电子式互感器高压侧冗余备份电路及故障检测方法技术

本发明专利技术公开了一种电子式互感器高压侧冗余备份电路，在互感器高压侧电路中增加一个与主控制器并联的备控制器及相应的多路选通电路，互感器运行中，使备控制器休眠，由主控制器完成高压侧电路的所有功能，如果低压侧电路判断出高压侧电路可能存在故障，即唤醒高压侧的备控制器，由备控制器对主控制器发出复位指令，并对高压侧电路进行测试诊断，若确认主控制器存在故障，则将主控制器的当前工作倒换至备控制器上使互感器保持正常工作，克服了高压侧电路因主控制器出现故障而导致互感器不能工作的缺陷，因此提高了互感器的可靠性；本发明专利技术还公开了基于前述电路的一种故障检测方法，为互感器设备的检修提供了故障定位信息，便于对设备进行在线维护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统自动化
的互感器技术，特别是涉及 一种电子 式互感器的备份电路及故障检测方法。
技术介绍
电力互感器是电力系统中重要的电气设备之一，对电力系统中电流/电压的 准确测量、电能计量、继电保护、系统监控以及系统分析等都有非常重要的作 用。目前电力系统中广泛使用的仍然是传统的电磁式电流/电压互感器，随着电 力系统的不断发展，电网电压等级的不断提高，传统电磁式电流/电压互感器的 绝缘问题、磁饱和问题、动态范围小等固有缺陷问题日益突出，因而提出了电 子式互感器技术。电子式互感器应用光纤技术，具有良好可靠的绝缘性能，适应现代电力系 统自动化、数字化的发展方向。电子式互感器依据高压侧传感器的不同类型 分为有源式和无源式两种。有源电子式互感器高压侧传感器釆用成熟的传感 技术，输出模拟电信号，经相应电路处理成光信号后再通过光纤传送至低压 侧。由于高压侧电路长期工作在恶劣的电磁干扰环境之下， 一旦出现故障将 会导致整个电子式互感器无法正常工作，且难以在带电情况下进行维修和更 换，因此，高压侧电路的可靠性设计是确保电子式互感器性能的关键环节。在现有电子式互感器高压侧电路的设计中，普遍釆用的是利用常规集成电路设计实现的方式，如利用多路选通和高精度模数转换器件实现多路信 号的时分复用，然后传送到低压侧的方式，这种方式的高压侧电路简单，但 功能单一，且灵活性较差；也有在高压侧电路设计中采用单片机技术的实现 方式，这种方式能实现误差补偿等较复杂的功能，且具有可灵活设置高/低压侧之间的数据传送方式以及通用性强的特点。但无论是釆用集成电路还是 釆用单片机的实现方式，均存在互感器使用寿命短且系统可靠性差的缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种基于单片机方式的电子式互感 器高压侧冗余备份电路，以提高电子式互感器的可靠性。本专利技术的另一个目的在于提供一种前述备份电路的故障检测方法，用以设 备维护人员精确定位电路故障。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的本专利技术公开了一种电子式互感器高压侧冗余备份电路，包括主控制器、信 号测量单元、信号调理单元、参考电压源、电光转换单元，该电路还包括用于 接收低压侧处理电路的控制指令以及将来自信号调理单元的模拟釆集信号转换 为数字信号的备控制器，用于将经过调理的模拟信号选通至主控制器或备控制 器的模/数转换输入地址的第一多路选通单元，用于将主控制器进行模/数转换后的数字信号选通至电光转换单元的第二多路选通单元；所述信号测量单元、信号调理单元以及第一多路选通单元依次相连，所述参考电压源与第一多路选通 单元相连，所述主控制器与备控制器并联于第一多路选通单元与第二多路选通 单元之间，所述电光转换单元分别与主控制器、备控制器以及第二多路选通单 元相连。其中，所述低压侧处理电路为内部包含单片机及相应的功能软件的低压侧 信息处理单元，用于向高压侧的主/备控制器发送控制指令，接收来自高压侧的 主/备控制器串行外设接口数据，并将该数据通过通用异步收发接口送至与之相 连的监控机进行数据处理。其中，所述互感器的高压侧电路中电光转换单元与低压侧电路中的光电转 换单元通过双路光纤相连，构成互为主备用的两路光纤传输通道。上述方案中，当所述主控制器发生故障时，所述低压侧处理电路将唤醒备 控制器，并在确认主控制器的故障后接替主控制器当前的工作。