配電網接地故障選線裝置研究及設計

我國當前的實際情況是小電流接地系統被廣泛的應用在中低壓配電網中，但系統的明顯缺陷問題是高頻率的故障發生率，出現故障時接地系統中的電流會明顯減小且變得很小，除此之外并無明顯的特征情況證明故障發生[1]，所以檢測工作困難。目前階段已經有大量學者對接地系統故障中的小電流情況進行了研究，已經取得了較大的進展，但是成果在解決實際問題上進展不明顯，因此一定程度之上阻礙了配電網自動化的水平。本文的研究重點就是此問題，在小電流接地系統中引用了小波分析方法，并對其進一步研究。

1 選線裝置整體設計方案

我國重點關注配電網建設工作，并且投入大量的資源以及人力、物力在其中，同時它也是一項重要的國家發展戰略，不斷優化配網信息系統，實現科學的調度管理配網[2]。例如，在廣東地區配電網需要的配置要求更高，在性能方面要求其更加可靠，在難度上對調度管理提出了挑戰。在城市電網當中，低壓配電網占據的比例在不斷增大，所以更要重視其穩定與安全性，保證正常的供電服務，提高消費者的使用體驗。單相接地故障問題是配電網中較為普遍且頻率較高的故障問題，而且此故障問題的排除工作困難。根據此問題，有研究學者提出了關于此故障問題的解決辦法以降低故障排查時間，短時間內修復故障，保證系統快速恢復運轉。所以本文設計了自動化形式的選線裝置用來解決此項問題，應用ARM為裝置的處理器，各個模塊的設計出發點是功能需求情況。

圖1 裝置總體結構圖

對裝置進行設計當中應當考慮幾項因素，主要的因素有總體結構是否合理、安全與可靠，同時在預期的設計制作當中，必須保證需求與功能之間的高度統一。此設計中應用的設計理念是模塊化理念，多個功能模塊共同組成了此裝置，其中包含的幾項模塊分別是處理器模塊、信號采集模塊、信號轉換和電路調理模塊（圖1）[3]。

2 選線裝置主要模塊設計

2.1 信號轉換與電路調理模塊

信號轉換與電路調理模塊是重要的模塊，在系統中的地位舉足輕重，并且之間在運行當中還會影響到其他模塊，模塊功能的完成依賴于信號轉換器與低通濾波器兩個核心元件，信號轉換器的主要功能作用是轉換電流信號，進而將其轉換為標準信號，用于模塊正常工作中。同時能夠降低其他信號對系統造成的干擾影響，提升隔離效果。低通濾波器負責濾波作用，以低通濾波方式處理采集到的信號[4]。

2.2 信號采集模塊

線路中的主要信息采集工作由信號采集模塊承擔，信息包含了電壓與電流等信息，選線裝置中會獲得相應的數據信息。需要應用專業的電壓、電流互感器進行信號采集，將采集獲得的信息進行濾波處理以消除其噪聲影響，將需要的信號進行轉換，通常會使用到A/D轉換器，將信息輸送至處理器中。

信號采集過程是十分重要的操作步驟，這一過程與結果的判斷工作相互關聯。信號采集中，100V、5A的工頻交流模擬量的采集可以利用選線裝置實現。采集工作之前要對參數進行設置，通常以0.01s為采樣頻率，頻率信息發生改變就需要對信息變化情況進行掌握，從而保證了數據獲取的精度。

當前擁有多種類型的A/D轉換器，在類型上，根據轉換原理分為并行以及雙積分A/D轉換器，精度與效率是逐步逼近型轉換器的主要優點，成本不高，轉化服務也相對可靠。精度高、抗干擾性強是雙積分型的優點，主要是使用在普通的轉換工作中。其中效率最高的是并行A/D轉換器，但在內部結構中擁有大量的比較器，導致在規模程度上很大，價格高昂。并且此設備采取的信號形式是連續變化的，對其進行處理之前要將其轉換為數字量，以上問題條件在A/D轉換器中都能夠得到解決。

A/D轉換器實現了將模擬性信號轉換成數字信號的工作，使用CPU處理數字信號，此設計中使用AD7656轉換器完成此項工作。在采樣率上此轉換器數值上達到了250kSPS。在轉換器當中包含了基準電壓源與2.5V的基準緩沖器，功耗消耗并不高。在輸出模式上，AD7656轉換器提供了多種選擇，用戶在方式選擇上包含了一般的串行與并行模式，本文采用的方式是串行模式，擁有較高的集成度，ADC采樣可以同時進行6個，效率高。特殊的對數據傳輸進行了設計，傳輸方式應用了多串口級聯，在數據傳輸效率上得到了大幅度提升。

觀察圖2，在圖中左側的三個引腳表達的含義是連接方式，這三個引腳與TIM0_OC1MP相連。通過此鏈接方式，一次數據轉換的過程對于其他6個端口來說都會重復此操作過程。將AD7656的RST 復位引腳與P3.6引腳相連，芯片復位工作高效進行。當在BUSY 引腳當中的電位在數值上呈現出由高到低的變化時，表明轉換過程已經徹底完成。

2.3 AR1M 微處理器模塊

圖2 AD7656與微處理器之間的連接方式

隨著微處理與電子技術的不斷發展，目前大部分企業已經應用了嵌入式系統，常見的儀器以及設備中都含有此系統。這一系統的應用頻率逐漸加大，同時在不同軟件的設計與開發中也有所應用。因為其應用的區域廣，因此其復雜程度更大、樣式更多，因此在各種終端當中也常常包含了嵌入式操作系統。對于特殊的計算機系統來說，嵌入式系統對于其定位操作的切入點需要兼顧基礎性和應用性，含義如下：核心為應用內容，設計工作依托硬件技術與計算機，同時充分考慮成本、可靠性以及功耗的問題，保證其能夠與系統相適應。ARM 處理器是嵌入系統中最常應用的，并且在生產領域上已經覆蓋到家電、汽車、自動化[5]。

微處理器對模塊的性能產生了重要的影響，在實際中主要體現在讀寫速度以及時鐘速率等問題方面，當處理器的性能較好時，對于實際工作中的選線工具來說擁有較大的方便。通過分析微處理器，本文在處理器型號選擇上確定了STR912F，此型號處理器的優勢十分明顯。其性能強大，16/32位的ARM966E-SRISC為處理器的內部集成，同時其優越性能也體現在DMA 上，其數據的存儲工作與轉換工作受到環境的影響較小，并不依靠CPU。在工作協作上，可以實現多個外圍設備共同配合，形成復雜裝置。