专利名称：基于嵌入式处理器技术的故障隔离控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及配电网络的接地与短路故障隔离技术，特别涉及一种基于嵌入式 处理器技术的故障隔离控制器的装置构成与实现方法。
背景技术：
我国IOkV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。目前存在以下几个方面的问 题比较突出(1)配电网主干线改良后支线故障率大幅上升，根据相关资料的统计，配电网中 80%以上的故障发生在支线用户侧，在输电线路主干线上发生故障的几率较小；(2)因支线上单一用户的故障，其保护配合不当而波及整条馈线停电而引起的责 任纠纷逐年增多。由于用户电气设备的事故而波及到配电线路，造成全线路停电时，使用同 一线路的其他用户也不得不停电，从而大大降低了配网的供电可靠性；(3)现有的一些故障隔离设备，虽然在相间短路时基本能够满足要求，但对单相接 地故障缺乏足够的动作灵敏度，难以满足应用要求。针对上述问题的特点，若能在配电网中准确的隔离发生故障的用户支线，不仅可 以使某一用户的故障不会造成主干线路及相邻用户的停电，减少责任纠纷，使用户界内界 外的事故责任划分明确，而且可快速定位故障点，避免对整条线路进行巡查，将线路发生故 障的影响范围以及危害程度降至最低，大大提高配电网供电的可靠性、安全性和经济性。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种嵌入式处理器技术的故障隔离控 制器的构造方法、装置，利用发生单相接地及相间短路时的特征分量，控制配套的开关设备 实现配电系统的故障隔离。为达到上述目的，本实用新型提供的一种基于嵌入式处理器技术的故障隔离控制 器，用于包括多条出线和一条母线的配电网络系统，以在发生单相接地及相间短路故障时 进行故障隔离，其特征在于，所述控制器包括CT/PT模块，采集电力系统一次PT和CT对应的电压和电流，输出给处理器模块供 模数转换。开关量隔离模块对8路开关量输入采用光电隔离进行电信号隔离，然后经过阻 抗匹配电路对信号进行调理，供CPU进行采样处理。CPU控制信号经过光电隔离后，进行放 大，以驱动继电器线包，继电器输出为4路，其余12路光耦输出。处理器模块是系统中所有的采集、分析判断、通讯功能的控制中心，并能提供一 定的计算能力。GPRS通讯模块负责将处理器模块的串行通讯，以无线的方式转发。电源模块为其他模块提供直流电源，具备交流电源输入保护，具备EMI抑制能力。上述控制器系统，其特征在于，所述接地选线装置的信号输入形式，包括三路电压 输入信号输入三相相电压信号；或任意两相相电压与零序电压组合的电压信号，或任一 线电压与零序电压组合的电压信号。与现有技术相比，采用本实用新型提供的方案，对接地故障的检测灵敏度大为提 高，通讯方式灵活，利用于GPRS (General Packet Radio krvice，通用无线分组业务)网络 通信技术，解决参数远程测量和传输问题；抗干扰能力强，能够广泛适用配电网复杂的电磁 环境，能实现及时报警、实时数据采集和实时控制的功能，为IOkV配网过电压抑制及故障 定位隔离技术提供控制平台。本实用新型提出了嵌入式处理器技术的故障隔离控制器，能够检测故障时的特征 量，在发生接地及短路故障时通过控制相配套的开关设备将故障点从电网中切除、隔离，并 通过无线方式，将相应的动作信息、报警信息远传。
