王佳宇

摘 要：本文的重點(diǎn)在于研究和設(shè)計(jì)經(jīng)消弧線圈接地的配電網(wǎng)故障定位裝置，進(jìn)行具體研究與設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)單相接地故障定位的裝置。對(duì)于該裝置的硬件方面，首先進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)與規(guī)劃，采用模塊化的思想進(jìn)行功能劃分，對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后用ALTIUM DESIGNER軟件對(duì)各模塊進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。對(duì)智能模塊的零序電流、零序電壓采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊等功能板進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)和PCB板繪制。提高裝置的整體運(yùn)行穩(wěn)定性，增強(qiáng)在信號(hào)采集、信號(hào)處理、結(jié)果輸出、信息通訊等方面的可靠性，將各種測(cè)量計(jì)算等誤差降到最小，對(duì)于故障定位裝置在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行具有積極的意義。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；單相接地；硬件設(shè)計(jì)

1 裝置總體設(shè)計(jì)規(guī)劃

該定位裝置的硬件結(jié)構(gòu)主要包括以下幾部分：零序電流、零序電壓采集裝置，數(shù)據(jù)接收裝置，監(jiān)控中心。

零序電壓、零序電流采集裝置采集母線處的電壓、電流通過(guò)無(wú)線通信的方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)處理裝置，數(shù)據(jù)處理裝置收到數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一些計(jì)算通過(guò)GPRS通信方式傳至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心利用上位機(jī)軟件計(jì)算出故障點(diǎn)位置。

2 零序電壓、電流采集裝置硬件設(shè)計(jì)

2.1 零序電流采集電路

該電流互感器二次側(cè)的輸出電流值大小為5A。該電流在經(jīng)過(guò)精密的電流互感器變換后，輸出電流值大小為2.5mA，再通過(guò)運(yùn)算放大器將該電流變?yōu)?V的電壓，在該變換電路中，還存在有一階有源濾波器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)一階濾波的作用。為了得到零序電流，需要采集A、B、C三相相電流輸入單片機(jī)中，進(jìn)行和的運(yùn)算即可得到零序電流。

2.2 零序電壓采集電路

電壓互感器二次側(cè)的電壓為100V，通過(guò)精密的電壓互感器，從而得到5V的電壓，該電壓互感器是電流型電壓互感器，型號(hào)為T(mén)V0815-1。其一次測(cè)輸出電壓范圍為0-1000V，二次側(cè)范圍為2-10V（運(yùn)放輸出），輸入電流的最大值為5mA，額定的電流比為：1mA/1mA。要實(shí)現(xiàn)輸入電壓與互感器初級(jí)繞組的串聯(lián)，則需要經(jīng)過(guò)一個(gè)限流電阻RA10（RB10、RC10）。此時(shí)，當(dāng)互感器的初級(jí)繞組經(jīng)過(guò)1mA的電流時(shí)，在互感器的次級(jí)繞組側(cè)，同樣會(huì)產(chǎn)生1mA的電流，然后經(jīng)過(guò)一個(gè)電流/電壓變換器將電流變?yōu)殡妷狠敵?，為了能夠得到零序電壓，需要采集A、B、C相電壓輸入單片機(jī)中，進(jìn)行和的運(yùn)算即可得到零序電壓。

3 數(shù)據(jù)接收裝置硬件設(shè)計(jì)

針對(duì)故障定位裝置對(duì)數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確度的要求。選用MSP430I2041處理器作為數(shù)據(jù)接收裝置的控制芯片。數(shù)據(jù)接收機(jī)通過(guò)無(wú)線通信的方式對(duì)數(shù)據(jù)采集器依次進(jìn)行仿真。當(dāng)配電網(wǎng)沒(méi)有故障時(shí)，數(shù)據(jù)采集器會(huì)每隔5分鐘將正常數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元中；當(dāng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)存使用完畢后，會(huì)及時(shí)的清除之前的數(shù)據(jù)；當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，數(shù)據(jù)采集器會(huì)向處理器發(fā)送發(fā)送字符串“1212121212”，并通知數(shù)據(jù)接收器準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)，當(dāng)數(shù)據(jù)接收器收到數(shù)據(jù)采集器發(fā)出的故障信息時(shí)，會(huì)發(fā)出字符串“12345678”作為應(yīng)答；當(dāng)數(shù)據(jù)采集器收到應(yīng)答信號(hào)后，就會(huì)將故障信號(hào)發(fā)送至數(shù)據(jù)接收裝置。數(shù)據(jù)處理裝置將前一時(shí)刻的正常數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)按照約定的數(shù)據(jù)格式打包，通過(guò)無(wú)線通信的方式發(fā)送至監(jiān)控終端。

4 系統(tǒng)通信方案

在該故障接地裝置運(yùn)行的過(guò)程中，不可避免要使用一定的通訊手段，將故障來(lái)源處采集的信息傳輸給數(shù)據(jù)處理裝置，另一方面將數(shù)據(jù)處理裝置的數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控終端。電力系統(tǒng)的通信方式主要有電力線載波通訊、光纖通訊以及無(wú)線通訊技術(shù)等。

本文選用的通信方式，系統(tǒng)采用通信方式選用無(wú)線通訊，由于零序電流、零序電壓采集器和數(shù)據(jù)接收裝置安裝于變電站出線出口處，距離很近，采用大功率射頻通信方式；為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，數(shù)據(jù)接收裝置與監(jiān)控終端采用GPRS通信方式。

5 系統(tǒng)供電單元

數(shù)據(jù)采集裝置和數(shù)據(jù)接收裝置是整個(gè)故障定位系統(tǒng)的核心設(shè)備，故障定位得成功與否與這兩種設(shè)備的可靠性息息相關(guān)的，一般配電網(wǎng)線路都是架空線路，數(shù)據(jù)采集裝置很數(shù)據(jù)接收裝置一般安裝于變電所線路出口處，對(duì)于這兩種設(shè)備的供電問(wèn)題就尤為困難。目前對(duì)于電力系統(tǒng)的供電技術(shù)有TV在線取電技術(shù)、低壓線供電、太陽(yáng)能/風(fēng)機(jī)供電等。本文故障定位系統(tǒng)采用多種供電方式以保證設(shè)備安全可靠的運(yùn)行。

電壓互感器的二次側(cè)主要對(duì)該裝置的工作電源進(jìn)行供電，蓄電池與儲(chǔ)能電容也通過(guò)二次側(cè)進(jìn)行充電；在對(duì)蓄電池充滿電時(shí)，當(dāng)發(fā)生停電事故時(shí)，蓄電池充當(dāng)工作電源使用。在電源的原理模塊具有交流調(diào)壓、隔離和整流的功能，電池的充放電模塊為提高電池的充放電次數(shù)和壽命保駕護(hù)航。在風(fēng)能或者太陽(yáng)能較為豐富的地區(qū)，還可以通過(guò)對(duì)應(yīng)的太陽(yáng)能板與風(fēng)力機(jī)對(duì)電池進(jìn)行充電。

6 小結(jié)

配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，詳細(xì)介紹了零序電流、零序電壓以及存儲(chǔ)電路的設(shè)計(jì)，提出了系統(tǒng)的供電方案，保證系統(tǒng)能正常運(yùn)行；論述了現(xiàn)有的配電網(wǎng)的通信方法，根據(jù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)，針對(duì)采集器與數(shù)據(jù)接收裝置采用大功率射頻通信方式，數(shù)據(jù)接收裝置與監(jiān)控終端采用GPRS通信方式，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的通訊安全、可靠。

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