CN101101317A - 线路故障检测方法 - Google Patents

Abstract

一种线路故障检测方法，包括有主程序：初始化单片机内的工作参数和工作状态；进行复位测试；进入无限循环，此阶段有：进入休眠状态；休眠达到设定时间，判断单片机的报警变量；测试电池电压并判断；判断报警状态时间；执行故障信息的远传；关灯，重复上述步骤。还包括中断程序如下：判断单片机脚AXI、BXI、CXI、OXI的电压是否为零；分别循环判断脚AXI、BXI、CXI、OXI的电压是否为零；当芯脚AXI、BXI、CXI、OXI的电压全部为1时，则跳出循环进入下一步；分别判断OXI，AXI、BXI、CXI的循环变量是否大于设定值。本发明在保证能精确的检测故障信号外，更能节省电池消耗，延长了使用寿命。并提供了低电压报警的功能。实现了可靠的电压下拉功能，使产品能及时准确的通过光纤得到故障信号。

Description

线路故障检测方法

技术领域

本发明属于一种线路故障检测报警，特别是涉及一种应用于低压，中压配电柜，开关柜的A、B、C三项线路的短路和单项接地故障检测的线路故障检测方法。

背景技术

目前，用于电力***各种环网柜、高压开关柜及电缆分支箱的电缆故障检测装置，其检测端的电路和主控制机的电路结构比较复杂。从而造成传输效率低，寻找及排除故障的时间长的的结果。检测端和主控制机的控制复杂，检测效果低，易产生判断故障信号的误差。而且其电池使用寿命低，消耗能量较高。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能够方便地应用于中，低压配电柜，配电箱的A、B、C三项线路的短路和单项接地故障检测的线路故障检测方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种线路故障检测方法，其特征是：包括有由如下阶段构成的主程序：第一阶段：初始化单片机内的工作参数和工作状态；第二阶段：进行复位测试；第三阶段：进入无限循环，此阶段包括有如下步骤：(1)首先进入休眠状态；(2)休眠达到设定时间，判断单片机的报警变量；(3)测试电池电压并判断；(4)判断报警状态时间；(5)执行故障信息的远传；(6)关灯，返回(1)重复上述步骤。

所述的初始化单片机内的工作参数和工作状态包括有：

(1)通过设置单片机寄存器的PSA、PS2、PS1、PS0来分配1：128的预分频器给看门狗；(2)使VREF电路断电并从RA2引脚断开，屏蔽参考电压模块，降低电能消耗；(3)使晶振工作在48KHz，使单片机工作在低功耗状态；(4)然后设置各个芯片脚电平输出状态，GSW、ALED、BLED、CLED、OLED为高电平以及FAULTOUT、BETTOUT、OUTCLR为低电平；(5)通过设置单片机寄存器CMCON使单片机的C2模拟比较器工作在其输入端处于在相比较的状，输出为反向输出的状态；设置GIE和PEIE使中断功能打开；(6)设置CCP1CON比较模式，与TMR1相符时产生软件中断，并置位CCP1IF；(7)使能Timer1模块，并且分频为1∶1，设置RBIE允许RB端口电平变化中断。

所述的进行复位测试是使ALED、BLED、CLED、OLED、BETTLOW警示灯亮，隔一秒钟关闭。

所述的判断单片机的各个报警变量是，当其中一个报警变量为1时，与之对应的电缆检测报警灯亮，并进入下一步，否则直接进入下一步。

所述的测试电池电压并判断是，当电池电压输出为低电位时，电压报警灯亮，当电池电压输出为高电位时，表示电池电压正常进入下一步骤。

所述的判断报警状态时间，是当检测循环计数变量小于设定值时，直接进入下一步，当检测循环计数变量大于等于设定值时，先执行上述的第一阶段和第二阶段后再进入下一步。

所述的关灯是，熄灭ALED、BLED、CLED、OLED、BETTLOW警示灯。

在进行所述主程序的运行过程中，当单片机的脚RB7、RB6、RB5、RB4的电压变化，程序将进入interrupt中断程序，进行对三相和零相电缆的判断，其判断步骤如下：

