專利名稱：開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及智能輸電電網(wǎng)的故障檢測(cè)裝置，具體涉及一種開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
開(kāi)關(guān)柜故障檢測(cè)技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的研究和發(fā)展，已取得相當(dāng)大進(jìn)展。其中通過(guò)采集故障電流波形從而對(duì)開(kāi)關(guān)柜故障進(jìn)行分析檢測(cè)是較為新穎而實(shí)用的方法，但其以采集到的開(kāi)關(guān)柜故障電流數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，因此開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置是開(kāi)關(guān)柜故障分析檢測(cè)的關(guān)鍵。但目前的智能輸電電網(wǎng)中是否出現(xiàn)電流故障的檢測(cè)，都是人為預(yù)選設(shè)定一個(gè)固定的常態(tài)電流允許的極限閥值，并通過(guò)將采集到的常態(tài)電流與該設(shè)定的極限閥值比較來(lái)確定是否存在電流故障，導(dǎo)致檢測(cè)電流故障的準(zhǔn)確率不高，且對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)性較差。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置，以解決目前檢測(cè)電流故障的準(zhǔn)確率不高，且對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)性較差的技術(shù)問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置，其特征在于，包括常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集及調(diào)理電路；與所述常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集及調(diào)理電路相連的故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊；連接在所述常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集及調(diào)理電路與所述故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊之間的單片機(jī)。所述常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集及調(diào)理電路包括套在開(kāi)關(guān)柜導(dǎo)線上的常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集用的羅科夫斯基線圈。所述故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊包括雙通道D/A芯片，其輸入連接所述單片機(jī)；第一、第二電壓跟隨器，每個(gè)電壓跟隨器的正輸入端連接所述雙通道D/A芯片的輸出，每個(gè)電壓跟隨器的負(fù)輸入端連接該電壓跟隨器的輸出；包括第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器的窗口比較器，所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入與第二運(yùn)算放大器的正輸入相連并連接常態(tài)電流信號(hào)調(diào)理電路的輸出；所述第一、第二運(yùn)算放大器的輸出相連并輸出故障電流采集是否啟動(dòng)的信號(hào)；所述第一運(yùn)算放大器的正輸入連接第一電壓跟隨器的輸出，所述第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入連接第二電壓跟隨器的輸出。所述第一運(yùn)算放大器的正輸入與第一電壓跟隨器的輸出之間設(shè)有濾波電路。所述第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入與第二電壓跟隨器的輸出之間設(shè)有濾波電路。通過(guò)本實(shí)用新型的上述開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置，根據(jù)當(dāng)前常態(tài)電流值實(shí)時(shí)設(shè)定故障電流閥值的方式取代傳統(tǒng)故障電流閥值為固定值，更準(zhǔn)確有效地采集故障電流數(shù)據(jù)， 檢測(cè)電流故障的準(zhǔn)確率更高，適應(yīng)性更強(qiáng)，適用范圍更廣。
