不同的选线理论对AD转换的速度的要求也不同，其中，利用故障暂态 信息选线的方法对AD转换的要求较高。所以，目前的小电流选线装置不能充分利用故障信 息的暂态分量。随着采样频率的增高及复杂算法的应用，对小电流接地选线装置的数据处理能力 提出了更高的要求，并且由于小电流接地选线装置要求处理器能够对采集到的数据进行实 时处理，传统CPU已不能满足对大数据量的实时处理需求。
发明内容本实用新型要解决的问题是现有的小电流接地装置不能满足使用需求，不能充 分利用故障信息的暂态分量，而且传统装置中的单CPU控制已不能满足对大数据量的实时
处理需求。本实用新型的技术方案为一种小电流接地选线装置，包括多路信号输入接口、运 放调理电路、AD转换模块、中央处理单元、I/O接口、电源和人机交互接口，多路信号输入接 口、运放调理电路、AD转换模块依次连接，AD转换模块、I/O接口和人机交互接口分别与中 央处理单元双向连接，电源连接各个部分提供电源，其中中央处理单元为多处理器结构，由 主控CPU芯片、DSP芯片、FPGA芯片、存储器及外围电路构成，AD转换模块与DSP芯片连接， I/O接口与FPGA芯片连接，人机交互接口与主控CPU芯片连接。多路信号输入接口与运放调理电路的连接之间设有TV/TA隔离电路。中央处理单元的主控CPU芯片还连接CAN、USB、RS_232、SPI和网络接口。AD转换模块由多个并行的AD转换器组成。本实用新型提供了一种能够很好的满足小电流接地选线系统的性能、可靠性、成 本、体积等要求的硬件平台，专门针对小电流接地选线装置的特点而提出，通过零序电流互 感器采集到的零序电压电流信号由多路信号输入接口输入运放调理电路滤波，放大后送入 AD转换模块进行AD转换，得到数字信号，把这些数字信号送入DSP芯片进行同步补偿。由 于取消了采样保持器，需要对AD的采样数据进行采样同步补偿，且本实用新型的AD采样频 率高，数据量大，现有的微机在实时采样、处理方面往往不能满足实际应用要求，本实用新 型设计了基于DSP芯片的高速数据处理单元，采用主控CPU构成主从系统，较好的解决这类 问题。[0011]本实用新型采用多处理器结构，取消了采样保持器，通过DSP芯片实现采样同步， 采样频率高，能够充分利用故障信息，利用故障暂态信息的选线方法对AD转换的速度要求 较高，暂态零序电流自由振荡频率可达几千Hz，目前的小电流接地选线装置采样频率普遍 较低，不能充分利用故障信息的暂态分量，为满足暂态选线的技术要求，本实用新型高速数 据采集系统采样频率最大可达每工频周波采样512点，单线路的采样频率可达25. 6Hz。为 满足多路信号的高速数据采集，本实用新型将模拟信号分为几组，采用多AD并行的工作模 式，并由FPGA实现采样时序逻辑的控制，每组有4个电压通道和14个电流通道，分别负责 一段母线上的4路电压信号和14路电流信号。本实用新型提高选线可靠性；结构简单，可 实现硬件的在线配置，适用于多种选线理论；体积小，低功耗，低成本，有利于大规模应用； 模块化的设计方法，使整个系统的安装调试更加方便。
图1为小电流接地选线硬件系统的构成。图2为高速数据采集系统示意图。
具体实施方式
如图1，本实用新型包括多路信号输入接口、运放调理电路、AD转换模块、中央处 理单元、I/O接口、电源和人机交互接口，多路信号输入接口、运放调理电路、AD转换模块依 次连接，AD转换模块、I/O接口和人机交互接口分别与中央处理单元双向连接，电源连接各 个部分提供电源，其中中央处理单元为多处理器结构，由主控CPU芯片、DSP芯片、FPGA芯 片、存储器及外围电路构成，AD转换模块与DSP芯片连接，I/O接口与FPGA芯片连接，人 机交互接口与主控CPU芯片连接。多路信号输入接口与运放调理电路的连接之间设有TV/ TA隔离电路，I/O接口连接开关量接口。中央处理单元的主控CPU芯片还连接CAN、USB、 RS-232、SPI和网络接口。下面说明本实用新型的具体实施方式
