本實用新型涉及的是一種智能變電站一體化電源絕緣檢測裝置。
背景技術(shù)：
智能變電站一體化電源是智能變電站中的重要組成部分之一，為電力系統(tǒng)中的繼電保護裝置、信號傳送裝置等重要負(fù)載的穩(wěn)定運行供應(yīng)安全可靠的工作電源。一體化電源能否穩(wěn)定可靠工作關(guān)乎整個電網(wǎng)的安全生產(chǎn)。由于一體化電源在變電站中是長期處于工作狀態(tài)，隨著外部環(huán)境逐漸發(fā)生變化，電纜絕緣材料會出現(xiàn)損傷和老化，而設(shè)備本身在運行過程中難免會出現(xiàn)一些大大小小的質(zhì)量問題，某些絕緣性能不佳的元件絕緣下降，進一步造成直流系統(tǒng)出現(xiàn)直接接地等嚴(yán)重故障。
智能變電站一體化電源絕緣檢測裝置是用于對直流電源系統(tǒng)支路母線正極或負(fù)極接地、交流電源竄入直流系統(tǒng)等故障造成的電壓異常進行監(jiān)測和預(yù)警的專用裝置，其重要性顯而易見。由于我國的智能變電站一體化電源絕緣監(jiān)測裝置技術(shù)規(guī)范多年來并不完善，當(dāng)下智能變電站中在運的絕緣檢測裝置在性能上尚不能完全達(dá)到與新頒標(biāo)準(zhǔn)的要求，還存在著許多如檢測故障類型有限，檢測速度較慢，容易收到干擾誤報警等問題。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
為解決上述問題，本實用新型提出一種智能變電站一體化電源絕緣檢測裝置，做到了人機交互方便，系統(tǒng)智能化程度高，操作方便又簡單。并且，通過與上位機之間通信互通數(shù)據(jù)，可以將絕緣檢測裝置集約化管理。
該智能變電站一體化電源絕緣檢測裝置，包括：信號調(diào)理電路、繼電器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA、主控制器、同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM、液晶控制器、液晶觸摸屏LCD、發(fā)光二極管LED、電源模塊和RS485通訊模塊，其中，被檢測信號經(jīng)由信號調(diào)理電路被模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后傳送給現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA，現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA將采集到的數(shù)據(jù)緩存至同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM中，根據(jù)檢測需要，現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA每隔一個時間段通過繼電器切換信號調(diào)理電路中的電阻以改變信號調(diào)理電路采集的信號，經(jīng)過一個完整的采樣周期，主控制器通過現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA采集同步動態(tài)隨機存儲器SDRAM中緩存的數(shù)據(jù)，經(jīng)過運算處理后通過液晶控制器在液晶觸摸屏LCD上進行顯示，電源模塊為整個裝置提供電能，主控制器通過RS485模塊與上位機通訊，主控制器控制LED發(fā)出檢測出的故障報警信號。
附圖說明
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明。
圖1為根據(jù)本實用新型的智能變電站一體化電源絕緣檢測裝置硬件框圖。
具體實施方式
為了更好的理解本實用新型的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實用新型提供的實施例。
智能變電站一體化電源絕緣檢測裝置采用ARM+FPGA的硬件架構(gòu)。實際工作時，被測信號經(jīng)由信號調(diào)理通道被AD轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后傳送給FPGA，F(xiàn)PGA將采集到的數(shù)據(jù)緩存至SDRAM中。根據(jù)檢測需要，F(xiàn)PGA每隔一個時間段通過驅(qū)動繼電器切換信號調(diào)理電路中的電阻以改變信號調(diào)理電路采集的信號。經(jīng)過一個完整的采樣周期，主控制器ARM通過FPGA采集SDRAM中緩存的數(shù)據(jù)，經(jīng)過運算處理后通過LCD處理器RA8875顯示在分辨率為 800X480的7 寸液晶觸摸屏幕上。
