基于多核結(jié)構(gòu)的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

梁君涵， 鄭建勇， 潘 益

(東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇 南京210096)

基于多核結(jié)構(gòu)的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

梁君涵， 鄭建勇， 潘 益

(東南大學(xué)電氣工程學(xué)院，江蘇 南京210096)

針對目前斷路器在線監(jiān)測中存在的系統(tǒng)處理能力較弱、穩(wěn)定性不足等問題，采用了微處理器(ARM),數(shù)字信號處理器( digital signal piocessor , DSP), 現(xiàn)場可編程門陣列(field piogiammable gate array , FPGA)三核平臺實現(xiàn)斷路器在線監(jiān)測。斷路器在線監(jiān)測功能分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)運算和人機交互3部分。由FPGA控制ADS8568完成數(shù)據(jù)采集，斷路器狀態(tài)量通過傳感器傳入系統(tǒng)。DSP利用db2小波對FPGA采集的信號進行5次小波分解。將處理之后的數(shù)據(jù)通過基于Syslink異構(gòu)的雙核通信機制傳輸?shù)紸RM端，最終由ARM完成人機交互。該方案更加充分發(fā)揮3個控制核心的優(yōu)勢，使系統(tǒng)擁有更好的數(shù)據(jù)處理能力。通過測試，基于三核結(jié)構(gòu)的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)較之原來已有的系統(tǒng)在性能上有較大提高。

高壓斷路器；在線監(jiān)測；Syslink；異構(gòu)雙核通信

0 引言

電氣設(shè)備智能化在是當今社會電氣行業(yè)發(fā)展的主旋律，斷路器作為必不可少的一次設(shè)備，在變電站智能化的過程中具有不可替代的作用[1-8]。為了保證斷路器的正常運行，對其運行狀態(tài)的實時監(jiān)控是提升斷路器運行穩(wěn)定性的重要途徑，近年來有不少學(xué)者對斷路器在線監(jiān)測裝置進行了研究[9-11]。文獻[1]中開發(fā)的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)采用飛思卡爾單片機為CPU，單片機的數(shù)據(jù)處理能力和系統(tǒng)控制能力均較弱并不適用于斷路器在線監(jiān)測領(lǐng)域。文獻[2]以ARM和DSP為核心開發(fā)斷路器在線監(jiān)測裝置，雙核之間通過SPI進行通信。利用SPI通信占用硬件空間資源，而且如果裝置硬件升級時需要更換ARM或者DSP，串行外設(shè)接口(serial peripheral interface , SPI)部分需要重新設(shè)計，不利于裝置升級。DSP善于數(shù)據(jù)運算，但由于其串行執(zhí)行指令的特點，采集數(shù)據(jù)能力不能夠充分滿足斷路器在線監(jiān)測對實時性的要求。文獻[3]以DSP為核心對斷路器的振動信號進行監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)通過工業(yè)現(xiàn)場總線傳遞到工控機中進行數(shù)據(jù)處理。DSP的強項是數(shù)據(jù)處理，但它的外圍接口不如ARM豐富，標準化通用性不如ARM好，對整個系統(tǒng)的控制能力也不及ARM強。文獻[4]及文獻[5]采用STM32作為CPU，將RS422串口收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到上位機中。文獻[6]同樣使用單核STM32實現(xiàn)采集斷路器實時狀態(tài)數(shù)據(jù)并發(fā)送到上位機。STM32系列控制和計算能力都達不到工業(yè)級別，雖然以STM32為核心研制的裝置成本低，但是其數(shù)據(jù)處理能力并不能完全勝任在線監(jiān)測的要求。