圖1是本實(shí)用新型的故障電流采集裝置的電路方框圖；圖2a_2b是本實(shí)用新型的信號(hào)調(diào)理模塊及高速采樣驅(qū)動(dòng)的電路原理圖；其中圖加是常態(tài)電流信號(hào)調(diào)理電路，圖2b是故障電流信號(hào)調(diào)理電路和高速采樣驅(qū)動(dòng)電路；圖3是本實(shí)用新型的障暫態(tài)電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊的電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型的高速采樣模塊的電路原理圖；圖5是本實(shí)用新型的總線控制模塊的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面將結(jié)合具體實(shí)施例及其附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，本實(shí)用新型的故障電流采集裝置包括常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集羅科夫斯基線圈1、故障電流采集羅科夫斯基線圈2、信號(hào)調(diào)理及高速采樣驅(qū)動(dòng)模塊3、單片機(jī)ARM LPC2292模塊4、故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊5、高速采樣模塊6、 大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊7、總線及其控制模塊8，常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集羅科夫斯基線圈1與故障電流采集羅科夫斯基線圈2分別套在開(kāi)關(guān)柜導(dǎo)線上；常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集羅科夫斯基線圈1 與信號(hào)調(diào)理電路及高速采樣驅(qū)動(dòng)模塊3中的常態(tài)電流調(diào)理電路相連，常態(tài)電流信號(hào)調(diào)理電路與故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊5相連，同時(shí)經(jīng)單片機(jī)ARM LPC2292模塊4與故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊5相連；故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊5依次連接總線及其控制模塊8、高速采樣模塊6，并通過(guò)總線及其控制模塊 8的地址總線和數(shù)據(jù)總線連接大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊7;故障電流采集羅科夫斯基線圈2經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路3中的故障電流調(diào)理電路與高速采樣模塊6相連；高速采樣模塊6經(jīng)數(shù)據(jù)總線與總線及其控制模塊8相連，大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊7經(jīng)數(shù)據(jù)總線與地址總線與總線及其控制模塊8相連，單片機(jī)ARM LPC2292模塊4經(jīng)數(shù)據(jù)總線和地址總線與總線及其控制模塊8 相連。羅科夫斯基線圈羅氏線圈具有測(cè)量頻帶寬(幾Hz到幾MHz)；測(cè)量范圍廣(數(shù)安至數(shù)百千安)；結(jié)構(gòu)輕小，安裝方便，不破壞導(dǎo)體；與被測(cè)回路沒(méi)有直接的電連接，對(duì)原邊電流信號(hào)影響?。徊缓F磁性材料，不會(huì)發(fā)生飽和現(xiàn)象，線性度好等優(yōu)點(diǎn)，很好解決了傳感器問(wèn)題。所述電流采集模塊包括用于常態(tài)電流采集的羅科夫斯基線圈以及用于故障電流采集的羅科夫斯基線圈。所述用于常態(tài)電流采集的羅科夫斯基線圈參數(shù)為測(cè)量范圍為0 2KA ；測(cè)量頻率范圍為0. IHz IMHz ；測(cè)量精度為0. 1%。所述用于故障電流采集的羅科夫斯基線圈參數(shù)為測(cè)量范圍為0 50kA ；測(cè)量頻率范圍為0. IHz 2MHz ；測(cè)量精度為0. ；隔離耐壓為3500VA。如圖2a_2b所示，所述信號(hào)調(diào)理及高速采樣驅(qū)動(dòng)模塊3包括常態(tài)電流信號(hào)調(diào)理電路、故障電流信號(hào)調(diào)理電路、高速采樣驅(qū)動(dòng)電路。所述常態(tài)電流信號(hào)調(diào)理電路包括一兩腳接口 J1、一穩(wěn)壓二極管D4、一運(yùn)算放大電路、一濾波電容C3、一電壓偏置積分電路、一輸出電壓保護(hù)二極管D1、一濾波電容C5。所述運(yùn)算放大電路包括運(yùn)算放大器U2A，電阻Rl、R8、R9，其中電阻Rl —端接U2A正輸入引腳一端接地。所述電壓偏置積分電路包括運(yùn)算放大器U2B，電阻R2、R12、R13，電容C4，其中電阻 Rl3與電容C4并聯(lián)接于U2B的負(fù)輸入引腳與輸出引腳間構(gòu)成積分，電阻R2 —端接U2B正輸入引腳一端接參考電壓。