(1)判断单片机脚AXI、BXI、CXI、OXI的电压是否为零，不为零继续原来主程序的下一步，为零则进入中断程序的下一步；(2)分别循环判断脚AXI、BXI、CXI、OXI的电压是否为零？如果为零则在相应的循环变量上加1，并下一步；(3)当芯脚AXI、BXI、CXI、OXI的电压全部为1时，则跳出循环进入下一步；(4)分别判断OXI，AXI、BXI、CXI的循环变量是否大于设定值，当OXI，AXI、BXI、CXI的循环变量计数大于设定值时，并打开与之对应的相应的报警灯，并在相应的报警变量置1，全部判断完成后返回到主程序执行中断前的下一步。

本发明具有的优点和积极效果是：由于本发明的线路故障检测方法，在芯片执行主程序时，芯片使用的是48kHz内部晶振，但当芯片执行中断程序的时候，芯片自动改为使用4MHz内部晶振。利用此方法，在保证能精确的检测故障信号外，更能节省电池消耗，延长了使用寿命。并提供了低电压报警的功能。产品更耐用，检测结果更准确。在电路中光纤接收部分，实现了可靠的电压下拉功能，使产品能及时准确的通过光纤得到故障信号。

附图说明

图1是本实用新型中传感器的电路原理图；

图2是主控制电路中集成块的电路原理图：

图3是主控制电路中光纤接收部分的电路原理图：

图4是主控制电路中单片机的电路原理图：

图5是主机的远传复位电路的电路原理图；

图6是本实用新型的基准电源；

图7是主机的报警显示电路的电路原理图；

图8是主控制电路中单片机与报警显示电路相连的接口电路；

图9是本发明的主流程图；

图10是本发明的中断流程图；

图11是比较器工作工作状态示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1-图8所示，本发明的线路故障检测方法是用于CFI-F2型线路故障指示器上的一种检测方法。主要应用于中，低压配电柜，配电箱的A、B、C三项线路的短路和单项接地故障检测。CFI-F2型线路故障指示器是利用电磁感应使传感器(Aindicator，Bindicator，Cindicator，Oindicator)在线路短路或接地时，通过感应负载电缆的磁场产生相应的电信号，再利用光电原理通过绝缘的光纤线，把信号传到接收面板上(F2-monitor)。

利用3个短路传感器各外包于A、B、C三项电缆，和一个接地O传感器包在3个总电缆的外面。

当A、B、C三项电缆发生短路时如果负载线路电压突增，然后突降为0，0状态持续并大于0.15秒(出厂时可调)秒，本线路故障指示器认定为短路故障。当A、B、C三项的零序电压突增，并大于0.8秒时，本线路故障指示器认定为接地故障。故障信号通过光纤传送到接收面板及(F2-monitor)，通过单片机的分析处理，控制相应地发光二极管(ALED、BLED、CLED、OLED)闪亮，此故障警示状态持续6到12个小时(根据客户需要)。并给电力中控室发出一个间隔一秒的脉冲故障信号。另外此线路故障指示器还包括电池电压测试功能，当电池电压低于2.2V时(此电压可调)，BETTLOW闪亮，并给中控室低电压故障信号。

