专利名称：一种基于arm+dsp的智能变电站避雷器在线监测ied的制作方法
技术领域：
本发明属于智能变电站在线监测领域，涉及一种智能变电站氧化锌避雷器在线监测IED，尤其是一种氧化锌避雷器在线监测智能电子设备。
背景技术：
着我国经济的快速增长，电力系统的规模以及容量在不断地扩大，变电站内设备的损坏会造成不可估量的损失。避雷器是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一，主要用于限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压。 避雷器技术在近几年得到迅速发展，由传统的碳化硅避雷器转变成氧化锌避雷器，解决了以下缺点一是只有雷电最大幅值限压保护功能，没有雷电陡波保护功能，防雷保护功能不完全；二是没有连续雷电冲击保护能力；三是动作特性稳定性差，可能遭受暂态过电压危害；四是动作负载重，使用寿命短等，符合变电站安全运行的标准。但随着现代电网结构的日趋复杂，容量也在迅速扩大，实时传送信息量成倍增多，以及IEC61850在变电站中的不断推广，对变电站的智能结构有了更高的要求，需要借助新型智能电子设备(IED)以满足智能变电站的发展需求。智能电子设备具有高快速效的处理能力和强大的实时监控功能，能很好地满足氧化锌避雷器在线监测的要求。
发明内容本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种氧化锌避雷器在线监测智能电子设备，该在线监测智能电子设备协调完成与避雷器现场监测单元以及上位机的数据通讯。实时、准确和高速的监测各避雷器的运行状况。本发明的目的是通过以下技术方案来解决的一种基于ARM+DSP的智能变电站避雷器在线监测IED，采用ARM+DSP的双CPU结构，在双CPU结构外围搭建外围电路，外围电路包括电源转换隔离电路、CAN网络接口、485网络接口、RS232接口、以太网接口、Wifi通信接口。所述电源转换隔离电路在于用AC/DC电源模块转换引入的交流220V电压到5V，再用线性电源转换元件转换到所需3. 3V电压，同时再用三个电源转换元件转换到其他电压等级以及隔离电压。所述CAN网络接口在于CAN总线收发器CTM8251A的I引脚与3. 3V电源连接、2引脚和地连接、3引脚接CAN网络接口的TXD、4引脚连接CAN网络接口的RXD ;其中，在3. 3V电源和地之间接入0. Iuf的电容C90 ；6引脚并联接入120欧电阻，再并联二极管D13的正接入端；7引脚接6引脚并联电阻的另一端，再并联二极管D14的正接入端；8引脚连入GND_CAN, D13和D14另一端同时接到AGND。所述485网络接口在于RS-485收发器ADM2483的I引脚接3. 3V电源，3. 3V电源串联一个0. Iuf的电容接地；2引脚和8引脚直接接地。3引脚接485网络接口的RXD1，4引脚和5引脚接485网络接口的ENl ；6引脚接485网络接口的TXDl0 7引脚接4. 7K的电阻R68，电阻另一端接到3. 3V电源；9引脚和15引脚接到AGND ；12引脚与13引脚并联120欧姆的电阻R67，12引脚再与二极管DlO的正输入端并联，13引脚与二极管Dll正输入端连接，DIO、Dll另一端同时接到AGND ；16引脚与5V电源和C82并联连接，C82另一端接AGND。所述以太网接口在于以太网控制器采用单芯片快速以太网MAC控制器和主处理器连接。所述RS232接口其特征在于逻辑电平转换芯片MAX3232ESE的I引脚接到0. Iuf的电容C2的一端，3引脚接到电容C2的另一端；2引脚通过电容C4接地，引脚4和引脚5通过电容C3连接，引脚6通过电容C5接地；8引脚和10引脚直接接地；11引脚接TXD0，12引脚接RXD0，13引脚接RS接口的TXD0，14引脚接RS接口的RXDO ；15引脚接地，16引脚并 联3. 3V电源和电容Cl，电容Cl另一端接地。所述Wifi接口在于模块UG5681的I引脚接I. 5V电源，2引脚接3. 3V电源，3引分别并联一个15KQ的电阻Rl和一个22KQ的电阻R3，Rl的另一端接地；4引脚分别和15KQ电阻R5和22KQ电阻R4并联，R5另一端接地。5引脚和7引脚直接接地；6引脚接入2KQ的电阻R2，R2另一端接发光二极管的正输入端。本发明的优点与效果氧化锌避雷器在线监测IED的发明是为了提高监测单元和上位机之间更加安全、可靠的数据通信，采用有线传输的方式实现各个避雷器现场监测单元与IED之间的数据通信和控制，克服了变电站强电场、强电磁辐射、高频噪声和谐波的干扰问题。采用双CPU的结构，以及IRIG-B码对时提供精确统一的时间基准，满足智能变电站通讯实时性和高速性的需求，保证数据传输的可靠性和实时性，实现了智能变电站系统的智能化、信息化、高可靠性和低成本。符合IEC61850体系和智能电网的要求，为变电站自动化系统的实现和发展提供了先进的设备条件，从而具有重大的社会意义。