綜上，目前的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)以單核或雙核結(jié)構(gòu)配合上位機的形式為主，雙核之間大多是通過SPI進行通信。但是隨著電氣設(shè)備智能化程度的提高，斷路器在線監(jiān)測裝置需要處理的數(shù)據(jù)越來越多，硬件系統(tǒng)的升級也越來越頻繁，因此需要進一步提高裝置處理數(shù)據(jù)的速度和運算能力，同時也要讓系統(tǒng)升級更加方便。文中提出了基于ARM，DSP，F(xiàn)PGA三核結(jié)構(gòu)開發(fā)的高壓斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)，其中FPGA控制模數(shù)(analog to digital , AD)模塊進行數(shù)據(jù)采樣，DSP利用其強大的運算能力進行數(shù)據(jù)運算[12]，利用ARM進行整體控制以及人機交互。這樣的設(shè)計方案較之單核或雙核系統(tǒng)每一塊芯片需要完成的算法減少，節(jié)約內(nèi)存，從而能夠更充分地發(fā)揮芯片各自的優(yōu)勢，大大提高系統(tǒng)的速度和效率。系統(tǒng)將ARM9和C674x系列的DSP集成為一塊CPU，雙核之間基于Syslink通過共享內(nèi)存區(qū)域進行通信，對比通過SPI通信節(jié)省了硬件空間資源，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，軟硬件升級更加方便。

1 總體架構(gòu)

斷路器在線監(jiān)測是指通過監(jiān)測裝置獲得斷路器的狀態(tài)量，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理之后與相關(guān)歷史數(shù)據(jù)進行比對，從而判斷斷路器當前的運行狀態(tài)。通過斷路器在線監(jiān)測可以對斷路器的異常狀態(tài)進行預(yù)判并準確做出故障診斷[2]。斷路器在線監(jiān)測總體上分為數(shù)據(jù)采集和故障診斷2部分。對斷路器在線監(jiān)測需要主要測量的狀態(tài)量包含分、合閘線圈電流，動觸頭行程和振動信號，數(shù)據(jù)采集過程主要包括傳感器將監(jiān)測的斷路器狀態(tài)量以模擬電信號的形式送入系統(tǒng)，經(jīng)過濾波和AD轉(zhuǎn)換，模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號之后發(fā)到處理器。故障診斷過程主要是處理器對采集到的數(shù)據(jù)進行計算，并根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)再與歷史數(shù)據(jù)進行比較和分析，處理器中DSP和ARM之間進行雙向通信。最后將斷路器的工作狀態(tài)顯示在人機界面上并發(fā)送到后臺監(jiān)控，如圖1所示。

圖1 斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig. 1 The overall structure of on-line monitoring system of circuit breaker

2 硬件設(shè)計

2.1 傳感器選擇

系統(tǒng)需要監(jiān)測的狀態(tài)量包括分、合閘線圈電流，動觸頭行程和振動信號。影響斷路器操作可靠性的一個重要因素是機械故障[11，13，14]。分、合閘線圈電流信號包含多個特征量，可以用于診斷斷路器在分、合閘控制電壓異常、鐵心卡澀、操動機構(gòu)卡澀等故障[11]。同時，分、合閘線圈電流采集方便并且能夠較好地反應(yīng)斷路器操作機構(gòu)動作的整個過程，所以選用分、合閘線圈電流為故障分析的依據(jù)。文中系統(tǒng)用霍爾電流傳感器HNC-03SY實現(xiàn)對分、合閘電流信號的監(jiān)測，霍爾傳感器安裝方便，不需要改變電路結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)中使用IC壓電加速度傳感器LC0102T采集振動信號，它內(nèi)裝IC放大器，提高了傳感器監(jiān)測的靈敏度。斷路器動觸頭的行程信號指的是斷路器三相動觸頭行程-時間特性曲線，通過對特性曲線的分析，可以準確地把握斷路器分、合閘的動態(tài)過程，了解包括運動速度，時間，開距，超程等機械參數(shù)，文中采用微型線性位移傳感器。

