| 标题 | 配电网单相接地故障定位技术的系统硬件设计 |
| 范文 | 王佳宇 摘 要：本文的重点在于研究和设计经消弧线圈接地的配电网故障定位装置，进行具体研究与设计实现单相接地故障定位的装置。对于该装置的硬件方面，首先进行整体的设计与规划，采用模块化的思想进行功能划分，对系统的各个模块进行设计，然后用ALTIUM DESIGNER软件对各模块进行电路设计。对智能模块的零序电流、零序电压采集模块、数据处理模块等功能板进行了硬件电路设计和PCB板绘制。提高装置的整体运行稳定性，增强在信号采集、信号处理、结果输出、信息通讯等方面的可靠性，将各种测量计算等误差降到最小，对于故障定位装置在现场运行具有积极的意义。 关键词：配电网；单相接地；硬件设计 1 装置总体设计规划 该定位装置的硬件结构主要包括以下几部分：零序电流、零序电压采集装置，数据接收装置，监控中心。 零序电压、零序电流采集装置采集母线处的电压、电流通过无线通信的方式将数据发送至数据处理装置，数据处理装置收到数据经过一些计算通过GPRS通信方式传至监控中心，监控中心利用上位机软件计算出故障点位置。 2 零序电压、电流采集装置硬件设计 2.1 零序电流采集电路 该电流互感器二次侧的输出电流值大小为5A。该电流在经过精密的电流互感器变换后，输出电流值大小为2.5mA，再通过运算放大器将该电流变为5V的电压，在该变换电路中，还存在有一阶有源滤波器，用来实现一阶滤波的作用。为了得到零序电流，需要采集A、B、C三相相电流输入单片机中，进行和的运算即可得到零序电流。 2.2 零序电压采集电路 电压互感器二次侧的电压为100V，通过精密的电压互感器，从而得到5V的电压，该电压互感器是电流型电压互感器，型号为TV0815-1。其一次测输出电压范围为0-1000V，二次侧范围为2-10V（运放输出），输入电流的最大值为5mA，额定的电流比为：1mA/1mA。要实现输入电压与互感器初级绕组的串联，则需要经过一个限流电阻RA10（RB10、RC10）。此时，当互感器的初级绕组经过1mA的电流时，在互感器的次级绕组侧，同样会产生1mA的电流，然后经过一个电流/电压变换器将电流变为电压输出，为了能够得到零序电压，需要采集A、B、C相电压输入单片机中，进行和的运算即可得到零序电压。 3 数据接收装置硬件设计 针对故障定位装置对数据的精度和准确度的要求。选用MSP430I2041處理器作为数据接收装置的控制芯片。数据接收机通过无线通信的方式对数据采集器依次进行仿真。当配电网没有故障时，数据采集器会每隔5分钟将正常数据存储在数据存储单元中；当数据存储器中的内存使用完毕后，会及时的清除之前的数据；当配电网发生故障时，数据采集器会向处理器发送发送字符串“1212121212”，并通知数据接收器准备接收数据，当数据接收器收到数据采集器发出的故障信息时，会发出字符串“12345678”作为应答；当数据采集器收到应答信号后，就会将故障信号发送至数据接收装置。数据处理装置将前一时刻的正常数据和故障数据按照约定的数据格式打包，通过无线通信的方式发送至监控终端。 4 系统通信方案 在该故障接地装置运行的过程中，不可避免要使用一定的通讯手段，将故障来源处采集的信息传输给数据处理装置，另一方面将数据处理装置的数据传送到监控终端。电力系统的通信方式主要有电力线载波通讯、光纤通讯以及无线通讯技术等。 本文选用的通信方式，系统采用通信方式选用无线通讯，由于零序电流、零序电压采集器和数据接收装置安装于变电站出线出口处，距离很近，采用大功率射频通信方式；为了保证数据传输的准确性，数据接收装置与监控终端采用GPRS通信方式。 5 系统供电单元 数据采集装置和数据接收装置是整个故障定位系统的核心设备，故障定位得成功与否与这两种设备的可靠性息息相关的，一般配电网线路都是架空线路，数据采集装置很数据接收装置一般安装于变电所线路出口处，对于这两种设备的供电问题就尤为困难。目前对于电力系统的供电技术有TV在线取电技术、低压线供电、太阳能/风机供电等。本文故障定位系统采用多种供电方式以保证设备安全可靠的运行。 电压互感器的二次侧主要对该装置的工作电源进行供电，蓄电池与储能电容也通过二次侧进行充电；在对蓄电池充满电时，当发生停电事故时，蓄电池充当工作电源使用。在电源的原理模块具有交流调压、隔离和整流的功能，电池的充放电模块为提高电池的充放电次数和寿命保驾护航。在风能或者太阳能较为丰富的地区，还可以通过对应的太阳能板与风力机对电池进行充电。 6 小结 配电网故障定位系统硬件设计采用模块化的设计思路，详细介绍了零序电流、零序电压以及存储电路的设计，提出了系统的供电方案，保证系统能正常运行；论述了现有的配电网的通信方法，根据各自的优缺点，针对采集器与数据接收装置采用大功率射频通信方式，数据接收装置与监控终端采用GPRS通信方式，保证系统正常运行时的通讯安全、可靠。 参考文献： [1]肖世杰构建中国智能电网技术思考[J].电力系统自动化，2009，33（9）：1-4. [2]谢开，刘永奇，朱治中.面向未来的智能电网[J].中国电力，2008：5-10. [3]要焕年，曹梅月.电力系统谐振接地[M].北京：中国电力出版社，2009：12-13. |
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