图I是智能变电站氧化锌避雷器在线监测系统整体架构图；图2是智能变电站氧化锌避雷器在线监测IED硬件框图；图3是智能变电站氧化锌避雷器在线监测IED电源供电框图；图4是智能变电站氧化锌避雷器在线监测IED的电源电路原理图；图5是智能变电站氧化锌避雷器在线监测IED的CAN总线接口电路原理图；图6是智能变电站氧化锌避雷器在线监测IED的485总线接口电路原理图；图7是智能变电站氧化锌避雷器在线监测IED的Wifi接口电路原理图；图8是智能变电站氧化锌避雷器在线监测IED的RS232接口电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详细描述如图I所示，智能变电站系统可分为站控层、间隔层和过程层。过程层主要完成开关量I/O、模拟量采样和控制命令的发送等；间隔层由IED组成，完成对站控层控制命令的发送和过程层信息的传输；站控层实现管理间隔层、过程层设备等功能，并完成与控制中心和人机界面等的通信。根据智能变电站系统结构，提出智能变电站氧化锌避雷器在线监测系统构架。本设计间隔层IED采用ARM9芯片和DSP芯片双CPU结构，其主要功能是完成与容性设备现场监测单元以及上位机的数据通信，其强大的实时监控能力及高速稳定的通信能力，可高效、可靠的实现氧化锌避雷器在线监测工作。如图2所示系统IED采用ARM9芯片S3C2440A和DSP芯片TMS320F28335的双CPU结构，以双CPU为控制核心，在外围分别搭建包括CAN网络接口、485网络接口、RS232接口、以太网接口、Wifi以及SD卡接口，本系统中采用IRIG-B码对时提供精确统一的时间基准，并且在本断路器IED中充分考虑电磁干扰对设备的干扰，电源部分进行设计时对各供电线路进行了分区隔离。如图3、4所示所述断路器IED电源部分采用AC/DC电源芯片LH15-10D0512-04将交流220V电压转换为5V和备用的12V电压。5V电压通过线性稳压芯片MIC29502BU转换为3. 3V，供给CAN网络接口电路、以太网网络接口和断路器IED上的其他用电器件。3. 3V电压通过线性电压调节芯片LMll 17-ADJ转换为1.5V和I. 9V，分别给DSP内核和Wifi供 电。3. 3V电压通过隔离电源芯片B0305提供5V隔离电源给485网络接口供电。如图5所示所述CAN网络接口，CAN总线收发器CTM8251A的I脚与3. 3V电源连接，2脚和地连接，3脚接CAN网络接口的TXD，4脚连接CAN网络接口的RXD，其中，在3. 3V电源和地之间接入0. Iuf的电容C90。6脚并联接入120欧电阻，再并联二极管D13的正接入端。脚7接6脚并联电阻的另一端，再并联二极管D14的正接入端。8脚连入GND_CAN，D13和D14另一端同时接到AGND。如图6所示所述485网络接口，RS-485收发器ADM2483的I引脚并联接入3. 3V电源和电容C38，C38另一端接地。2引脚和8引脚直接接地。3引脚接485网络接口的RXD1，4引脚和5引脚接485网络接口的EN1。6引脚接485网络接口的TXDl。7引脚接4. 7K的电阻R68，电阻另一端接到3. 3V电源。9引脚和15引脚接到AGND。12引脚与13引脚并联120欧姆的电阻R67，12引脚再与二极管DlO的正输入端并联，13引脚与二极管Dll正输入端连接，DIO,Dll另一端同时接到AGDN。16引脚与5V电源和C82并联连接，C82另一端接AGND。如图7所示所述Wifi网络接口，Wifi采用UG5681模块，模块UG5681的I引脚接1.5V电源，2引脚接3. 3V电源，3引脚并联一个15KQ的电阻Rl和一个22KQ的电阻R3，Rl的另一端接地。4引脚分别和15KQ电阻R5和22KQ电阻R4并联，R5另一端接地。5引脚和7引脚直接接地。6引脚接入2K Q的电阻R2，R2另一端接发光二极管的正输入端。如图8所示所述RS232接口，逻辑电平转换芯片MAX3232ESE的I引脚接到0. Iuf的电容C2的一端，3引脚接到电容C2的另一端。2引脚通过电容C4接地，引脚4和引脚5通过电容C3连接。引脚6通过电容C5接地。8引脚和10引脚直接接地。11引脚接TXD0，12引脚接RXD0，13引脚接RS接口的TXD0，14引脚接RS接口的RXDO。