本发明的线路故障检测方法适用于microchip的PIC16LF627A、PIC16LF628A、PIC16LF648A三种单片机。

如图9所示，本发明的线路故障检测方法，包括有由如下阶段构成的主程序：

第一阶段：初始化单片机内的工作参数和工作状态；

所述的初始化单片机内的工作参数和工作状态包括有：

(1)通过设置单片机寄存器的PSA、PS2、PS1、PS0来分配1∶128的预分频器给看门狗；

(2)使VREF电路断电并从RA2引脚断开，屏蔽参考电压模块，降低电能消耗：

(3)使晶振工作在48KHz，使单片机工作在低功耗状态：

(4)然后设置各个芯片脚电平输出状态，GSW、ALED、BLED、CLED、OLED为高电平以及FAULTOUT、BETTOUT、OUTCLR为低电平；

(5)通过设置单片机寄存器CMCON使单片机的C2模拟比较器工作在其输入端处于在相比较的状，输出为反向输出的状态；设置GIE和PEIE使中断功能打开；

(6)设置CCP1CON比较模式，与TMR1相符时产生软件中断，并置位CCP1IF；

(7)使能Timer1模块，并且分频为1∶1，设置RBIE允许RB端口电平变化中断。

第二阶段：进行复位测试；

所述的进行复位测试是使ALED、BLED、CLED、OLED、BETTLOW警示灯亮，隔一秒钟关闭。

第三阶段：进入无限循环，此阶段包括有如下步骤；

(1)首先进入休眠状态；使单片机功耗降低，当单片机看门狗工作到指定时间时，执行“clrwdt”.主要避免单片机跑飞，进入死循环。

(2)休眠达到设定时间，判断单片机的报警变量；本命令固化在芯片的0x364到0x382，本命令主要是测试AXI，BXI，CXI，OXI，BETTLOW的报警变量，并控制ALED(电缆A相检测灯)，BLED(电缆B相检测灯)，CLED(电缆C相检测灯)，OLED(电缆O相检测灯)，BETTLOW(电池电压检测灯)的输出。如检测AXI的报警变量为1时，则ALED为0(及开灯)，并且给相应的记时变量加1。以此类推。(AXI，BXI，CXI，OXI如电路图A，代表输入到芯片RB4，RB5，RB6，RB7的电压电平)

当报警变量为1时，电缆检测报警灯亮，并进入下一步，否则直接进入下一步。

(3)测试电池电压并判断；

当电池电压输出为低电位时，电压报警灯亮，当电池电压输出为高电位时，表示电池电压正常进入下一步骤。

由于本发明的实施例所选用的单片机的型号为：PIC16LF627A、或PIC16LF 628A、或PIC16LF 648A，因此，电池电压检测是利用PIC16LF627A、628A、648A特有的模拟比较功能。通过设置单片机寄存器CMCON使C2比较器工作在如图11所示的状态。使C2输出反相，当Vcomp(RA2)＜Vref(RA1)时发生中断。设置GIE和PEIE使中断功能打开。

因本实施例电池为3.3V，利用基准源LM385/1.2V，并在GSW(RA4)导通时，能够给单片机Vref及(RA1)脚一个1.2V稳定的电压。在R1负端，连接一个R11可调电阻，利用R11可调电阻，给Vcomp(RA2)一个比较电压。

通过调节R11(指的是图5的R11)可以调整低电压报警电压(从2.1V到2.6V)如果低电压报警为2.2V，使R10的压降为1V，R11为1.2V，那么根据R10/R11＝U10/U11，R11为67.4k。当正常情况下如电池电压3.3V，R4电压1.804V，所以Vcomp＞Vref，不发生中断。如果电压低于2.2V，R11电压低于1.2V，发生中断，并C2OUT＝1。

所以，程序固化在单片机的0x2f8到0x307，当使GSW及RA11为低电平，导通(电池电压检测)电路模块，如果单片机寄存器C2OUT＝1时，BETTLOW的映象变量为1。在随后的测试AXI，BXI，CXI，OXI的映象变量中因条件满足打开BETTLOW灯。

(4)判断报警状态时间；

是当检测循环计数变量小于设定值时，直接进入下一步，当检测循环计数变量大于等于设定值时，先执行上述的第一阶段和第二阶段后再进入下一步。

判断报警状态时间固化在芯片0x31b到0x346。此命令实现在故障状态里，F2-monitor的A、B、C、O相对应的发光二极管闪灯的功能。根据使用需要，故障状态可以调整为6到12个小时。根据实验得出WDT单一周期为22.95ms，它的溢出周期在本电路中测定为2.937秒。并且本程序采用双频率工作方式，区别于以前只用一种频率工作(4MHz)。当单片机在48KHz的情况下，相比较4MHz的中断频率，能够节省更多的电池能源，并且满足产品功能上的要求。

