毛聲道
摘 要:設(shè)計了一款具有RS485通訊功能的接地及短路故障指示器,解決了傳統(tǒng)故障指示器無數(shù)字通訊的不足。該指示器能夠?qū)崟r準(zhǔn)確地監(jiān)測、指示線路的接地故障和短路故障,提供報警信息,為故障查找提供快捷途徑。
關(guān)鍵詞:接地故障 短路故障 RS485 光纖
中圖分類號: TP32 文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A
接地及短路故障指示器[1-2]配套安裝在配電網(wǎng)絡(luò)的環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜、電纜分接箱、箱式變電站中,作為一種實(shí)時監(jiān)測裝置,用于指示相應(yīng)區(qū)段電纜的短路故障或單相接地。線路如遇故障,運(yùn)維人員借助指示器的報警指示,可對故障區(qū)段快速確定,同時找到故障點(diǎn)。傳統(tǒng)故障指示器不具備通訊功能,或者僅能發(fā)送簡單的開關(guān)信號,不能適應(yīng)配電網(wǎng)絡(luò)智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展需求。因此,該文設(shè)置了一種具有RS485通訊功能的光纖型接地及短路故障指示器,可將報警信息實(shí)時發(fā)送到監(jiān)控中心的服務(wù)器上,故障所在的區(qū)域以及具體位置通過監(jiān)控電腦的屏幕顯示出來,以便檢修人員快速確定故障區(qū)段,并找到故障點(diǎn)。
1 硬件設(shè)計
通訊型故障指示器主要由控制器和傳感器兩部分組成。傳感器分為短路故障傳感器和接地故障傳感器兩種,每種傳感器內(nèi)部集成了感應(yīng)線圈和電光轉(zhuǎn)換電路;控制器硬件主要包括:光電轉(zhuǎn)換單元、控制單元、供電單元、故障指示單元和通訊單元,圖1即其結(jié)構(gòu)框圖。
圖1 硬件結(jié)構(gòu)框圖
1.1 控制單元
整個裝置的核心是控制單元,該研究選用的是飛思卡爾的MC9S08QB8。MC9S08QB8是飛思卡爾8位微控制器系列中具有很高集成度的芯片,采用高性能、低功耗的HCS08內(nèi)核,其內(nèi)置8 kB FLASH存儲器,SCI/SPI/IIC接口,512 B RAM,A/D模塊,8位模/數(shù)定時器模塊等。MC9S08QB8還集成了背景調(diào)試系統(tǒng)及可進(jìn)行實(shí)時總線捕捉的內(nèi)置在線仿真(ICE)功能,具有單線的調(diào)試及仿真接口(BDM)[3]。
2.2 光電轉(zhuǎn)換單元
選用光電傳感器LXD/GB3-A1DPS1作為光電接收器件,用于接收光脈沖信號。LXD/GB3-A1DPS1接收峰值波長為850nm,其光電流典型值可達(dá)110uA(在100LX光照下),轉(zhuǎn)換時間僅為15us,非常適合接收快速脈沖光信號。
1.3 故障指示單元
故障指示單元選用高亮度的發(fā)光二極管,對接地故障、電池電量不足、短路故障等信息進(jìn)行指示,直接簡便,有利于巡檢人員查看。
1.4 RS485通訊單元
通訊單元選用美國TI公司的SN75LBC184作為RS-485收發(fā)器。其內(nèi)部集成瞬變電壓、ESD、電磁干擾、總線開路、熱故障燈多種防護(hù)措施,可對RS-485通信中常見的各種故障進(jìn)行抑制,也是RS-485通信中常見故障集成解決方案最完全的。
1.5 供電單元
本指示器可采用鋰電池或外接24V~48V直流電源供電。外部直流24V~48V電源經(jīng)MC34063及其外圍電路降壓至5V,給RS485驅(qū)動電路供電。5V電壓經(jīng)AMS1117穩(wěn)壓至3.3V,可給CPU及其他單元供電。
2 軟件設(shè)計
通訊型故障指示器的主要功能有:(1)短路報警指示:檢測線路的相電流時采用短路傳感器,在線路發(fā)生短路,且電流達(dá)到甚至超過報警電流預(yù)設(shè)值時,短路傳感器通過光纖將發(fā)出的警報信號傳輸給主機(jī),主機(jī)收到信號之后,相應(yīng)地生成報警指示信號;(2)接地報警指示:工作中檢測線路的零序電流用接地傳感器,當(dāng)線路發(fā)生接地故障,且故障電流達(dá)到甚至超過報警電流設(shè)定值時,接地傳感器通過電纜將報警信號發(fā)送到主機(jī)上,接收到信號后,主機(jī)會生成相應(yīng)的報警指示信號;(3)自動復(fù)位:要是沒有人工復(fù)位,指示器發(fā)出報警信號后,會在預(yù)設(shè)的復(fù)位時限后自動復(fù)位;(4)人工復(fù)位:指示器發(fā)生報警后,要解除報警信號,就要通過觸發(fā)指示器主機(jī)面板上的“復(fù)位/測試”按鈕進(jìn)行復(fù)位;(5)RS485通訊:指示器采用Modbus-DTU協(xié)議。當(dāng)接收到主機(jī)命令時,返回指示器的工作狀態(tài)。RS485通訊運(yùn)行在CPU的串口中斷程序中,程序流程如圖2所示;(6)測試:指示器可進(jìn)行工作性能自檢。測試時,按下主機(jī)面板上的“復(fù)位/測試”按鈕,并保持1.5秒。
圖2 串口中斷程序流程圖
3 結(jié)語
開關(guān)設(shè)備復(fù)雜的工作環(huán)境較適合用通訊型故障指示器,該指示器有較強(qiáng)的抗干擾性,能對線路短路故障和接地故障進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測,提供報警信息,以便故障的快速查找和有效解決。其對故障后供電的快速恢復(fù),停電時間的縮短,以及配電網(wǎng)絡(luò)供電的安全性和可靠性的增強(qiáng)均起到非常重要的作用。
參考文獻(xiàn)
[1] 張宏波,袁欽成.故障指示器在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用[J].能源技術(shù)經(jīng)濟(jì), 2012,(1):69-72.
[2] 歐立新. 接地、短路故障指示器在10kV架空線路的應(yīng)用[J].農(nóng)村電工, 2012,(9):26-27.
[3] Freescale. MC9S08QB8 Reference Manual[EB/OL]. http://cache.freescale.com/files/microcontrollers/doc/ref_manual/MC9S08QB8RM.pdf?fromsite=zh-Hans, 2008-10.