开关柜故障电流采集存储装置的制作方法-山东亚星游戏官网机床有限公司

专利名称：开关柜故障电流采集存储装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及智能输电电网的故障检测装置，具体涉及一种开关柜故障电流采集存储装置。
背景技术：
开关柜故障检测技术经过多年的研究和发展，已取得相当大进展。其中通过采集故障电流波形从而对开关柜故障进行分析检测是较为新颖而实用的方法，但其以采集到的开关柜故障电流数据为基�。虼丝毓竦缌鞴收霞觳庾爸檬强毓窆收戏治黾觳獾墓丶�。目前的故障电流采集装置一般都采用单片机进行数据处理。由于单片机对采样得到的故障电流数据的传输速度要求较低，无法满足故障电流采集装置本身对数据传输速率极高的要求，极大地限制了采样率，难以实现大范围电流采集。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种开关柜故障电流采集存储装置，以解决目前故障电流采集存储时采样率受到很大限制，难以实现大范围电流采集的技术问题。为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案一种开关柜故障电流采集存储装置，包括故障电流采集及调理电路；与所述故障电流采集及调理电路相连的高速采样电路；通过地址总线与所述高速采样电路相连的可编程逻辑组件；用以存储高速采样电路得到的大容量故障电流数据的数据存储模块，该数据存储�？橥ü葑芟哂胨龈咚俨裳缏废嗔缓偷テü刂纷芟哂肟杀喑搪呒榧约笆荽娲⒛？橄嗔彝ü葑芟哂胨龈咚俨裳缏芬约笆荽娲⒛？橄嗔Ｋ隹杀喑搪呒榧ǜ丛涌杀喑搪呒骷龈丛涌杀喑搪呒骷拥剿龅刂纷芟�。所述可编程逻辑组件包括总线收发控制器，所述总线收发控制器包括两个16位的第一、第二控制器以及两个8位的第三、第四控制器；所述第一、第二、第三控制器连接所述复杂可编程逻辑器件的数字输出引脚；所述第四控制器一直处于选通状态。所述第一控制器具有方向控制引脚，该方向控制引脚连接所述复杂可编程逻辑器件的数字输出引脚以控制数据总线传输方向。所述第一控制器具有片选信号引脚，该片选信号引脚连接所述复杂可编程逻辑器件的数字输出引脚以控制数据总线使用分配。所述第二、第三控制器具有接高电平的方向控制引脚用以控制地址总线。所述第二控制器具有片选信号引脚，该片选信号引脚连接所述复杂可编程逻辑器件的数字输出引脚以控制数据总线使用分配。所述第四控制器具有接高电平的方向控制引脚。[0014]所述第四控制器具有接低电平的片选信号引脚。所述数据存储�？榘ǚ直鹆拥剿鍪葑芟吆偷刂纷芟叩木蔡婊娲⑵饕约胺直鹆拥剿鍪葑芟吆偷刂纷芟叩腇lash存储器。通过本实用新型的上述开关柜故障电流采集存储装置，解决了高速数据采集系统对数据传输速率极高要求与单片机对采样数据传输速度要求较低之间的矛盾，可实现将装置采样率提高到20M。同时也能够满足大范围电流采集所需要的大容量数据传输。

图1是本实用新型的故障电流采集装置的电路方框图；图2a_2b是本实用新型的信号调理模块及高速采样驱动的电路原理图；其中图加是常态电流信号调理电路，图2b是故障电流信号调理电路和高速采样驱动电路；图3是本实用新型的障暂态电流阀值动态设定及故障电流采集启动判断�？榈牡缏吩硗迹煌�4是本实用新型的高速采样�？榈牡缏吩硗迹煌�5是本实用新型的总线控制�？榈牡缏吩硗肌�
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面将结合具体实施例及其附图对本实用新型进一步详细描述。如图1所示，本实用新型的故障电流采集装置包括常态稳态电流采集罗科夫斯基线圈1、故障电流采集罗科夫斯基线圈2、信号调理及高速采样驱动�？�3、单片机ARM LPC2292模块4、故障电流阀值动态设定及故障电流采集启动判断�？�5、高速采样�？�6、大容量数据存储�？�7、总线及其控制�？�8，常态稳态电流采集罗科夫斯基线圈1与故障电流采集罗科夫斯基线圈2分别套在开关柜导线上；常态稳态电流采集罗科夫斯基线圈1 与信号调理电路及高速采样驱动�？