原创《基于ARM小电流接地故障选线装置》
本文是ARM方面毕业论文题目范文与接地和电流和故障方面毕业论文题目范文。
中图分类号院TM862 文献标识码院A DOI院10.16871/j.cnki.kjwhb.2018.01.074
摘 要小电流接地系统最常见的故障是单相接地故障.选线装置的硬件电路主要有采样模块、主控制模块及人机接口模块三个部分组成,分别采用32 位ARM Cortex -M3STM32f2 和8 位STM8S207S8 微控制器芯片作为采样模块、主控制模块、人机接口模块的核心控制单元.选线装置的软件程序主要有主控制模块程序、人机接口模块程序、定时采样子程序、故障判断子程序等.现场运行结果表明,该装置运行稳定,能够正确地快速选线.
关键词小电流接地系统单相接地故障ARM
The Line Selection Device for Non-effectively GroundedSystem Faults Based on ARM // Fang Fei,Xu Liping
Abstract The most common failure of non-effectively groundedsystem is the single-phase-to-ground fault. The hardware circuitof the line selection device is mainly composed of such threeparts as sampling module, main control module and human-computer interface module, respectively using 32-bit ARMCortex -M3 STM32f2 and 8-bit STM8S207S8 microcontrollerchips as the core control units of the three parts. The softwareprogram of the line selection device mainly consists of main controlmodule program, human-machine interface module program,timing sampling subroutine, fault judgment subroutine and so on.Field operation results show that the device is stable and can realizefast and correct line selection.
Key words non-effectively grounded system;single-phase-togroundfault;ARM
1 引言
在我国6-66kv 低压配电网络中,中性点接地方式主要采用中性点不接地或者经过消弧圈接地运行方式,也就是我们所说的小电流接地系统[1-2].小电流接地系统发生单相接地故障时,接地系统中非故障相电压升高至线电压,容易破坏电网的绝缘设备,引发相间短路接地,且间歇性弧光与谐振会引起过电压反应,过电压是正常相电压的3-4 倍,诱发系统由单相接地故障发展为多相接地故障,严重破坏系统的安全,导致事故扩大.因此快速、准确地找出故障线路,对电网的安全性及可靠性有着非常重要的意义.
随着微机控制技术的不断发展和广泛应用,32 位ARMCortex -M3 STM32F205 嵌入式微控制器为小电流接地选线装置提供了新的开发平台,具有高性能、低成本、低功耗特点,内部集成有16 通道12 位的高速A/D 转换器模块,能够提供丰富的硬件和软件资源,满足主控制模块的各种功能要求,减少电路扩展.
2 选线装置的硬件电路设计
2.1 选线装置的硬件总体结构
硬件电路设计必须围绕以下几大功能进行：对零序电压、零序电流信号的采样及转换、选线计算、数据的正常通信、数据的故障处理、友好的人机界面.选线装置的总体结构框图如图1所示.
（1）主控制模块.选线装置控制模块是整个装置的关键部分,主控模块接受数据采集模块故障数据,执行相应动作,RS485接口可以实现与上位机进行通信,以此来实现远距离的控制和监测.
（2）采样模块.该模块主要有两大功能：首先要采集配电网线路的零序电压和零序电流信号,要对采集到零序信号进行电平转换、放大、滤波等信号处理.其次要对处理好的模拟信号进行A/D 转换然后进行选线算法计算,判断出故障线路.
（3）人机接口模块.人机对话的窗口,主要由键盘、LCD、STM8S207S8 等组成.键盘可以实现选线装置参数的设定、故障信息显示、系统复位等；液晶可以进行故障信息显示、电网参数显示等；面板上的指示灯指示系统运行状态,包括系统运行状态,包括电源、“Ⅰ段”、“Ⅱ段”、“Ⅲ段”、“Ⅳ段”状态.
2.2 主控制模块
主控制模块主要是由微控制器STM32F205、信号继电器、R485、时钟电路等组成,主控制模块接受数据采集模块故障数据,执行相应动作,例如各种报警信号的输出,可以实现与上位机通信,其电路结构如图2 所示.
2.3 STM32F205 型微控制器简介
选线装置的主控制模块和数据采样模块的控制单元采用ARM Cortex-M3 STM32F205 微控制器,其具有如下特点：
（1）嵌入式ARM 处理器的最新产品,其采用哈佛架构,指令总线和数据总线是独立的；
（2）其最高工作频率达到120MHz、指令执行速度最高可达到1.25DMIPS/MHz 、支持单周期乘法和硬件除法运算,具有高速浮点运算能力；
（3）具有512KB 闪存程序存储器和64KB 的SRAM ,带4个片选的静态存储器控制器,支持CF 卡、SRAM、PSRAM、NOR和NAND 等外部存储器；
（4）支持三种低功耗模式：休眠模式、停止模式和掉电模式,外部中断可以将处理器从掉电模式中唤醒,各个外设功能可进行单独使能和禁止,实现功耗最小化；
（5）具有2 个12 位模数转换器,1us 转换时间,最多16通道,电压转换范围是0 至3.6V,可以实现双采样和保持功能,具有温度传感器；
（6）具有112 个I/O,能实现对大量的控制器件进行操作.调试模式有串行线调试(SWD)和JTAG 接口两种；
（7）具有2 个I2C 接口、3 个USART 接口、2 个SPI 同步串行接口、CAN 接口、USB 2.0 全速接口等多种标准通信接口.