通过计算单一的主程序第三阶段所进行的无限循环(称其为ABB循环)，其循环需要的时间是2.937秒，被使用者需要的时间除。

如果使用者需要6小时，则：6*3600/2.937＝7354，

如果使用者需要12小时，则：12*3600/2.937＝14709

通过计数器变量0x2b，0x2a计算执行ABB循环的次数，如果超过所计算的循环次数则认为超过认定的时间，重新初始化程序，并使芯片内变量归零。结束故障闪灯。通过使用休眠状态，溢出功能节省了电池电能消耗，并且根据程序的不同需要使用不同的频率。在产品功能需要时间精确到ms时，程序在单片机地址0x16设OSCF＝1，使频率为4MHz。在产品功能需要时间精确到S时，程序则在芯片地址0xe7和0x3c8设OSCF＝0，使频率为48KHz。

(根据microchip的产品说明，工作时电流：当频率为32kHz，电压为2.0V时，典型电流值为12μA；当频率为1MHz，电压为2.0V时，典型电流值为120μA。休眠电流：当电压为2.0V时，典型值为100nA)

(5)执行故障信息的远传，给中控室发射故障信号(间隔1秒的脉冲)；

在A、B、C、O故障时，通过拉高芯脚FAULTOUT及RA6使继电器v23079工作，释放一个间隔1秒的脉冲。实现A、B、C、O三线故障信号的远传功能。

在电池电压低的情况下，通过拉高芯脚BETTOUT及RA7使继电器v23079工作，释放一个间隔1秒的脉冲。实现电池电压低信号的远传功能。

使每次ABB循环，只执行一次测试电池电压的命令，减少电池消耗。

(6)关灯，返回(1)重复上述步骤。

所述的关灯是，熄灭ALED、BLED、CLED、OLED、BETTLOW警示灯。

如图10所示，在进行所述主程序的运行过程中，随着单片机的脚RB7、RB6、RB5、RB4的电压变化，还随时进入对三相和零相电缆判断的中断程序中。

此程序固化在0x04到0xFB。因为产品功能需要短路信号是否大于150ms(根据使用者需要可设在120ms到160ms之间)，接地信号是否大于800ms(根据使用者需要可设在600ms到850ms之间)，因此时间要精确到ms级，所以在此模块设OSCF＝1及是4MHz。(此程序不包括在主程序正常运行流程里面，但是在程序运行的任何时刻，因为RB7、RB6、RB5、RB4的电平变化，导致程序调用中断程序，执行完中断程序后，返回原来中断前主程序的位置，继续执行。)

中断程序步骤如下：

(1)判断单片机脚AXI、BXI、CXI、OXI的电压是否为零，不为零继续主程序，为零则进入下一步；

(2)分别循环判断脚AXI、BXI、CXI、OXI的电压是否为零？如果为零则在相应的循环变量上加1；如果判断脚AXI、BXI、CXI、OXI的电压全部为1，则跳出循环进入下一步。

称上述循环为ABA循环根据实验得出每次ABA循环33us.预设循环次数即为，使用者所需时间除33us.如短路时间要大于120ms，则120×1000/33＝3636；160ms时，则预设次数为4848；(因为Aindicator，Bindicator，Cindicator使用的是同一种电路板，所以他们可以使用同一种循环周期)。根据实验得出，每次接地故障检测循环为47.9us，所以600ms时，预设循环次数为12526；850ms时，预设循环次数为17894；

每次ABA循环，A、B、C、O的相应循环计数变量根据条件增1。当结束ABA循环时，判断各个循环次数变量是否大于预设循环次数。如果条件满足，即为故障条件成立，打开相应的警示灯。

程序最后重新设OSCF＝0，既是48KHz，降低芯片功耗。

然后重新ABB循环。因休眠后，看门狗溢出要2.937秒，(在3V下从休眠状态唤醒4μs)。所以如此循环实现警示灯闪亮，从而节省电池能源。

Claims (9)