�3中的常态电流调理电路相连，常态电流信号调理电路与故障电流采集启动判断�？�5相连，同时经单片机ARM LPC2292�？�4与故障电流阀值动态设定及故障电流采集启动判断模块5相连；故障电流阀值动态设定及故障电流采集启动判断模块5依次连接总线及其控制�？�8、高速采样�？�6，并通过总线及其控制�？� 8的地址总线和数据总线连接大容量数据存储�？�7;故障电流采集罗科夫斯基线圈2经信号调理电路3中的故障电流调理电路与高速采样�？�6相连；高速采样�？�6经数据总线与总线及其控制模块8相连，大容量数据存储�？�7经数据总线与地址总线与总线及其控制�？�8相连，单片机ARM LPC2292模块4经数据总线和地址总线与总线及其控制�？�8 相连。罗科夫斯基线圈罗氏线圈具有测量频带宽(几Hz到几MHz)；测量范围广(数安至数百千安)；结构轻�。沧胺奖悖黄苹档继澹挥氡徊饣芈访挥兄苯拥牡缌樱栽叩缌餍藕庞跋煨。徊缓判圆牧希换岱⑸ズ拖窒螅咝远群玫扔诺悖芎媒饩隽舜衅魑侍�。所述电流采集模块包括用于常态电流采集的罗科夫斯基线圈以及用于故障电流采集的罗科夫斯基线圈。所述用于常态电流采集的罗科夫斯基线圈参数为测量范围为0 2KA ；测量频率范围为0. IHz IMHz ；测量精度为0. 1 %。所述用于故障电流采集的罗科夫斯基线圈参数为测量范围为0 50kA ；测量频率范围为0. IHz 2MHz ；测量精度为0. ；隔离耐压为3500VA。如图2a_2b所示，所述信号调理及高速采样驱动�？�3包括常态电流信号调理电路、故障电流信号调理电路、高速采样驱动电路。所述常态电流信号调理电路包括一两脚接口 J1、一稳压二极管D4、一运算放大电路、一滤波电容C3、一电压偏置积分电路、一输出电压保护二极管D1、一滤波电容C5。所述运算放大电路包括运算放大器U2A，电阻Rl、R8、R9，其中电阻Rl —端接U2A正输入引脚一端接地。所述电压偏置积分电路包括运算放大器U2B，电阻R2、R12、R13，电容C4，其中电阻 Rl3与电容C4并联接于U2B的负输入引脚与输出引脚间构成积分，电阻R2 —端接U2B正输入引脚一端接参考电压。常态电流采集罗科夫斯基线圈输出信号经调理电路放大、偏置、积分处理后进入单片机运算。所述故障电流信号调理电路包括一两脚接口 J6、一稳压二极管D9、无感电阻R18 及R19、一电压跟随器、一滤波电容C8。所述电压跟随器由高速运算放大器U3以及电阻R20、 R21构成。所述高速采样驱动电路包括驱动芯片U4，二极管D5、D6，电阻R24、R25、R26、R27、 R28、R29、R30。所述二极管D5、D6反向连接构成驱动芯片输入保护。所述驱动芯片Vcom引脚为参考电压输入，由高速A/D提供；Vin+引脚、Vin-脚分别为差分输入的正输入、负输入； VO+引脚、VO-引脚分别为差分输出的正输出、负输出。故障电流采集罗科夫斯基线圈输出信号经调理电路及高速采样驱动电路处理得到差分信号送入高速A/D进行采样。如图3所示，所述故障电流阀值动态设定及故障电流采集启动判断�？�5包括D/ A芯片U203、两电压跟随器、两阻容滤波、一窗口比较器。所述D/A芯片U203的SPI_DATAIN 引脚、SPI_CLK引脚、SPI_nCS引脚为SPI总线通讯，依次与单片机SPI总线数据收发引脚、 SPI总线时钟信号引脚、SPI片选信号引脚相连；OUTA引脚、OUTB脚分别为U203两通道模拟输出，其中OUTA引脚输出窗口比较器阀值上限，OUTB引脚输出窗口比较器阀值下限。所述两电压跟随器分别由运算放大器U204A、U204B构成。所述两阻容滤波分别由电容C209、电阻R210以及电容C210、电阻R211构成。所述窗口比较器包括运算放大器U205A及U205B、电阻R212、电容C211 ；所述U205B的负输入引脚与U205A的正输入引脚相连构成窗口比较器输入，并连接常态电流信号调理电路输出；所述U205B的输出引脚与U205A的输出引脚相连构成窗口比较器输出，并给出故障电流采集是否启动信号；所述电阻R212接于U205A的输出引脚与电源引脚之间，电源引脚同时连接3. 