通訊型接地及短路故障指示器

毛聲道

摘 要：設計了一款具有RS485通訊功能的接地及短路故障指示器，解決了傳統故障指示器無數字通訊的不足。該指示器能夠實時準確地監測、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。

關鍵詞：接地故障 短路故障 RS485 光纖

中圖分類號： TP32 文獻標志碼 A

接地及短路故障指示器[1-2]配套安裝在配電網絡的環網開關柜、電纜分接箱、箱式變電站中，作為一種實時監測裝置，用于指示相應區段電纜的短路故障或單相接地。線路如遇故障，運維人員借助指示器的報警指示，可對故障區段快速確定，同時找到故障點。傳統故障指示器不具備通訊功能，或者僅能發送簡單的開關信號，不能適應配電網絡智能化、網絡化的發展需求。因此，該文設置了一種具有RS485通訊功能的光纖型接地及短路故障指示器，可將報警信息實時發送到監控中心的服務器上，故障所在的區域以及具體位置通過監控電腦的屏幕顯示出來，以便檢修人員快速確定故障區段，并找到故障點。

1 硬件設計

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，每種傳感器內部集成了感應線圈和電光轉換電路；控制器硬件主要包括：光電轉換單元、控制單元、供電單元、故障指示單元和通訊單元，圖1即其結構框圖。

圖1 硬件結構框圖

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內核，其內置8 kB FLASH存儲器，SCI/SPI/IIC接口，512 B RAM，A/D模塊，8位模/數定時器模塊等。MC9S08QB8還集成了背景調試系統及可進行實時總線捕捉的內置在線仿真（ICE）功能，具有單線的調試及仿真接口（BDM）[3]。

2.2 光電轉換單元

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110uA（在100LX光照下），轉換時間僅為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光二極管，對接地故障、電池電量不足、短路故障等信息進行指示，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收發器。其內部集成瞬變電壓、ESD、電磁干擾、總線開路、熱故障燈多種防護措施，可對RS-485通信中常見的各種故障進行抑制，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MC34063及其外圍電路降壓至5V，給RS485驅動電路供電。5V電壓經AMS1117穩壓至3.3V，可給CPU及其他單元供電。

2 軟件設計

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，在線路發生短路，且電流達到甚至超過報警電流預設值時，短路傳感器通過光纖將發出的警報信號傳輸給主機，主機收到信號之后，相應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，當線路發生接地故障，且故障電流達到甚至超過報警電流設定值時，接地傳感器通過電纜將報警信號發送到主機上，接收到信號后，主機會生成相應的報警指示信號；（3）自動復位：要是沒有人工復位，指示器發出報警信號后，會在預設的復位時限后自動復位；（4）人工復位：指示器發生報警后，要解除報警信號，就要通過觸發指示器主機面板上的“復位/測試”按鈕進行復位；（5）RS485通訊：指示器采用Modbus-DTU協議。當接收到主機命令時，返回指示器的工作狀態。RS485通訊運行在CPU的串口中斷程序中，程序流程如圖2所示；（6）測試：指示器可進行工作性能自檢。測試時，按下主機面板上的“復位/測試”按鈕，并保持1.5秒。

圖2 串口中斷程序流程圖

3 結語

開關設備復雜的工作環境較適合用通訊型故障指示器，該指示器有較強的抗干擾性，能對線路短路故障和接地故障進行實時監測，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，停電時間的縮短，以及配電網絡供電的安全性和可靠性的增強均起到非常重要的作用。

參考文獻

[1] 張宏波，袁欽成.故障指示器在智能電網中的應用[J].能源技術經濟， 2012，（1）：69-72.

[2] 歐立新. 接地、短路故障指示器在10kV架空線路的應用[J].農村電工， 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.