2.4 数据采集模块
选线装置要对最多四段母线,且每段母线路最多有15个支路的配电网线路实现接地保护.实现该线路范围内接地选线保护,需要分别采集15 个支路的零序电流和母线零序电压信号,采集到零序电压和零序电流数据都是较大的模拟量,不能够直接送入STM32F205 微控制器内置的采集转换电路,需要将零序信号送入电压、电流互感器转换成0-3.3V的模拟信号引入到选线保护系统,然后经过虑波、放大等信号处理环节,再送入STM32F205 微控制器自带高速ADC 进行数据模数转换,最后进行故障选线计算,判断出故障线路.其模块图如图3 所示.
2.5 人机接口模块
人机接口模块,是用来实现人和系统之间数据信息交互的平台,对系统参数的设定和实时运行状态及相关参数显示,友好的人机界面,有助于实现对选线系统的实时监测和自动化管理.人机接口模块主要有键盘、液晶、STM8S207S8 微控制器等组成.
3 选线装置软件设计
3.1 选线算法
中性点不接地系统发生单相接地故障,故障点所在的线路三相秩序不再对称,线路接地处会有零序特征量产生,如零序电压、零序电流等电量,零序电压幅值等于系统正常运行时相电压幅值,将算出的零序电压幅值与装置设定整定电压值比较实现初次判断.接地点零序电流远远大于非接地线路零序电流且方向相反,可以同过比较零序电流幅值判断出故障所在线路.
选线算法通过对零序电压和零序电流的判断编写相应的选线算法程序.程序判断故障线路具体过程为：当发生单相接地故障时,采样到零序电压经过数学运算得出零序电压的有效值,与整定电压值相比较,可以初次判断出发生接地故障的母线段；然后再对发生接地故障的回路进行判断,需要计算各线路零序电流幅值,利用接地线路零序电流幅值远大于非接地线路零序电流幅值作为判据,判断出故障所在线路.
3.2 主控制模块程序设计
整个选线保护装置的软件程序采用模块化设计,其主控制模块程序流程图如图7 所示.当选线装置上电后或按键复位后,就会进入主控制模块程序入口,开始进入初始化阶段,包括该模块微控制器内部通用寄存器、向量中断控制器内部寄存器的设置、各中断向量的设置、各外扩芯片的初始化、I/O口的初始化、定时器工作方式的设定等,微控制器开始检测是否有来自人机接口板输入命令如整定参数的修改,若没有则要去执行故障判断,接着要进行故障存储、动作处理；若有则要去执行整定子程序处理.
3.3 定时采样程序设计
定时采样程序采用软件定时中断的方法,每个工频周期里需要采样256 个点,设置定时器采样间隔时间为0.078ms,对这些采样信号进行周期计算,在采样的间隔里要进行对采样信号转换、计算、故障判断处理,包括零序稳态电压有效值计算和零序稳态电流幅值计算等、故障判断、故障上报等.
3.4 故障判别子程序设计
故障判断子程序对选线装置软件系统来讲非常关键,装置系统软件程序通过对零序电压作出初次判别后,再启动故障子程序,利用程序计算出线路零序电流信号的幅值,然后比较各线路零序电流信号的幅值,判定出故障线路.
4 结论
选线保护装置可以实现对四段母线,每段母线最多有15 个出线的线路实时监控,选出接地故障线路,能够准确、快速直观地显示故障线路,有效提高了配电网运行的可靠性、经济性,为操作人员提供了便利.
参考文献
[1] 要焕年,曹梅月.电力系统谐振接地[M].北京:中国电力出版社,2000.
[2] 中华人民共和国电力行业标准.DUT620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合.中华人民共和国电力工业部,1997.
[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,2000.
[4] 陈德树.计算机继电保护原理与技术[M].北京:水利水电出版社,1992.
[5] 丁磊.小电流接地系统单相接地选线和定位研究[D].济南:山东大学电气工程系,2004.
[6] 蔡润溟,王新超.小电流接地系统单相接地故障选线和测距方法的研究[D].济南:山东大学硕士论文,2007.
编辑李前锋
ARM论文参考资料：
结论:上述文章是关于ARM方面的大学硕士和本科毕业论文以及接地和电流和故障相关ARM论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料。
