配电网接地故障选线装置研究及设计

我国当前的实际情况是小电流接地系统被广泛的应用在中低压配电网中，但系统的明显缺陷问题是高频率的故障发生率，出现故障时接地系统中的电流会明显减小且变得很小，除此之外并无明显的特征情况证明故障发生[1]，所以检测工作困难。目前阶段已经有大量学者对接地系统故障中的小电流情况进行了研究，已经取得了较大的进展，但是成果在解决实际问题上进展不明显，因此一定程度之上阻碍了配电网自动化的水平。本文的研究重点就是此问题，在小电流接地系统中引用了小波分析方法，并对其进一步研究。

1 选线装置整体设计方案

我国重点关注配电网建设工作，并且投入大量的资源以及人力、物力在其中，同时它也是一项重要的国家发展战略，不断优化配网信息系统，实现科学的调度管理配网[2]。例如，在广东地区配电网需要的配置要求更高，在性能方面要求其更加可靠，在难度上对调度管理提出了挑战。在城市电网当中，低压配电网占据的比例在不断增大，所以更要重视其稳定与安全性，保证正常的供电服务，提高消费者的使用体验。单相接地故障问题是配电网中较为普遍且频率较高的故障问题，而且此故障问题的排除工作困难。根据此问题，有研究学者提出了关于此故障问题的解决办法以降低故障排查时间，短时间内修复故障，保证系统快速恢复运转。所以本文设计了自动化形式的选线装置用来解决此项问题，应用ARM为装置的处理器，各个模块的设计出发点是功能需求情况。

图1 装置总体结构图

对装置进行设计当中应当考虑几项因素，主要的因素有总体结构是否合理、安全与可靠，同时在预期的设计制作当中，必须保证需求与功能之间的高度统一。此设计中应用的设计理念是模块化理念，多个功能模块共同组成了此装置，其中包含的几项模块分别是处理器模块、信号采集模块、信号转换和电路调理模块（图1）[3]。

2 选线装置主要模块设计

2.1 信号转换与电路调理模块

信号转换与电路调理模块是重要的模块，在系统中的地位举足轻重，并且之间在运行当中还会影响到其他模块，模块功能的完成依赖于信号转换器与低通滤波器两个核心元件，信号转换器的主要功能作用是转换电流信号，进而将其转换为标准信号，用于模块正常工作中。同时能够降低其他信号对系统造成的干扰影响，提升隔离效果。低通滤波器负责滤波作用，以低通滤波方式处理采集到的信号[4]。

2.2 信号采集模块

线路中的主要信息采集工作由信号采集模块承担，信息包含了电压与电流等信息，选线装置中会获得相应的数据信息。需要应用专业的电压、电流互感器进行信号采集，将采集获得的信息进行滤波处理以消除其噪声影响，将需要的信号进行转换，通常会使用到A/D转换器，将信息输送至处理器中。

信号采集过程是十分重要的操作步骤，这一过程与结果的判断工作相互关联。信号采集中，100V、5A的工频交流模拟量的采集可以利用选线装置实现。采集工作之前要对参数进行设置，通常以0.01s为采样频率，频率信息发生改变就需要对信息变化情况进行掌握，从而保证了数据获取的精度。

当前拥有多种类型的A/D转换器，在类型上，根据转换原理分为并行以及双积分A/D转换器，精度与效率是逐步逼近型转换器的主要优点，成本不高，转化服务也相对可靠。精度高、抗干扰性强是双积分型的优点，主要是使用在普通的转换工作中。其中效率最高的是并行A/D转换器，但在内部结构中拥有大量的比较器，导致在规模程度上很大，价格高昂。并且此设备采取的信号形式是连续变化的，对其进行处理之前要将其转换为数字量，以上问题条件在A/D转换器中都能够得到解决。

A/D转换器实现了将模拟性信号转换成数字信号的工作，使用CPU处理数字信号，此设计中使用AD7656转换器完成此项工作。在采样率上此转换器数值上达到了250kSPS。在转换器当中包含了基准电压源与2.5V的基准缓冲器，功耗消耗并不高。在输出模式上，AD7656转换器提供了多种选择，用户在方式选择上包含了一般的串行与并行模式，本文采用的方式是串行模式，拥有较高的集成度，ADC采样可以同时进行6个，效率高。特殊的对数据传输进行了设计，传输方式应用了多串口级联，在数据传输效率上得到了大幅度提升。

观察图2，在图中左侧的三个引脚表达的含义是连接方式，这三个引脚与TIM0_OC1MP相连。通过此链接方式，一次数据转换的过程对于其他6个端口来说都会重复此操作过程。将AD7656的RST 复位引脚与P3.6引脚相连，芯片复位工作高效进行。当在BUSY 引脚当中的电位在数值上呈现出由高到低的变化时，表明转换过程已经彻底完成。

2.3 AR1M 微处理器模块

图2 AD7656与微处理器之间的连接方式

随着微处理与电子技术的不断发展，目前大部分企业已经应用了嵌入式系统，常见的仪器以及设备中都含有此系统。这一系统的应用频率逐渐加大，同时在不同软件的设计与开发中也有所应用。因为其应用的区域广，因此其复杂程度更大、样式更多，因此在各种终端当中也常常包含了嵌入式操作系统。对于特殊的计算机系统来说，嵌入式系统对于其定位操作的切入点需要兼顾基础性和应用性，含义如下：核心为应用内容，设计工作依托硬件技术与计算机，同时充分考虑成本、可靠性以及功耗的问题，保证其能够与系统相适应。ARM 处理器是嵌入系统中最常应用的，并且在生产领域上已经覆盖到家电、汽车、自动化[5]。

微处理器对模块的性能产生了重要的影响，在实际中主要体现在读写速度以及时钟速率等问题方面，当处理器的性能较好时，对于实际工作中的选线工具来说拥有较大的方便。通过分析微处理器，本文在处理器型号选择上确定了STR912F，此型号处理器的优势十分明显。其性能强大，16/32位的ARM966E-SRISC为处理器的内部集成，同时其优越性能也体现在DMA 上，其数据的存储工作与转换工作受到环境的影响较小，并不依靠CPU。在工作协作上，可以实现多个外围设备共同配合，形成复杂装置。