图1为本实用新型基于嵌入式处理器技术的故障隔离控制器的结构图；图2模拟滤波电路结构示意图；图3AD驱动电路结构示意图；图4DSP主要外围电路结构示意图；图5电源部分结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做详细的说明，以进一步了解本实用新型之目的、方 案及功效，但所附图式及实施例说明并非用于限定本实用新型的保护范围。参考图1，本实用新型提出了一种基于嵌入式处理器技术的故障隔离控制器，用于 包括多条出线和一条母线的配电网络系统，以在发生单相接地及相间故障时进行隔离，本 实用新型的控制器包括以下模块⑴ CT/PT 模块CT/PT模块采集电力系统一次4路PT和4路CT对应的电压和电流，经二次PT/CT 变换后输出给处理器模块供模数转换。仪用电压互感器的输入端接受电力系统一次PT的 电压信号，并将其转换为DSP能够采集的电压信号，提供给DSP计算当前的电压测量值；仪 用电流互感器的输入端接受电力系统一次CT的电流信号，并将其转换为DSP能够采集的电 压信号，电压和电流的采集各4路。PT选用仪用电压互感器DSH-TV120/3. 53，CT选用仪用电流互感器DSH-TA6/3. 53。性能指标PT技术指标输出频率50Hz输入电压100V输出电压<3V频率稳定性<士5%[0033]输出波形失真度<5%工作温度-40°C +60°CCT技术指标输出频率50Hz输入电流5A输出电压<3V频率稳定性<士5%输出波形失真度<5%工作温度-40°C +60°C(2)开关量隔离模块开关量隔离模块对8路开关量输入采用光电耦合进行电信号隔离，然后经过阻抗 匹配电路对信号进行调理，供CPU进行采样处理。CPU控制信号经过光电隔离后，进行放大， 以驱动继电器线包，继电器输出为4路，其余12路光耦输出。该模块主要由光耦和继电器以 及它们的周边电路组成。光耦选用的是TOSHIBA的TLP127型。继电器选用的型号是松下 的ST2-L2-DC24V。为保证处理器能够及时响应8路输入，开关量输入增加了与非门74LS30， 将开关量的变化作为一路中断请求信号接入处理器。开关量隔离模块同时向外部提供一路MV电源，供光耦输入输出使用，向输入部 分提供40mA电流，向输出部分提供120mA电流，性能指标开关量输入采集指标信号电平24V ；继电器输出指标耐压250V，负载电流5A(最大)；光耦输出指标耐压> 30V，负载电流120mA(最大)；与处理器模块接口 5VTTL电平。(3)处理器模块处理器模块完成模拟量采集功能将由PT/CT模块输出的8路交流电压信号，进 行滤波、采样和模数转换并经过FFT计算得到与其有效值对应得数字量；开关量输入采集 功能将由开关量隔离模块输出的8路开关输入量进行采集；开关量输出功能能根据指令 或预定程序，控制16路开关量；实时时钟功能能提供实时时钟数据；串口通讯功能两路 RS232电平标准的通用串行接口，一路用作与GPRS模块的通讯，一路用作参数设置；参数的 设置和保存能将从设置串口传送的参数进行接收、更改和保存；自检功能在上电或接收 到指令时，进行系统得自检，并通过GPRS和串口向上位机报告；处理器的选型具体选用型号为Ti公司的TMS320F2812。模拟采集通道共8组，各个通道具有相同的结构，接受有效电压信号范围为-5V +5V (可根据实际工作电压进行调整)。前向通道采用运算放大器AD8674构成增益调整和 滤波电路，经滤波后的信号为满足AD的量程要求，进行电压的偏置，再由高速运放AD8040 构成的跟随器推动。模数转换部分采用DSP内置的AD转换电路(12bit)，采用了 ADINAO/ ADINA1/ADINA2/ADINA3/ADINB0/ADINB1/ADINB2/ADINB3 八个通道。整个模拟采集部分采用 了统一参考源3. 0V,由AD780实现DSP的其他外围电路包括[0055]复位电路MAX708及外围电路，用来实现在系统上电或掉电情况下的复位操作；实时时钟电路DS3234及外围电路(备用电池CR2016)，为系统提供实时时钟；扩展SRAM :CY7C1041V33，存储容量 256k*16bit ；IO驱动Sn741S16M5，用于DSP与外部IO电路板的数字输入输出驱动。两路串口电平转换电路MAX3232及外围电路，一个用于系统调试，一个用于GPRS 模块控制。