2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與FPGA接口設(shè)計

硬件系統(tǒng)利用FPGA在邏輯時序控制上優(yōu)勢進行數(shù)據(jù)采集[15]，以FPGA控制AD模塊構(gòu)成數(shù)據(jù)采集模塊，文中介紹的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)中使用TI公司的ADS8568模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，它最多支持8通道同步16位高速轉(zhuǎn)換。該設(shè)計中，由FPGA控制AD芯片以10 kHz的采樣頻率進行采樣，在CONVST信號的上升沿，AD芯片開始采樣并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，F(xiàn)PGA通過片選信號選中AD芯片，在RD信號為低電平時將一個通道的16位數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)寄存器中。讀取8次后，將數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)并行總線發(fā)送給FPGA，F(xiàn)PGA對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，然后送入先入先出隊列(first input first output , FIFO)緩存。

2.3 FPGA與CPU接口設(shè)計

CPU由ARM和DSP集成，DSP通過uPP與FPGA連接，uPP提供了數(shù)據(jù)總線，DSP在讀數(shù)據(jù)、寫數(shù)據(jù)的過程中用相應(yīng)的狀態(tài)標志位來置位以指示FIFO的狀態(tài)，通過計算數(shù)據(jù)寫入和讀出的計數(shù)，來判斷FIFO中的數(shù)據(jù)量[16]，DSP持續(xù)從FIFO中讀出數(shù)據(jù)直到FIFO為空為止。DSP和ARM雙核之間采用共享內(nèi)存進行數(shù)據(jù)通信以及消息收發(fā)，DSP對FPGA所發(fā)送的數(shù)據(jù)進行處理，將結(jié)果發(fā)送給ARM，最終由ARM把數(shù)據(jù)波形呈現(xiàn)LCD屏上，接收工作人員對裝置的操作，完成人機交互。硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)Fig. 2 The hardware structure of on-line monitoring system of circuit breaker

3 軟件設(shè)計

3.1 故障診斷算法

斷路器分合閘線圈電流是故障診斷的重要依據(jù)，其中合閘電流波形如圖3所示，文中采用基于小波變換的方法提取電流信號的特征值[17]。x(t)的小波變換為：

(1)

為了方便對計算機信號進行處理，需要利用不同的a對信號進行離散處理，離散小波變換為：

(2)

設(shè)經(jīng)過分解的原信號為Xs則信號的小波分解可表示為：

圖3 斷路器合閘電流波形Fig. 3 The waveform of closing coil current of circuit breaker

(3)

式中：信號Xi分解為下一層的Xi+1和Di+1，相當于將Xi按照頻率高低進行濾波，Xi+1為低頻部分信號，Di+1為高頻部分信號[18，19]。

小波變換在突變監(jiān)測上有很大的優(yōu)勢，文中介紹的裝置通過小波變換可以準確地提取信號波形，以及信號波形中的特征值，以此為依據(jù)進行斷路器故障診斷。

3.2 算法實現(xiàn)

系統(tǒng)中DSP內(nèi)存分為存儲用于判斷故障的數(shù)據(jù)和對實時采樣數(shù)據(jù)進行運算處理。采樣數(shù)據(jù)通過uPP傳入DSP之后，首先對信號波形降進行降噪處理，由于分、合閘線圈電流中突變點時刻的頻率主要集中在200～300 Hz，所以降噪之后利用db2基本小波函數(shù)[20]對數(shù)據(jù)進行5次小波分解，經(jīng)過重構(gòu)得到D5，該層信號對應(yīng)的頻率范圍與突變點頻率相符。濾除D5中的干擾突變點之后，第一個突變點對應(yīng)的時間就是電流信號波形開始的時間t1，后一個突變點對應(yīng)的時間就是電流信號波形結(jié)束的時間t5，除了最初和最后突變點，剩下突變點中脈沖最大的點對應(yīng)電流信號波形中的極小值點對應(yīng)時間t3。

根據(jù)小波變換截取信號里對應(yīng)t1至t5的波形，先檢索信號里t1至t3中的最大值對應(yīng)時間t2和電流i1，再檢索信號里t3至t5中的最大值對應(yīng)時間t4和電流i3，以上數(shù)據(jù)時間點t1，t2，t3，t4，t5和電流值i1，i3以及t3對應(yīng)的電流值i2作為故障診斷的依據(jù)，同DSP中存儲的用于判斷故障類型的數(shù)據(jù)進行比對，將結(jié)果同電流信號波形數(shù)據(jù)一起發(fā)送到ARM端，顯示在人機界面上，整個過程執(zhí)行結(jié)束大約需要60 μs。