常態(tài)電流采集羅科夫斯基線圈輸出信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路放大、偏置、積分處理后進(jìn)入單片機(jī)運(yùn)算。所述故障電流信號(hào)調(diào)理電路包括一兩腳接口 J6、一穩(wěn)壓二極管D9、無(wú)感電阻R18 及R19、一電壓跟隨器、一濾波電容C8。所述電壓跟隨器由高速運(yùn)算放大器U3以及電阻R20、 R21構(gòu)成。所述高速采樣驅(qū)動(dòng)電路包括驅(qū)動(dòng)芯片U4，二極管D5、D6，電阻R24、R25、R26、R27、 R28、R29、R30。所述二極管D5、D6反向連接構(gòu)成驅(qū)動(dòng)芯片輸入保護(hù)。所述驅(qū)動(dòng)芯片Vcom引腳為參考電壓輸入，由高速A/D提供；Vin+引腳、Vin-腳分別為差分輸入的正輸入、負(fù)輸入； VO+引腳、VO-引腳分別為差分輸出的正輸出、負(fù)輸出。故障電流采集羅科夫斯基線圈輸出信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路及高速采樣驅(qū)動(dòng)電路處理得到差分信號(hào)送入高速A/D進(jìn)行采樣。如圖3所示，所述故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊5包括D/ A芯片U203、兩電壓跟隨器、兩阻容濾波、一窗口比較器。所述D/A芯片U203的SPI_DATAIN 引腳、SPI_CLK引腳、SPI_nCS引腳為SPI總線通訊，依次與單片機(jī)SPI總線數(shù)據(jù)收發(fā)引腳、 SPI總線時(shí)鐘信號(hào)引腳、SPI片選信號(hào)引腳相連；OUTA引腳、OUTB腳分別為U203兩通道模擬輸出，其中OUTA引腳輸出窗口比較器閥值上限，OUTB引腳輸出窗口比較器閥值下限。所述兩電壓跟隨器分別由運(yùn)算放大器U204A、U204B構(gòu)成。所述兩阻容濾波分別由電容C209、電阻R210以及電容C210、電阻R211構(gòu)成。所述窗口比較器包括運(yùn)算放大器U205A及U205B、 電阻R212、電容C211 ；所述U205B的負(fù)輸入引腳與U205A的正輸入引腳相連構(gòu)成窗口比較器輸入，并連接常態(tài)電流信號(hào)調(diào)理電路輸出；所述U205B的輸出引腳與U205A的輸出引腳相連構(gòu)成窗口比較器輸出，并給出故障電流采集是否啟動(dòng)信號(hào)；所述電阻R212接于U205A的輸出引腳與電源引腳之間，電源引腳同時(shí)連接3. 3V電源；所述電容C211接于U205A的輸出引腳和接地引腳之間，接地引腳同時(shí)接地，起濾波作用。單片機(jī)根據(jù)實(shí)時(shí)常態(tài)電流值計(jì)算得到窗口比較器上下限閥值，通過(guò)SPI總線傳送給所述D/A芯片U203，經(jīng)所述阻容濾波后送入所述窗口比較器，實(shí)現(xiàn)故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定；所述常態(tài)電流調(diào)理電路輸出送入窗口比較器，實(shí)現(xiàn)故障電流采集啟動(dòng)判斷。D/A芯片可考慮采用TLV5638。如圖4所示，所述高速采樣模塊包括運(yùn)算放大器U202、高速A/D芯片U200、總線收發(fā)控制器U201。所述運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)成電壓跟隨器，輸入為所述U200的參考電壓輸出，輸出與高速采樣驅(qū)動(dòng)芯片U4的Vcom引腳相連。所述高速A/D芯片U200的VIN+引腳、VIN-引腳為差分輸入端，分別與所述高速采樣驅(qū)動(dòng)輸出相連；DO引腳至Dll引腳為12位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出，與所述總線收發(fā)控制器U201的B 口相連；CLK引腳為轉(zhuǎn)換高速A/D外部輸入轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，與總線及其控制模塊8中CPLD的GCKl引腳連接；PDWN引腳為所述所述高速A/D片選， 連接總線及其控制模塊8中CPLD的數(shù)字輸出引腳。所述總線收發(fā)控制器U201的B端口與高速A/D輸出相連，A端口與大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊7相連；所述U201的IWR引腳、2DIR引腳為總線數(shù)據(jù)方向控制，同時(shí)接地，數(shù)據(jù)只從B端口向A端口傳送；所述U201的/IOE引腳、 /20E引腳為片選，與總線及其控制模塊8中CPLD的數(shù)字輸出引腳相連。故障電流采集啟動(dòng)信號(hào)CurrHPTrigr為低時(shí)，故障電流采集啟動(dòng)，總線及其控制模塊8中CPLD向所述高速 A/D芯CLK引腳輸入20MHz時(shí)鐘信號(hào)并通過(guò)數(shù)字輸出引腳輸出低電平選通總線收發(fā)控制器U201，所述高速A/D芯片U200輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)總線存入大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。