1.一种线路故障检测方法，其特征是：包括有由如下阶段构成的主程序：

第一阶段：初始化单片机内的工作参数和工作状态；

第二阶段：进行复位测试；

第三阶段：进入无限循环，此阶段包括有如下步骤：

(1)首先进入休眠状态；

(2)休眠达到设定时间，判断单片机的报警变量；

(3)测试电池电压并判断；

(4)判断报警状态时间；

(5)执行故障信息的远传；

(6)关灯，返回(1)重复上述步骤。

2.根据权利要求1所述的线路故障检测方法，其特征是：所述的初始化单片机内的工作参数和工作状态包括有：

(1)通过设置单片机寄存器的PSA、PS2、PS1、PS0来分配1∶128的预分频器给看门狗；

(2)使VREF电路断电并从RA2引脚断开，屏蔽参考电压模块，降低电能消耗；

(3)使晶振工作在48KHz，使单片机工作在低功耗状态；

(4)然后设置各个芯片脚电平输出状态，GSW、ALED、BLED、CLED、OLED为高电平以及FAULTOUT、BETTOUT、OUTCLR为低电平；

(5)通过设置单片机寄存器CMCON使单片机的C2模拟比较器工作在，其输入端处于相比较的状态，输出为反向输出的状态；设置GIE和PEIE使中断功能打开；

(6)设置CCP1CON比较模式，与TMR1相符时产生软件中断，并置位CCP1IF；

(7)使能Timer1模块，并且分频为1∶1，设置RBIE允许RB端口电平变化中断。

3.根据权利要求1所述的线路故障检测方法，其特征是：所述的进行复位测试是使ALED、BLED、CLED、OLED、BETTLOW警示灯亮，隔一秒钟关闭。

4.根据权利要求1所述的线路故障检测方法，其特征是：所述的判断单片机的各个报警变量，当其中一个报警变量为1时，与之对应的电缆检测报警灯亮，并进入下一步，否则直接进入下一步。

5.根据权利要求1所述的线路故障检测方法，其特征是：所述的测试电池电压并判断，当电池电压输出为低电位时，电压报警灯亮，当电池电压输出为高电位时，表示电池电压正常进入下一步骤。

6.根据权利要求1所述的线路故障检测方法，其特征是：所述的判断报警状态时间，是当检测循环计数变量小于设定值时，直接进入下一步，当检测循环计数变量大于等于设定值时，先执行上述的第一阶段和第二阶段后再进入下一步。

7.根据权利要求1所述的线路故障检测方法，其特征是：所述的关灯是，熄灭ALED、BLED、CLED、OLED、BETTLOW警示灯。

8.根据权利要求1所述的线路故障检测方法，其特征是：在进行所述主程序的运行过程中，当单片机的脚RB7、RB6、RB5、RB4的电压变化，程序将进入interrupt中断程序，进行对三相和零相电缆的判断，其判断步骤如下：

(1)判断单片机脚AXI、BXI、CXI、OXI的电压是否为零，不为零继续原来主程序的下一步，为零则进入中断程序的下一步；

(2)分别循环判断脚AXI、BXI、CXI、OXI的电压是否为零？如果为零则在相应的循环变量上加1，继续判断下一个；

(3)如果循环判断芯片脚AXI、BXI、CXI、OXI的电压全部为1时，则跳出循环进入下一步。

(4)分别判断OXI，AXI、BXI、CXI的循环变量是否大于设定值，当OXI，AXI、BXI、CXI的循环变量计数大于设定值时打开与之对应的相应的报警灯，并在相应的报警变量置1，全部判断完成后返回到主程序执行中断前的下一步。

9.根据权利要求8所述的线路故障检测方法，其特征是：在第(2)步中，由于OXI设定值大于AXI、BXI、CXI的，当OXI的循环变量小于设定值时，并且OXI电压仍为0时，继续执行循环。

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