由于DSP是串行執(zhí)行指令，所以如果DSP在做數(shù)據(jù)運算的同時需要兼顧數(shù)據(jù)采集會導(dǎo)致信號數(shù)據(jù)采集不完整，甚至錯過整個信號波形。本設(shè)計中將“數(shù)據(jù)采集”和“數(shù)據(jù)處理”2個任務(wù)分開，DSP只需要完成數(shù)據(jù)處理，由FPGA控制AD模塊完成實時采樣，有效地提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的實時性和準確性。故障診斷算法軟件實現(xiàn)圖如圖4所示。

圖4 故障預(yù)判算法實現(xiàn)圖Fig. 4 The realization of fault prognosis algorithm

3.3 雙核通信功能實現(xiàn)

DSP因為其具有哈佛結(jié)構(gòu)并且采用四級流水線操作等特性具有極強的數(shù)據(jù)處理能力[9]，在硬件系統(tǒng)中以DSP為核心構(gòu)成數(shù)據(jù)處理器，完成數(shù)據(jù)的計算和故障診斷；ARM作為精簡指令集(reduced instruction set computing , RISC)體系結(jié)構(gòu)的微處理器，它最大的優(yōu)勢在于低功耗、芯片集成度高，具有極強的事務(wù)管理能力，可以同時處理3個任務(wù)，在系統(tǒng)中控制數(shù)據(jù)通信，并負責人機交互。DSP端完成數(shù)據(jù)計算之后需要將數(shù)據(jù)和結(jié)果發(fā)送給ARM，ARM上運行Linux系統(tǒng)，DSP上運行SYS/BIOS系統(tǒng)，雙核之間通過共享內(nèi)存區(qū)基于Syslink進行異構(gòu)雙核通信。

Syslink是一個用于開發(fā)嵌入式異構(gòu)多核系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的軟件開發(fā)包，它通過約定相同的編程接口，以屏蔽硬件差異，實現(xiàn)異構(gòu)雙核通信，其中包括Linux端的接口和SYS/BIOS端的接口，編程接口的數(shù)據(jù)互通由各類組件實現(xiàn)，如消息收發(fā)組件，共享內(nèi)存管理組件，數(shù)據(jù)傳輸組件等。

系統(tǒng)啟動初始化之后DSP上SYS/BIOS端軟件接口里消息收發(fā)組件就開始執(zhí)行等待指令操作，等待ARM端發(fā)送操作命令。ARM運行有2個線程：一個是圖形用戶接口線程，運行用戶應(yīng)用程序用于人機交互；另一個是消息收發(fā)線程用于接收DSP傳輸過來的數(shù)據(jù)，并交給圖形用戶接口線程進行電流波形的繪制。系統(tǒng)啟動初始化后，用戶通過圖形用戶接口啟動DSP，同時啟動收發(fā)線程，開始等待DSP發(fā)出消息。DSP的消息收發(fā)組件接收到ARM的指令之后啟動AD數(shù)據(jù)采集線程，開始對FPGA所發(fā)送的數(shù)據(jù)進行讀取，并進行故障診斷相關(guān)的運算，同時將處理之后的數(shù)據(jù)以及故障診斷的結(jié)果寫入共享內(nèi)存空間內(nèi)的環(huán)形緩存區(qū)，寫入完成后釋放存儲空間，并向ARM發(fā)送消息，通知ARM可以進行采樣數(shù)據(jù)的讀取。消息收發(fā)線程接收到DSP發(fā)出的消息后，開始通過讀指針獲取環(huán)形緩存區(qū)中讀取空間的有效數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)讀取完成后向圖形用戶接口線程發(fā)送更新波形的信號并在DSP診斷出斷路器有異常狀況時提示報警。軟件流程圖如圖5所示，裝置最后顯示的波形如圖6所示。