LCD觸摸液晶屏上顯示有菜單可以實現(xiàn)人機交互，使用者可以設(shè)置各支路絕緣電阻警戒值等功能。此外，ARM還有一個RS485 接口可以與上位機通過MODBUS協(xié)議進行通信。當(dāng)裝置檢測到單點接地時，主控制器ARM通過驅(qū)動LED指示燈用于告警，若檢測到發(fā)生雙極接地或交流竄入直流這類嚴(yán)重故障時則驅(qū)動蜂鳴器進行報警。
下面將分別介紹各個子模塊。
本裝置選用了ADI公司的AD7173-8作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。AD7173-8是一款低功耗、快速建立、高分辨率（24 位無噪聲分辨率）、8/16通道、配置靈活的多路復(fù)用模數(shù)轉(zhuǎn)換器，適用于低帶寬輸入信號，被廣泛應(yīng)用于電壓、電流、溫度和壓力測量、流量計、醫(yī)療和科學(xué)多通道儀器等設(shè)備中。我們采樣的對象主要是直流系統(tǒng)電壓和漏電流傳感器信號，交流成分只有低頻率工頻信號，所以對帶寬要求不高，但是因為輸入的直流漏電流互感器信號多達(dá)30 路，加上直流母線正負(fù)極電壓一共有多達(dá)31路信號要測量，總共31個通道的模擬量只需要兩片AD7173-8芯片就可以滿足我們的需求，而且AD7173-8以單電源供電模式工作時所需電源為5V容易和控制器統(tǒng)一簡化電源設(shè)計。
FPGA系統(tǒng)主要實現(xiàn)了多路數(shù)據(jù)高速采集、存儲與傳輸以及驅(qū)動繼電器切換電阻的作用。FPGA是近30年前才出現(xiàn)的一種高集成度可編輯邏輯器件，其特點是用戶除了能夠自定義輸入/輸出單元以及基本可編程邏輯單元外還可通過調(diào)用嵌入底層的功能模塊實現(xiàn)不同功能，以并行運算為特長，十分適宜于在多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中運用。根據(jù)我們設(shè)計的功能需要，采用Altera公司的颶風(fēng)ⅢEP3C40F484，采用50MHZ的有源晶振作為其時鐘源。
ARM處理器是一款RISC微處理器，近幾十年來該處理器在嵌入式領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。這是一款配備16位指令集的32位處理器，比等價32位代碼節(jié)省達(dá)35%。ARM處理器具有以下6個特點。
1、性價比高(較低的價格就能具備強悍的性能)，體積小且功耗低
2、支持Thumb（16位）和ARM（32位）兩類指令集，對8位/16
位器件具有良好的兼容性；
3、內(nèi)有大量寄存器指令執(zhí)行速度可以跑得相當(dāng)快；
4、在寄存器中就可以完成對大部分?jǐn)?shù)據(jù)的操作；
5、尋址方式簡單而靈活；
6、固定的指令長度方便開發(fā)。
主控芯片ARM是整個絕緣檢測裝置的控制核心，主要完成人機交互，控制數(shù)據(jù)采集、和上位機通訊、報警的功能。綜合考慮絕緣檢測裝置的需求，最終采用意法半導(dǎo)體基于ARM公司CORTEX-M系列的32 位高性能微處理器—STM32F417ZG。先進的NVM工藝配合ART加速器保證了這款控制芯片優(yōu)秀性能，使得通過閃存執(zhí)行的處理性能在主頻高達(dá)168MHz時可以達(dá)到210DMIPS。
該處理器具備豐富的片上資源如內(nèi)存保護單元和高達(dá)1MB的 Flash與外部中斷控制器等，這既能夠使我們較好地實現(xiàn)絕緣檢測裝置的功能，又為以后升級提供了方便。
液晶顯示接口電路選用了安富萊液晶觸摸屏。該液晶觸摸屏大小為7.0寸，分辨率為800*480，其接口為40-Pin FPC。這款屏幕不是一塊裸屏，本身自帶雙圖層液晶控制器RA8875和字庫芯片GT23L32S4W等輔助器件。
作為一款出色的雙圖層液晶顯示的控制器，RA887具有文字模式與繪圖模式，所以不但可實現(xiàn)文字應(yīng)用對于2D 圖形應(yīng)用也能游刃有余。它支持的數(shù)字面板分辨率可達(dá)800*480，內(nèi)帶顯示內(nèi)存高達(dá)768KB。RA8875還提供了串行接口和并行接口，由于串行傳輸速率慢于并行，所以我們采用并行 MCU接口與ARM通過FSMC總線相連。
電源模塊為整個裝置提供最基礎(chǔ)的電能，直接影響到整個系統(tǒng)的工作性能，
設(shè)計電源模塊的時候需要考慮全面。根據(jù)選型后的器件，電源提供單元需要提供±12V、+5V、+3.3V、+2.5 的電壓，特別說明±12V 是給直流漏電流互感器提供的雙極性電源。
該裝置有如下幾個主要特點：
1）在裝置的功能實現(xiàn)上做到了人機交互方便，系統(tǒng)智能化程度高，操作方便又簡單。
2）通過與上位機之間通信互通數(shù)據(jù)，可以將絕緣檢測裝置集約化管理，一臺電腦就可以與多個絕緣檢測裝置連接，實現(xiàn)了絕緣檢測功能模塊化，易擴展檢測支路等優(yōu)點。