本实用新型由信号输入、AD转换、中央处理单元、运放调理、开关量输入输出、电源 以及人机交互接口等部分组成，各部分通过总线连接，如图1所示，为满足配电自动化后台 监测的要求，本实用新型还提供CAN、USB、RS-232、SPI和网络接口，可完成组网、系统维护、 选线结果上报等功能。1信号处理流程通过零序电流互感器采集到的零序电压电流信号由多路信号输入接口经过运放 调理电路滤波、放大后送入AD转换模块进行AD转换，得到数字信号，把这些数字信号送入 DSP芯片进行同步补偿，随后的数据送入主控CPU芯片进行接地判断，如有接地故障发生， 则运行选线算法，给出选线结果并保存。2高速数据采集系统高速数据采集系统包括多输入选择开关，多个AD转换器，与DSP、CPU、FPGA连接， 能根据实际情况通过CPU对可编程逻辑门阵列FPGP进行配置，调整输入通道的数量及采样 频率。暂态零序电流千振荡频率很高，可达几千Hz，为了满足暂态选线的技术要求，高速数 据采集系统采样频率最大可达每工频周波采样512点，单线路的采样频率可达25. 6kHz。为满足多路信号的高速数据采集，可将模拟信号分为几组，采用多个AD转换器并行的工作模 式，并由FPGA实现采样时序逻辑的控制，每组有4个电压通道和14个电流通道，分别负责 一段母线上的4路电压信号和14路电流信号。系统示意图如图2所示。本实用新型取消了传统数据采集中的采样保持器，采用由DSP芯片进行软件补偿 的方法进行采样同步补偿，进一步简化了系统结构。由于系统的采样频率高，补偿后的误差 很小，不影响选线的精度。3中央处理单元中央处理单元由主控CPU、DSP、FPGA、存储器及外围器件构成。DSP完成采样数据 的同步补偿并能根据实际的算法需要对采样数据进行处理，并缓冲数据。FPGA实现逻辑控 制以及输入输出控制、包括数据采样控制。由于取消了采样保持器，需要对AD的采样数据进行采样同步补偿，且本实用新型 的AD采样频率高，数据量大，现有的微机在实时采样、处理方面往往不能满足实际应用要 求，而基于DSP的芯片的高速数据处理单元和主控CPU构成主从系统能够较好的解决这类 问题。FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚，能够实现复杂的逻辑。FPGA是由存放在片 内的RAM进行编程。FPGA有多种配置模式，本系统中FPGA工作在外设模式，由主CPU对其 编程。FPGA的应用，提高了系统的集成度，简化了装置的结构，提高了系统的可靠性。同时， 由于FPGA的现场可编程性，装置可以根据需要对采样频率和信号通道数进行调整，是现系 统硬件的升级。
权利要求1.一种小电流接地选线装置，其特征是包括多路信号输入接口、运放调理电路、AD转 换模块、中央处理单元、I/O接口、电源和人机交互接口，多路信号输入接口、运放调理电路、 AD转换模块依次连接，AD转换模块、I/O接口和人机交互接口分别与中央处理单元双向连 接，电源连接各个部分提供电源，其中中央处理单元为多处理器结构，由主控CPU芯片、DSP 芯片、FPGA芯片、存储器及外围电路构成，AD转换模块与DSP芯片连接，I/O接口与FPGA芯 片连接，人机交互接口与主控CPU芯片连接。
2.根据权利要求1所述的一种小电流接地选线装置，其特征是多路信号输入接口与运 放调理电路的连接之间设有TV/TA隔离电路。
3.根据权利要求1所述的一种小电流接地选线装置，其特征是中央处理单元的主控 CPU芯片还连接CAN、USB、RS-232、SPI和网络接口。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种小电流接地选线装置，其特征是AD转换模块由 多个并行的AD转换器组成。
专利摘要一种小电流接地选线装置，包括多路信号输入接口、运放调理电路、AD转换模块、中央处理单元、I/O接口、电源和人机交互接口，多路信号输入接口、运放调理电路、AD转换模块依次连接，AD转换模块、I/O接口和人机交互接口分别与中央处理单元双向连接，电源连接各个部分提供电源，其中中央处理单元为多处理器结构，由主控CPU芯片、DSP芯片、FPGA芯片、存储器及外围电路构成，AD转换模块与DSP芯片连接，I/O接口与FPGA芯片连接，人机交互接口与主控CPU芯片连接。本实用新型提高选线可靠性；结构简单，可实现硬件的在线配置，适用于多种选线理论；体积小，低功耗，低成本，有利于大规模应用。
文档编号G01R31/08GK201860099SQ20102060369
公开日2011年6月8日 申请日期2010年11月12日 优先权日2010年11月12日
发明者于扬, 林莘, 王益涛 申请人:南京因泰莱配电自动化设备有限公司