圖5 斷路器在線監(jiān)測軟件流程Fig. 5 The software flow of on-line monitoring system of circuit breaker

圖6 軟件采集合閘電流信號波形Fig. 6 The waveform of closing coil current of circuit breaker

4 結(jié)語

相比于單核或雙核的監(jiān)測系統(tǒng)，文中介紹的監(jiān)測裝置軟件運行更加流暢，采樣波形更加光滑，故障診斷更加準確。

綜上，文中介紹的系統(tǒng)將斷路器在線監(jiān)控裝置需要完成的功能進行了更細致地分配到3塊芯片中，具體優(yōu)勢如下：

(1) 在ARM上運行Linux，利用Linux開源，易裁剪，可以運行多種軟件開發(fā)平臺等優(yōu)勢實現(xiàn)人機交互，同時基于Linux開發(fā)了人機交互界面，利用LCD進行人機交互，省去了上位機，提升了監(jiān)測軟件運行的速度和流暢性，并利用ARM優(yōu)秀的事務(wù)管理能力讓它作為主核，負責系統(tǒng)的整體控制。避免用ARM完成復(fù)雜的數(shù)據(jù)計算或者直接控制A/D芯片進行數(shù)據(jù)采集。

(2) 在DSP上運行SYS/BIOS系統(tǒng)，利用DSP極強的數(shù)據(jù)處理能力，讓它作為從核完成對采樣數(shù)據(jù)的運算。DSP不需要直接進行數(shù)據(jù)采集或者對整體系統(tǒng)進行控制，節(jié)省內(nèi)存，大大提升了系統(tǒng)在線監(jiān)測的準確性和實時性。

(3) CPU集成了ARM9和C674x，在發(fā)揮ARM和DSP各自的優(yōu)勢的同時，基于共享內(nèi)存的Syslink雙核通信，利于硬件升級，穩(wěn)定性也高于獨立安裝ARM和DSP并通過總線進行雙核通信的系統(tǒng)。

文中介紹的斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)既節(jié)約成本，又能夠滿足現(xiàn)場對斷路器在線監(jiān)測裝置功能的要求，較高的實用價值。同時由于ARM和DSP雙核有效地分擔了計算和控制的任務(wù)，系統(tǒng)在功能上依然有極大的提升空間，具有廣闊的發(fā)展前景。

[1] 武建文，薛利俊，張少渤，等． 中壓配電斷路器綜合監(jiān)控裝置研究[J]． 高壓電器，2010，46(8)：26-30，34．

WU Jianwen，XUE Lijun，ZHANG Shaobo，et al. Synthetic monitoring device for medium voltage distribution circuit breaker[J]． High Voltage Apparatus，2010，46(8)：26-30，34．

[2] 黃新波，王霄寬，方壽賢，等． 智能變電站斷路器狀態(tài)監(jiān)測IED設(shè)計[J]． 電力系統(tǒng)自動化，2012，36(22)：95-99．

HUANG Xinbo，WANG Xiaokuan，F(xiàn)ANG Shouxian，et al．Design on status monitoring IED of circuit breaker for smart substation[J]． Automation of Electric Power Systems，2012，36(22)：95-99．

[3] 陳 盟，郎 兵，牟 黎． 真空斷路器在線監(jiān)測中分合閘時間的研究[J]． 高壓電器，2015，51(1)：86-91, 97．

CHEN Meng，LANG Bing，MU Li． Study on opening and closing time of online monitoring for the vacuum circuit breaker[J]． High Voltage Apparatus，2015，51(1)：86-91，97．

[4] 鐘建英，孫銀山，張文濤，等． 基于分合閘線圈電流信號的高壓斷路器在線監(jiān)測系統(tǒng)[J]． 現(xiàn)代電子技術(shù)，2016，39(22)：133-137．

ZHONG Jianying，SUN Yinshan，ZHANG Wentao，et al．High-voltage circuit breaker on-line monitoring system based on opening and closing coil current signal[J]．Modern Electronics Technique，2016，39(22)：133-137．