高速 A/D轉(zhuǎn)換可考慮采用AD9235，其最高采樣頻率為65MHz，分辨率為12位，輸入端為差分式采樣保持放大電路，差分輸入的峰峰值范圍為1 2V。12位的采樣精度，使得A/D電路的輸入動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到了 66dB。輸出端為多級(jí)差分流水線結(jié)構(gòu)，并配有差錯(cuò)校正邏輯，保證了 65MHz 采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。輸出數(shù)據(jù)可以配置為標(biāo)準(zhǔn)二進(jìn)制或二進(jìn)制補(bǔ)碼格式。采用差分ADC驅(qū)動(dòng)芯片AD8138將單端輸入信號(hào)變?yōu)椴罘中盘?hào)輸入AD9235，達(dá)到更精確反映故障暫態(tài)行波中的高頻分量的效果。其他高采樣頻率、具有較高精度的高速A/D芯片均可。如圖5所示，所述總線及其控制模塊包括復(fù)雜可編程邏輯器件CPLD U200、數(shù)據(jù)總線、地址總線以及總線收發(fā)控制器U301、U302、U303、U304。所述總線收發(fā)控制器U301、U302 為16位，U303、U304為8位。所述U301的IDIR引腳、2DIR引腳為方向控制位，接U200的數(shù)字輸出引腳，由CPLD控制數(shù)據(jù)總線傳輸方向；/IOE引腳、/20E引腳為片選信號(hào)，接U200 的數(shù)字輸出引腳，由CPLD控制數(shù)據(jù)總線使用分配。所述U302的IWR引腳、2DIR引腳為方向控制位，接高電平，地址數(shù)據(jù)僅從A端口到B端口 ；/IOE引腳、Λ0Ε引腳為片選信號(hào)，接 U200的數(shù)字輸出引腳，由其控制地址總線使用分配。所述U303的DIR引腳為方向控制位， 接高電平，地址數(shù)據(jù)僅從A端口到B端口，與U302 —起控制地址總線；/E引腳為片選信號(hào)， 接U200的數(shù)字輸出引腳，由其控制地址總線使用分配。所述U304的WR腳為方向控制位， 接高電平，總線數(shù)據(jù)僅從A端口到B端口 ；/E腳為片選信號(hào)，接低電平，U304 一直處于選通狀態(tài)。本實(shí)用新型的上述實(shí)施例的常態(tài)電流羅科夫斯基線圈1從開(kāi)關(guān)柜導(dǎo)線上采集常態(tài)電流后經(jīng)常態(tài)電流信號(hào)調(diào)理電路后進(jìn)入單片機(jī)模塊，單片機(jī)將根據(jù)其計(jì)算得出的窗口比較器上下限值通過(guò)SPI總線傳輸給故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊 5 ；同時(shí)，經(jīng)常態(tài)電流調(diào)理電路后的信號(hào)送入故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊5的窗口比較器，單片機(jī)LPC2292根據(jù)圖2A中u2的輸出(常態(tài)電流值)的大小動(dòng)態(tài)設(shè)定圖3中DA轉(zhuǎn)換器U203的輸出值，從而改變窗口比較器U205的閥值，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)設(shè)定閥值。當(dāng)圖2的輸出值大于閥值時(shí)，窗口比較器輸出觸發(fā)信號(hào)(即故障電流采集啟動(dòng)信號(hào)) 觸發(fā)高速AD采樣。開(kāi)關(guān)柜發(fā)生故障，故障電流采集啟動(dòng)后，故障電流羅科夫斯基線圈2從開(kāi)關(guān)柜導(dǎo)線上采集故障電流后經(jīng)故障電流信號(hào)調(diào)理電路后與高速采樣驅(qū)動(dòng)電路相連，得到高速采樣模塊的差分輸入。總線及其控制模塊8中CPLD為高速采樣模塊提供20MHz采樣頻率信號(hào)，將數(shù)據(jù)總線交由高速采樣模塊使用，并通過(guò)地址總線對(duì)大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊7的地址進(jìn)行操作，將高速采樣得到數(shù)據(jù)存入大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊7中。通過(guò)本實(shí)用新型的上述裝置，解決了開(kāi)關(guān)柜故障電流采集中低速率、數(shù)據(jù)采集不完整不準(zhǔn)確問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了故障電流高速、精確采集。本實(shí)用新型采用羅柯夫斯基線圈代替?zhèn)鹘y(tǒng)電流互感器作為電流采集傳感器；采用窗口比較器實(shí)現(xiàn)故障電流采集的硬件觸發(fā)，并由系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前常態(tài)電流值實(shí)時(shí)設(shè)定故障電流閥值的設(shè)計(jì)取代傳統(tǒng)故障電流閥值固定的方式；采用ARM+CPLD的總線復(fù)用系統(tǒng)作為高速數(shù)據(jù)采集、高速A/D轉(zhuǎn)換與快速存儲(chǔ)之間協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)故障電流數(shù)據(jù)高速采集存儲(chǔ)和低速讀取。本實(shí)用新型可應(yīng)用于開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置及各類需要采集故障電流的智能電力設(shè)備，具有非常廣泛應(yīng)用性。