3V电源；所述电容C211接于U205A的输出引脚和接地引脚之间，接地引脚同时接地，起滤波作用。单片机根据实时常态电流值计算得到窗口比较器上下限阀值，通过SPI总线传送给所述D/A芯片U203，经所述阻容滤波后送入所述窗口比较器，实现故障电流阀值动态设定；所述常态电流调理电路输出送入窗口比较器，实现故障电流采集启动判断。D/A芯片可考虑采用TLV5638。如图4所示，所述高速采样模块包括运算放大器U202、高速A/D芯片U200、总线收发控制器U201。所述运算放大器设计成电压跟随器，输入为所述U200的参考电压输出，输出与高速采样驱动芯片U4的Vcom引脚相连。所述高速A/D芯片U200的VIN+引脚、VIN-引脚为差分输入端，分别与所述高速采样驱动输出相连；DO引脚至Dll引脚为12位转换数据输出，与所述总线收发控制器U201的B 口相连；CLK引脚为转换高速A/D外部输入转换时钟，与总线及其控制�？�8中CPLD的GCKl引脚连接；PDWN引脚为所述所述高速A/D片选，连接总线及其控制�？�8中CPLD的数字输出引脚。所述总线收发控制器U201的B端口与高速A/D输出相连，A端口与大容量数据存储�？�7相连；所述U201的IWR引脚、2DIR引脚为总线数据方向控制，同时接地，数据只从B端口向A端口传送；所述U201的/IOE引脚、 /20E引脚为片�。胱芟呒捌淇刂颇？�8中CPLD的数字输出引脚相连。故障电流采集启动信号CurrHPTrigr为低时，故障电流采集启动，总线及其控制�？�8中CPLD向所述高速 A/D芯CLK引脚输入20MHz时钟信号并通过数字输出引脚输出低电平选通总线收发控制器 U201，所述高速A/D芯片U200输出转换结果通过数据总线存入大容量数据存储模块。高速 A/D转换可考虑采用AD9235，其最高采样频率为65MHz，分辨率为12位，输入端为差分式采样保持放大电路，差分输入的峰峰值范围为1 2V。12位的采样精度，使得A/D电路的输入动态范围达到了 66dB。输出端为多级差分流水线结构，并配有差错校正逻辑，保证了 65MHz 采样数据的准确性。输出数据可以配置为标准二进制或二进制补码格式。采用差分ADC驱动芯片AD8138将单端输入信号变为差分信号输入AD9235，达到更精确反映故障暂态行波中的高频分量的效果。其他高采样频率、具有较高精度的高速A/D芯片均可。如图5所示，所述总线及其控制�？榘ǜ丛涌杀喑搪呒骷﨏PLD U200、数据总线、地址总线以及总线收发控制器U301、U302、U303、U304。所述总线收发控制器U301、U302 为16位，U303、U304为8位。所述U301的IDIR引脚、2DIR引脚为方向控制位，接U200的数字输出引脚，由CPLD控制数据总线传输方向；/IOE引脚、/20E引脚为片选信号，接U200 的数字输出引脚，由CPLD控制数据总线使用分配。所述U302的IWR引脚、2DIR引脚为方向控制位，接高电平，地址数据仅从A端口到B端口；/IOE引脚、/20E引脚为片选信号，接 U200的数字输出引脚，由其控制地址总线使用分配。所述U303的DIR引脚为方向控制位，接高电平，地址数据仅从A端口到B端口，与U302 —起控制地址总线；/E引脚为片选信号，接U200的数字输出引脚，由其控制地址总线使用分配。所述U304的WR脚为方向控制位，接高电平，总线数据仅从A端口到B端口；/E脚为片选信号，接低电平，U304 一直处于选通状态。本实用新型的上述实施例的常态电流罗科夫斯基线圈1从开关柜导线上采集常态电流后经常态电流信号调理电路后进入单片机�？椋テ萜浼扑愕贸龅拇翱诒冉掀魃舷孪拗低ü齋PI总线传输给故障电流阀值动态设定及故障电流采集启动判断�？� 5;同时，经常态电流调理电路后的信号送入故障电流阀值动态设定及故障电流采集启动判断�？�5的窗口比较器，并产生故障电流采集启动信号。开关柜发生故障，故障电流采集启动后，故障电流罗科夫斯基线圈2从开关柜导线上采集故障电流后经故障电流信号调理电路后与高速采样驱动电路相连，得到高速采样�？榈牟罘质淙�。