本专利技术还公开了一种基于所述冗余备份电路的故障检测方法，该方法包括 如下步骤a、 低压侧处理电路监控高压侧电路的运行状态，在检测出高压侧电路存在 异常时激活备控制器；b、 所述备控制器对主控制器进行复位，低压侧处理电路判断复位后主控制 器能否执行高压侧电路的全部功能，在能时则返回步骤a;c、 低压侧处理电路对备控制器进行测试，启用备控制器控制主控制器的串 行外设接口，通过向主控制器的串行外设接口发送测试数据，若测试结果正常 则证明光纤通讯通道正常，否则，将业务倒换至备用光纤通讯通道，并对备用 光纤通讯通道再次进行测试，若仍然异常，则备用光纤通讯通道故障，否则执 行步骤c;d、 备控制器切断信号调理单元的输出信号-，将参考电压源的标准电压信号 接入主控制器进行分析，并将分析结果传送至低压侧处理电路，若显示结果正 常则故障来自高压侧的信号测量单元，否则，主控制器内部存在故障；低压侧 处理电路通过发送测试指令由备控制器控制主控制器完成内部系统程序的运 算，若测试结果仍然异常，则主控制器的系统程序存在故障。所述步骤a中高压侧电路存在异常，是指低压侧测得的所采集信号的测量 结果误差超出系统所能承受的误差范围的情况。所述步骤c中主控制器内部存在故障，是指测试的数据采集功能、测试数 据分析处理功能或测试数据传输通道出现异常。本专利技术方法具有以下的优点1) 本专利技术冗余备份电路在电子式互感器的高压侧电路中采用两片单片机互 为主备用工作，当其中 一片单片机出现故障时可以将其负责的工作倒换到另一 片单片机上，从而提高了在恶劣环境下工作的电子式互感器的可靠性。2) 本专利技术冗余备份电路在互感器的高压恻电路与低压侧电路之间增设了一 路光纤传输通道，可以将SPI数据在其中一路传输通道发生故障时自动倒换到 另一路传输，增强了互感器的可靠性。3 )本专利技术的冗余备份电路通过运行在低压侧处理电路的软件作用，使备控 制器参与该备份电路的故障检测过程，依据该测试方法可以得到冗余备份电路 精确的故障定位信息，为维护和检修设备提供了方便。附图说明图l为本专利技术的电路系统结构示意图；图2为本专利技术高压侧电路测试诊断的基本流程图；图3为本专利技术电子式互感器整套方案的联机调测示意图。具体实施方式本专利技术的核心思想是通过在电子式互感器高压恻电路中增加一个与原单 片机并联的单片机，同时增加第一多路选通单元和第二多路选通单元，系统运 行时将其中一片单片机设为主用即正常工作状态，执行高压侧电路的全部功能， 另一单片机设为备用，即保持休眠；假设原单片机设为主用，新增的单片机为 备用，在互感器执行高压侧电路的基本功能的同时，当低压侧处理电路判断出 高压侧电路可能出现故障时，唤醒高压侧备用单片机，由备用单片机对主用单 片机发出复位指令，并对高压侧电路进行测试诊断，若确认主用单片机存在故 障，则由低压侧处理电路自动将主用单片机的工作倒换至备用单片机以保持互 感器的工作不中断，避免了高压侧电路因某一单片机出现故障而导致整个互感 器不能工作的缺陷，从而保证了互感器的可靠性。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。图1为本专利技术的电路系统结构示意图，如图1所示，电子式互感器系统分 为高压侧与低压侧两部分，其中，高压侧电路包括信号测量单元100、信号 调理单元101、参考电压源102、第一多路选通单元103、第二多路选通单元104、 电光转换单元105、光电转换单元108以及单片机1、单片机2;低压侧包括光 电转换单元106、电光转换单元107以及低压侧处理电路109以及相应的上位所述的高压侧电路中，信号测量单元100、信号调理单元101以及第一多 路选通单元103依次相连，参考电压源102与第一多路选通单元103相连，单 片机l与单片机2并联于第一多路选通单元103与第二多路选通单元104之间， 电光转换单元105与第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电子式互感器高压侧冗余备份电路，包括主控制器、信号测量单元、信号调理单元、参考电压源、电光转换单元，其特征在于，该电路还包括用于接收低压侧处理电路的控制指令以及将来自信号调理单元的模拟采集信号转换为数字信号的备控制器，用于将经过调理的模拟信号选通至主控制器或备控制器的模／数转换输入地址的第一多路选通单元，用于将主控制器进行模／数转换后的数字信号选通至电光转换单元的第二多路选通单元；所述信号测量单元、信号调理单元以及第一多路选通单元依次相连，所述参考电压源与第一多路选通单元相连，所述主控制器与备控制器并联于第一多路选通单元与第二多路选通单元之间，所述电光转换单元分别与主控制器、备控制器以及第二多路选通单元相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：钱政，谭宁，王丽娜，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]