權(quán)利要求1.一種開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置，其特征在于，包括常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集及調(diào)理電路；與所述常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集及調(diào)理電路相連的故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊；連接在所述常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集及調(diào)理電路與所述故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊之間的單片機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置，其特征在于，所述常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集及調(diào)理電路包括套在開(kāi)關(guān)柜導(dǎo)線上的常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集用的羅科夫斯基線圈。
3.如權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置，其特征在于，所述故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊包括雙通道D/A芯片，其輸入連接所述單片機(jī)；第一、第二電壓跟隨器，每個(gè)電壓跟隨器的正輸入端連接所述雙通道D/A芯片的輸出， 每個(gè)電壓跟隨器的負(fù)輸入端連接該電壓跟隨器的輸出；包括第一運(yùn)算放大器和第二運(yùn)算放大器的窗口比較器，所述第一運(yùn)算放大器的負(fù)輸入與第二運(yùn)算放大器的正輸入相連并連接常態(tài)電流信號(hào)調(diào)理電路的輸出；所述第一、第二運(yùn)算放大器的輸出相連并輸出故障電流采集是否啟動(dòng)的信號(hào)；所述第一運(yùn)算放大器的正輸入連接第一電壓跟隨器的輸出，所述第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入連接第二電壓跟隨器的輸出。
4.如權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第一運(yùn)算放大器的正輸入與第一電壓跟隨器的輸出之間設(shè)有濾波電路。
5.如權(quán)利要求3所述的開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置，其特征在于，所述第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入與第二電壓跟隨器的輸出之間設(shè)有濾波電路。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置，包括常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集及調(diào)理電路；與所述常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集及調(diào)理電路相連的故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊；連接在所述常態(tài)穩(wěn)態(tài)電流采集及調(diào)理電路與所述故障電流閥值動(dòng)態(tài)設(shè)定及故障電流采集啟動(dòng)判斷模塊之間的單片機(jī)。通過(guò)本實(shí)用新型的上述開(kāi)關(guān)柜電流故障檢測(cè)裝置，根據(jù)當(dāng)前常態(tài)電流值實(shí)時(shí)設(shè)定故障電流閥值的方式取代傳統(tǒng)故障電流閥值為固定值，更準(zhǔn)確有效地采集故障電流數(shù)據(jù)，檢測(cè)電流故障的準(zhǔn)確率更高，適應(yīng)性更強(qiáng)，適用范圍更廣。
文檔編號(hào)G01R31/08GK202110240SQ20112014658
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月10日
發(fā)明者于龍, 崔靜 申請(qǐng)人:山東魯億通智能電氣股份有限公司