8路IO的输入由DSP的GPI0B7. 0检测，4路继电器的控制和12路光耦输出由DSP 的GPI0A15. 0控制。主要的外围电路原理如图4。性能指标模拟信号采集指标交流电压信号3VRMS (最大)，50Hz ；测量分辨率12位。开关量输入输出指标兼容5V的TTL电平；串口 RS232电平标准，波特率> 9600bps ；处理器能力指标32位整数型处理器，100MIPS以上；功耗<5W(平均值)。ONCHIP 程序存储器128K*16ONCHIP 程序存储器14Κ*1616 通道 12 位 AD可编程的外部访问等待时间两个独立的串口多个可编程I/O工作温度-40 85(4) GPRS 通讯模块GPRS通讯模块在上位机与数据终端之间建立起基于GPRS业务的无线通讯链路。整个监测系统的通讯模式是点对多点，其中一台上位机作为主站，其他数据终端 作为从站。主从之间的通讯采用应答方式，由主站分时查询每个从站，从站收到查询帧后向 主站发送数据。GPRS模块选用的是北京捷麦通信器材有限公司的G200型。采用的是主动工作模 式，即当G200模块收到数据后就将数据立刻送到串口。串口数据采用有格式传输。(5)电源模块电源模块为系统其他部分提供直流控制电源；具备交流电源输入保护；具备EMI 抑制能力。电源的AC-DC电源模块SMA15-220T512将经过滤波处理的100V交流电源转换 为处理器模块所需要的5V和士 12V直流电源，主要用于DSP嵌入式测控系统，另外一只电 源模块SMA15-220D5M将经过滤波处理的100V交流电源转换为继电器需要的24V直流电源。性能指标5V输出部分输出电流2A，纹波< lOOMv(Vp-p)；12V输出部分输出电流1. 5A，纹波< IOOMv (Vp-p)；士 12V输出部分输出电流0. 2A，纹波< IOOmV (Vp-p)；[0085]24V输出部分输出电流0. 6A，纹波< 200mV(Vp-p)；熔断器指标5A ；滤波器指标电流2A。组成框图如图5。(6)控制器结构控制器结构容纳整个系统的电路；提供防尘、防水保护；机箱采用铸铝密封设计， 电路板，分层装于机箱内，引出线加水密端子。系统中的处理器模块和开关量隔离模块设计 在一块电路板上；PT/CT模块和电源设计在一块电路板上；GPRS及其电源为一块电路板，共 3块电路板。性能指标防护等级在没有GPRS天线的情况下符合EN605^/IEC5^ (IP65)之规定。电磁兼容4级(IEC225/IEC60065)。体积25(^25(^200mm(长 * 宽 * 高)以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能 认定本实用新型的具体实施方式
仅限于此，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员 来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为 属于本实用新型由所提交的权利要求书确定实用新型保护范围。
权利要求1.一种基于嵌入式处理器技术的故障隔离控制器，其特征在于，所述控制器包括CT/ PT模块、开关量隔离模块、处理器模块、GPRS通讯模块和电源模块；其中，CT/PT模块、开关 量隔离模块和GPRS通讯模块同时与处理器模块双向连接；处理器模块上连接有电源模块。
2.根据权利要求1所述的基于嵌入式处理器技术的故障隔离控制器，其特征在于所 述CT/PT模块包括PT和CT，其中PT为仪用电压互感器DSH-TV120/3. 53，CT为仪用电流互 感器 DSH-TA6/3. 53。
