通讯型接地及短路故障指示器

毛声道

摘 要：设计了一款具有RS485通讯功能的接地及短路故障指示器，解决了传统故障指示器无数字通讯的不足。该指示器能够实时准确地监测、指示线路的接地故障和短路故障，提供报警信息，为故障查找提供快捷途径。

关键词：接地故障 短路故障 RS485 光纤

中图分类号： TP32 文献标志码 A

接地及短路故障指示器[1-2]配套安装在配电网络的环网开关柜、电缆分接箱、箱式变电站中，作为一种实时监测装置，用于指示相应区段电缆的短路故障或单相接地。线路如遇故障，运维人员借助指示器的报警指示，可对故障区段快速确定，同时找到故障点。传统故障指示器不具备通讯功能，或者仅能发送简单的开关信号，不能适应配电网络智能化、网络化的发展需求。因此，该文设置了一种具有RS485通讯功能的光纤型接地及短路故障指示器，可将报警信息实时发送到监控中心的服务器上，故障所在的区域以及具体位置通过监控电脑的屏幕显示出来，以便检修人员快速确定故障区段，并找到故障点。

1 硬件设计

通讯型故障指示器主要由控制器和传感器两部分组成。传感器分为短路故障传感器和接地故障传感器两种，每种传感器内部集成了感应线圈和电光转换电路；控制器硬件主要包括：光电转换单元、控制单元、供电单元、故障指示单元和通訊单元，图1即其结构框图。

图1 硬件结构框图

1.1 控制单元

整个装置的核心是控制单元，该研究选用的是飞思卡尔的MC9S08QB8。MC9S08QB8是飞思卡尔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内核，其内置8 kB FLASH存储器，SCI/SPI/IIC接口，512 B RAM，A/D模块，8位模/数定时器模块等。MC9S08QB8还集成了背景调试系统及可进行实时总线捕捉的内置在线仿真（ICE）功能，具有单线的调试及仿真接口（BDM）[3]。

2.2 光电转换单元

选用光电传感器LXD/GB3-A1DPS1作为光电接收器件，用于接收光脉冲信号。LXD/GB3-A1DPS1接收峰值波长为850nm，其光电流典型值可达110uA（在100LX光照下），转换时间仅为15us，非常适合接收快速脉冲光信号。

1.3 故障指示单元

故障指示单元选用高亮度的发光二极管，对接地故障、电池电量不足、短路故障等信息进行指示，直接简便，有利于巡检人员查看。

1.4 RS485通讯单元

通讯单元选用美国TI公司的SN75LBC184作为RS-485收发器。其内部集成瞬变电压、ESD、电磁干扰、总线开路、热故障灯多种防护措施，可对RS-485通信中常见的各种故障进行抑制，也是RS-485通信中常见故障集成解决方案最完全的。

1.5 供电单元

本指示器可采用锂电池或外接24V～48V直流电源供电。外部直流24V～48V电源经MC34063及其外围电路降压至5V，给RS485驱动电路供电。5V电压经AMS1117稳压至3.3V，可给CPU及其他单元供电。

2 软件设计

通讯型故障指示器的主要功能有：（1）短路报警指示：检测线路的相电流时采用短路传感器，在线路发生短路，且电流达到甚至超过报警电流预设值时，短路传感器通过光纤将发出的警报信号传输给主机，主机收到信号之后，相应地生成报警指示信号；（2）接地报警指示：工作中检测线路的零序电流用接地传感器，当线路发生接地故障，且故障电流达到甚至超过报警电流设定值时，接地传感器通过电缆将报警信号发送到主机上，接收到信号后，主机会生成相应的报警指示信号；（3）自动复位：要是没有人工复位，指示器发出报警信号后，会在预设的复位时限后自动复位；（4）人工复位：指示器发生报警后，要解除报警信号，就要通过触发指示器主机面板上的“复位/测试”按钮进行复位；（5）RS485通讯：指示器采用Modbus-DTU协议。当接收到主机命令时，返回指示器的工作状态。RS485通讯运行在CPU的串口中断程序中，程序流程如图2所示；（6）测试：指示器可进行工作性能自检。测试时，按下主机面板上的“复位/测试”按钮，并保持1.5秒。

图2 串口中断程序流程图

3 结语

开关设备复杂的工作环境较适合用通讯型故障指示器，该指示器有较强的抗干扰性，能对线路短路故障和接地故障进行实时监测，提供报警信息，以便故障的快速查找和有效解决。其对故障后供电的快速恢复，停电时间的缩短，以及配电网络供电的安全性和可靠性的增强均起到非常重要的作用。

参考文献

[1] 张宏波，袁钦成.故障指示器在智能电网中的应用[J].能源技术经济， 2012，（1）：69-72.

[2] 欧立新. 接地、短路故障指示器在10kV架空线路的应用[J].农村电工， 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.