[5] 卞和營，代克杰． 基于分合閘線圈信號的斷路器狀態(tài)在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J]． 現(xiàn)代電子技術(shù)，2014(3)：100-104．

BIAN Heying，DAI Kejie． Design of online monitoring system for breaker status based on closing coils signal[J]． Modern Electronics Technique，2014(3)：100-104．

[6] 張一茗，袁 歡，穆廣祺，等． 高壓SF_6開關(guān)設(shè)備氣體分解物濃度在線監(jiān)測裝置研制[J]． 高壓電器，2016，52(12)：134-139．

ZHANG Yiming，YUAN Huan，MU Guangqi，et al． Development of on-line concentration monitoring device for SF6 decomposition product in high voltage SF6 switchgear[J]． High Voltage Apparatus，2016，52(12)：134-139．

[7] 楊景剛，劉 媛，高 山，等． 高壓斷路器機械故障診斷技術(shù)[J]． 電力工程技術(shù)，2016，35(2)：1-6,10．

YANG Jinggang，LIU Yuan，GAO Shan，et al． Review on mechanical fault diagnosis of high-voltage circuit breakers[J]． Electric Power Engineering Technology，2016(2)：1-6，10．

[8] 薛建根． ZN65A-12型真空斷路器拒分原因分析與處理[J]．江蘇電機工程，2015(2)：18-20．

XUE Jiangen．Analysis and treatment of the fail-to-break of ZN65A-12 type vacuum circuit breaker[J]． Jiangsu Electrical Engineering ，2015(2)：18-20．

[9] ANDRUSA M，ADAM M，IRIMIA F D. Aspects about the monitoring and diagnosis of high voltage circuit breakers[C] ∥Electrical and Power Engineering(EPE)，2012 International Conference and Exposition on，2012：154-158．

[10] ANDRUSA M，ADAM M，IRIMIA F D. Embedded system and software application for monitoring and diagnosis of high voltage circuit breakers[C] ∥Electrical and Power Engineer-ing(EPE)，2012 International Conference and Exposition on，2012：159-166．

[11] 孟永鵬，賈申利，榮命哲． 真空斷路器機械特性的在線監(jiān)測方法[J]．高壓電器，2006，42(1)：31-34．

MENG Yongpeng，JIA Shenli，RONG Mingzhe． On-line monitoring method for mechanical characteristics of vacuum circuit breakers[J]． High Voltage Apparatus，2006，42(1)：31-34．

[12] 鐘 睿，李尚柏． DSP技術(shù)完全攻略—基于TI系列的DSP設(shè)計與開發(fā)[M]． 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2015：5-7，13．

ZHONG Rui，LI Shangbai. Complete strategy of DSP tech-nology-design and development of DSP based on TI series[M]． Beijing：Chemical Industry Press，2015：5-7，13．

[13] 劉益青，高厚磊，魏 欣，等． 智能變電站中過程層和間隔層功能一體化IED的設(shè)計[J]． 電力系統(tǒng)自動化，2011，35(21)：58-62．

LIU Yiqing，GAO Houlei，WEI Xin, et al． Design of IED with integrated functions of process level and bay level in intelligent substation[J]． Automation of Electric Power Systems，2011，35(21)：58-62．

[14] 常 廣，王 毅，王 瑋． 采用振動信號零相位濾波時頻熵的高壓斷路器機械故障診斷[J]．

中國電機工程學(xué)報，

2013，33(3)：155-162，3．

CHANG Guang，WANG Yi，WANG Wei． Mechanical fault diagnosis of high voltage circuit breakers utilizing zero-phase filter time-frequency entropy of vibration signal[J]． Proceedings of the CSEE，2013，33(3)：155-162，3．

[15] 張明珠，鄒欣潔． 基于FPGA&ARM9合并單元的研制[J]． 電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38(9):84-87．