总线及其控制�？�8中 CPLD为高速采样�？樘峁�20MHz采样频率信号，将数据总线交由高速采样�？槭褂茫⑼ü刂纷芟叨源笕萘渴荽娲⒛？�7的地址进行操作，将高速采样得到数据存入大容量数据存储�？�7中。通过本实用新型的上述装置，解决了开关柜故障电流采集中低速率、数据采集不完整不准确问题，实现了故障电流高速、精确采集。本实用新型采用罗柯夫斯基线圈代替传统电流互感器作为电流采集传感器；采用窗口比较器实现故障电流采集的硬件触发，并由系统根据当前常态电流值实时设定故障电流阀值的设计取代传统故障电流阀值固定的方式；采用ARM+CPLD的总线复用系统作为高速数据采集、高速A/D转换与快速存储之间协调控制的基�。迪止收系缌魇莞咚俨杉娲⒑偷退俣寥　１臼涤眯滦涂捎τ糜诳毓竦缌鞴收霞觳庾爸眉案骼嘈枰杉收系缌鞯闹悄艿缌ι璞福哂蟹浅９惴河τ眯�。
权利要求1.一种开关柜故障电流采集存储装置，其特征在于，包括故障电流采集及调理电路；与所述故障电流采集及调理电路相连的高速采样电路；通过地址总线与所述高速采样电路相连的可编程逻辑组件；用以存储高速采样电路得到的大容量故障电流数据的数据存储�？椋檬荽娲⒛？橥ü葑芟哂胨龈咚俨裳缏废嗔缓偷テü刂纷芟哂肟杀喑搪呒榧约笆荽娲⒛？橄嗔彝ü葑芟哂胨龈咚俨裳缏芬约笆荽娲⒛？橄嗔�
2.如权利要求1所述的开关柜故障电流采集存储装置，其特征在于，所述可编程逻辑组件包括复杂可编程逻辑器件，所述复杂可编程逻辑器件连接到所述地址总线。
3.如权利要求2所述的开关柜故障电流采集存储装置，其特征在于，所述可编程逻辑组件包括总线收发控制器，所述总线收发控制器包括两个16位的第一、第二控制器以及两个8位的第三、第四控制器；所述第一、第二、第三控制器连接所述复杂可编程逻辑器件的数字输出引脚；所述第四控制器一直处于选通状态。
4.如权利要求3所述的开关柜故障电流采集装置，其特征在于，所述第一控制器具有方向控制引脚，该方向控制引脚连接所述复杂可编程逻辑器件的数字输出引脚以控制数据总线传输方向。
5.如权利要求3所述的开关柜故障电流采集装置，其特征在于，所述第一控制器具有片选信号引脚，该片选信号引脚连接所述复杂可编程逻辑器件的数字输出引脚以控制数据总线使用分配。
6.如权利要求3所述的开关柜故障电流采集装置，其特征在于，所述第二、第三控制器具有接高电平的方向控制引脚用以控制地址总线。
7.如权利要求3所述的开关柜故障电流采集装置，其特征在于，所述第二控制器具有片选信号引脚，该片选信号引脚连接所述复杂可编程逻辑器件的数字输出引脚以控制数据总线使用分配。
8.如权利要求3所述的开关柜故障电流采集装置，其特征在于，所述第四控制器具有接高电平的方向控制引脚。
9.如权利要求3所述的开关柜故障电流采集装置，其特征在于，所述第四控制器具有接低电平的片选信号引脚。
10.如权利要求1所述的开关柜故障电流采集装置，其特征在于，所述数据存储�？榘ǚ直鹆拥剿鍪葑芟吆偷刂纷芟叩木蔡婊娲⑵饕约胺直鹆拥剿鍪葑芟吆偷刂纷芟叩腇lash存储器。
专利摘要本实用新型提供一种开关柜故障电流采集存储装置，包括故障电流采集及调理电路；与所述故障电流采集及调理电路相连的高速采样电路；通过地址总线与所述高速采样电路相连的可编程逻辑组件；用以存储高速采样电路得到的大容量故障电流数据的数据存储模块，该数据存储�？橥ü葑芟哂胨龈咚俨裳缏废嗔缓偷テü刂纷芟哂肟杀喑搪呒榧约笆荽娲⒛？橄嗔彝ü葑芟哂胨龈咚俨裳缏芬约笆荽娲⒛？橄嗔�。本实用新型的上述装置解决了高速数据采集系统对数据传输速率极高要求与单片机对采样数据传输速度要求较低之间的矛盾，可实现将装置采样率提高到20M。同时也能够满足大范围电流采集所需要的大容量数据传输。
文档编号G01R19/00GK202110205SQ20112014674
公开日2012年1月11日申请日期2011年5月10日优先权日2011年5月10日
发明者于龙, 崔静申请人:山东鲁亿通智能电气股份有限公司

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开关柜故障电流采集存储装置的制作方法