15引脚接地，16引脚并联3. 3V电源和电容Cl，电容Cl另一端接地。如图9所示避雷器在线监测IED设计中以太网接口电路是由快速以太网MAC控制器DM9000BI和RJ45连接器HR911103A组成的主处理器与外部以太网设备构成的。其主要功能是完成IED与上位机之间的通信。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求1.一种基于ARM+DSP的智能变电站避雷器在线监测IED，其特征在于采用ARM+DSP的双CPU结构，在双CPU结构外围搭建外围电路，外围电路包括电源转换隔离电路、CAN网络接口、485网络接口、RS232接口、以太网接口、Wifi通信接口。
2.如权利要求I所述智能变电站避雷器在线监测IED，其特征在于所述电源转换隔离电路在于用AC/DC电源模块转换引入的交流220V电压到5V，再用线性电源转换元件转换到所需3. 3V电压，同时再用三个电源转换元件转换到其他电压等级以及隔离电压。
3.如权利要求I所述智能变电站避雷器在线监测IED，其特征在于所述CAN网络接口在于CAN总线收发器CTM8251A的I引脚与3. 3V电源连接、2引脚和地连接、3引脚接CAN网络接口的TXD、4引脚连接CAN网络接口的RXD ;其中，在3. 3V电源和地之间接入0. Iuf的电容C90 ；6引脚并联接入120欧电阻，再并联二极管D13的正接入端；7引脚接6引脚并联电阻的另一端，再并联二极管D14的正接入端；8引脚连入GND_CAN，D13和D14另一端同时接到AGND。
4.如权利要求I所述智能变电站避雷器在线监测IED，其特征在于所述485网络接口在于RS-485收发器ADM2483的I引脚接3. 3V电源，3. 3V电源串联一个0. Iuf的电容接地；2引脚和8引脚直接接地；3引脚接485网络接口的RXD1，4引脚和5引脚接485网络接口的ENl ;6引脚接485网络接口的TXDl ;7引脚接4. 7K的电阻R68，电阻另一端接到3. 3V电源；9引脚和15引脚接到AGND ；12引脚与13引脚并联120欧姆的电阻R67，12引脚再与二极管DlO的正输入端并联，13引脚与二极管Dll正输入端连接，DIO、Dll另一端同时接到AGND ；16引脚与5V电源和C82并联连接，C82另一端接AGND。
5.如权利要求I所述智能变电站避雷器在线监测IED，其特征在于所述以太网接口在于以太网控制器采用单芯片快速以太网MAC控制器和主处理器连接。
6.如权利要求I所述智能变电站避雷器在线监测IED，其特征在于所述RS232接口其特征在于逻辑电平转换芯片MAX3232ESE的I引脚接到0. Iuf的电容C2的一端，3引脚接到电容C2的另一端；2引脚通过电容C4接地，引脚4和引脚5通过电容C3连接，引脚6通过电容C5接地；8引脚和10引脚直接接地；11引脚接TXD0，12引脚接RXD0，13引脚接RS接口的TXD0，14引脚接RS接口的RXDO ; 15引脚接地，16引脚并联3. 3V电源和电容Cl，电容Cl另一端接地。
7.如权利要求I所述智能变电站避雷器在线监测IED，其特征在于所述Wifi接口在于模块UG5681的I引脚接I. 5V电源，2引脚接3. 3V电源，3引脚分别并联一个15KQ的电阻Rl和一个22KQ的电阻R3，电阻Rl的另一端接地；4引脚分别和15KQ电阻R5和22KQ电阻R4并联，电阻R5另一端接地；5引脚和7引脚直接接地；6引脚接入2KQ的电阻R2，电阻R2另一端接发光二极管的正输入端。
专利摘要本实用新型公开了一种基于ARM+DSP的智能变电站避雷器在线监测IED，能够实时在线监测智能变电站避雷器的运行状况，并及时处理和转发相应的关键信号到服务器。本实用新型以ARM9芯片和DSP芯片的双CPU结构，在双CPU外围分别搭建包括CAN网络接口、485网络接口、RS232接口、以太网接口以及Wifi接口。本系统中采用IRIG-B码对时提供精确统一的时间基准，并且在设计中充分考虑电磁对设备的干扰，电源部分进行设计时对各供电线路进行了分区隔离。符合IEC61850体系和代电网发展的形势，实现了智能变电站系统的智能化、信息化、高可靠性和低成本，具有较好的实用价值。
文档编号H02J13/00GK202586495SQ201120479699
公开日2012年12月5日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者黄新波, 王宏, 刘家兵, 付沿安, 王红亮 申请人:西安金源电气股份有限公司