ZHANG Mingzhu，ZOU Xinjie. Development of merging unit based on FPGA&ARM9[J]. Power System Protection and Control，2010，38(9) :84-87．

[16] 郝曉明，李 杰，黃玉崗． 基于ADS8568的八路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計[J]． 傳感技術(shù)學(xué)報，2016，29(1)：150-154．

HAO Xiaoming，LI Jie，HUANG Yugang． Designing of eight-channels data acquisition system based on ADS8568[J]． Chinese Journal of Sensors and Actuators，2016，29(1)：150-154．

[17] 張永奎，趙智忠，馮 旭，等． 基于分合閘線圈電流信號的高壓斷路器機械故障診斷[J]． 高壓電器，2013(2)：37-42．

ZHANG Yongkui，ZHAO Zhizhong，F(xiàn)ENG Xu，et al． Mechanical fault diagnosis of high voltage circuit breakers based on opening/closing coil current parameters[J]． High Voltage Apparatus，2013(2)：37-42．

[18] 孫 鵬，董榮剛，鄭志成． 基于小波分析信號特征頻段能量變比的故障電弧診斷技術(shù)研究[J]． 高壓電器，2010，46(7):46-50．

SUN Peng，DONG Ronggang，ZHENG Zhicheng． Arc fault diagnosis technology characteristic based on the analysis of energy variation of signal’s characteristic frequency band with wavelet transform[J]． High Voltage Apparatus，2010，46(7) :46-50．

[19] 孫銀山，張文濤，張一茗，等． 高壓斷路器分合閘線圈電流信號特征提取與故障判別方法研究[J]． 高壓電器，2015，51(9)：134-139．

SUN Yinshan，ZHANG Wentao，ZHANG Yiming，et al． Research on feature value extraction and fault recognition of coil current signal in high-voltage circuit breaker[J]． High Voltage Apparatus，2015，51(9)：134-139．

[20] 劉明才．小波分析及其應(yīng)用. 第2版[M]． 北京：清華大學(xué)出版社，2013：49-66．

LIU Mingcai． Wavelet analysis and its application. The second edition[M]． Beijing：Tsinghua University Press，2013：49-66．

梁君涵

梁君涵(1992—)，男，江蘇南京人，碩士研究生，從事高壓斷路器在線監(jiān)測方面的研究工作(E-mail：220152191@seu.edu.cn)；

鄭建勇(1966—)，男，江蘇南京人，教授，博士生導(dǎo)師，從事電力電子與電力傳動方面的研究工作；

潘 益(1993—)，男，江蘇無錫人，博士研究生，從事高壓斷路器在線監(jiān)測與故障診斷的研究工作。

(編輯錢 悅)

On-lineMonitoringSystemDesignofCircuitBreakerBasedonMulti-coreStructure

LIANG Junhan, ZHENG Jianyong, PAN Yi

(School of Electrical Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China)

Aiming at the problems such as weak system processing capability and insufficient stability in online monitoring of circuit breakers, the ARM, DSP and FPGA three-core platform are used to realize the on-line monitoring of the circuit breaker. The on-line monitoring function of circuit breaker is divided into 3 parts: data acquisition, data operation and human-computer interaction. Data acquisition is completed by FPGA control ADS8568. The circuit breaker state variables are passed into the system by sensors. The DSP performs wavelet decomposition five times on the signal collected by FPGA using db2 wavelet. Processed data is transmitted to the ARM through the dual-core communication mechanism based on Syslink heterogeneous, and finally the human-computer interaction is completed by the ARM. The scheme gives full play to the advantages of three control cores, so that it has better data processing ability. Through testing, the on-line monitoring system of circuit breaker based on three-core structure has a better performance than the original system.

high voltage circuit breaker; on-line monitoring; Syslink; heterogeneous dual-core communication

TM561

A

2096-3203(2017)06-0068-05

2017-07-10；

2017-08-13

國網(wǎng)江蘇省電力公司科技項目(5210EC14006Z);江蘇省科技廳重點研發(fā)計劃(BE2016113,BE2017030)