通訊型接地及短路故障指示器

毛聲道

摘 要：設(shè)計(jì)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(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測、指示線路的接地故障和短路故障，提供報(bào)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(shí)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(bào)警指示，可對故障區(qū)段快速確定，同時(shí)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(bào)警信息實(shí)時(shí)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(jì)

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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(jì)

通訊型故障指示器的主要功能有：（1）短路報(bào)警指示：檢測線路的相電流時(shí)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(bào)警電流預(yù)設(shè)值時(shí)，短路傳感器通過光纖將發(fā)出的警報(bào)信號傳輸給主機(jī)，主機(jī)收到信號之后，相應(yīng)地生成報(bào)警指示信號；（2）接地報(bào)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(bào)警電流設(shè)定值時(shí)，接地傳感器通過電纜將報(bào)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(bào)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(bào)警信號后，會在預(yù)設(shè)的復(fù)位時(shí)限后自動復(fù)位；（4）人工復(fù)位：指示器發(fā)生報(bào)警后，要解除報(bào)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(shí)，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(shí)，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(shí)監(jiān)測，提供報(bào)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(shí)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.