3.根据权利要求1所述的基于嵌入式处理器技术的故障隔离控制器，其特征在于，还 包括一处理器模块完成8路交流模拟量采集功能将由开关量隔离模块输出的8路开关输 入量进行采集；两路RS232电平标准的通用串行接口，一路用作与GPRS模块的通讯，一路用 作参数设置；参数的设置和保存能将从设置串口传送的参数进行接收、更改和保存；处理 器的选型具体选用型号为Ti公司的TMS320F2812 ；模拟采集通道共8组，接受有效电压信号范围为-5V +5V。前向通道采用运算放大 器AD8674构成增益调整和滤波电路，经滤波后的信号再由高速运放AD8040构成的跟随器 推动；模数转换部分采用DSP内置的AD转换电路，采用了 ADINA0/ADINA1/ADINA2/ADINA3/ ADINB0/ADINB1/ADINB2/ADINB3八个通道；整个模拟采集部分采用了统一参考源3. 0V,由 AD780实现；DSP的其他外围电路包括 复位电路MAX708及外围电路； 实时时钟电路DS3234及外围电路； 扩展 SRAM :CY7C1041V33，存储容量 256k*16bit ； IO 驱动:sn741sl6245 ；两路串口电平转换电路MAX3232及外围电路；8路IO的输入由DSP的GPI0B7. 0检测，4路继电器的控制和12路光耦输出由DSP的 GPI0A15. 0 控制。
4.根据权利要求1所述的基于嵌入式处理器技术的故障隔离控制器，其特征在于，还 包括GPRS通讯模块，在上位机与数据终端之间建立起基于GPRS业务的无线通讯链路。整个 监测系统的通讯模式是点对多点，其中一台上位机作为主站，其他数据终端作为从站； GPRS模块选用的是北京捷麦通信器材有限公司的G200型。
5.根据权利要求1所述的基于嵌入式处理器技术的故障隔离控制器，其特征在于，还 包括电源模块为系统其他部分提供直流控制电源；具备交流电源输入保护；具备一定的 EMI抑制能力。电源的AC-DC电源模块SMA15-220T512将经过滤波处理的100V交流电源转 换为处理器模块所需要的5V和士 12V直流电源，主要用于DSP嵌入式测控系统，另外一只 电源模块SMA15-220D5M将经过滤波处理的100V交流电源转换为继电器需要的24V直流 电源。
6.一种应用上述权利要求2、3、4或5所述的基于嵌入式处理器技术的故障隔离控制器，其特征在于，所述电网远方测控单元包括一 CT/PT模块PT选用仪用电压互感器DSH-TVl20/3. 53，CT选用仪用电流互感器 DSH-TA6/3. 53 ；一处理器模块完成8路交流模拟量采集功能处理器的选型具体选用型号为Ti公 司的TMS320F2812 ；DSP的其他外围电路包括复位电路MAX708及外围电路；实时时 钟电路DS32;34及外围电路；扩展SRAM :CY7C1041V33，存储容量；IO驱动 sn741sl6245 ；两路串口电平转换电路MAX3232及外围电路；8路IO的输入由DSP的 GPI0B7. 0检测，4路继电器的控制和12路光耦输出由DSP的GPI0A15. 0控制；一 GPRS通讯模块，在上位机与数据终端之间建立起基于GPRS业务的无线通讯链路； 整个监测系统的通讯模式是点对多点，其中一台上位机作为主站，其他数据终端作为从站； GPRS模块选用的是北京捷麦通信器材有限公司的G200型。
专利摘要本实用新型公开了一种基于嵌入式处理器技术的故障隔离控制器，所述控制器包括CT/PT模块、开关量隔离模块、处理器模块、GPRS通讯模块和电源模块；其中，CT/PT模块、开关量隔离模块和GPRS通讯模块同时与处理器模块双向连接；处理器模块上连接有电源模块。本实用新型提出了嵌入式处理器技术的故障隔离控制器，能够检测故障时的特征量，在发生接地及短路故障时通过控制相配套的开关设备将故障点从电网中切除、隔离，并通过无线方式，将相应的动作信息、报警信息远传。
文档编号H02J13/00GK201868952SQ20102063877
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者梅素真, 舒晓丽 申请人:安康供电局