1336F-A040-AN-E?N 硬件設(shè)計

信號發(fā)生器的硬件功能模塊主要包括電源模塊、*控制模塊、監(jiān)測模塊、信號發(fā)生模塊、通信模塊、指示燈模塊。硬件設(shè)計原理框圖如圖2所示。

圖21336F-A040-AN-E?N 硬件設(shè)計原理框圖

信號發(fā)生器上電后，CPU即通過監(jiān)測模塊對IT系統(tǒng)的電壓進行實時監(jiān)測，測量出IT系統(tǒng)的交流頻率。當系統(tǒng)發(fā)生對地絕緣故障時，信號發(fā)生器根據(jù)測量出的頻率大小，確定測試信號的脈沖寬度以及脈沖頻率，截取系統(tǒng)波峰，產(chǎn)生測試信號，輪流加到L1-PE、L2-PE間。由于發(fā)生絕緣故障，故障支路可等效為一較小電阻，連接IT系統(tǒng)發(fā)生故障的線路以及大地，形成電流回路，因此測試信號能在故障支路上產(chǎn)生測試電流。絕緣故障定位儀逐路巡檢各支路時，在某支路上監(jiān)測到此測試電流，即可判定此條支路為故障支路。本設(shè)計中，*控制模塊選用ST的32位ARM-M3內(nèi)核單片機STM32F103。該芯片處理速度快，zui高運行速度可達72MHz；具有豐富的片內(nèi)外圍資源，內(nèi)部有20KB的片內(nèi)RAM和多達64KB的FLASH閃存，帶有多通道的12位A/D轉(zhuǎn)化模塊，以及多個SPI、C、CAN等通信接口，大大簡化了外圍電路的設(shè)計。

31336F-A040-AN-E?N 軟件設(shè)計

信號發(fā)生器的控制程序由C語言編寫，在程序設(shè)計中采用了結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法，便于程序代碼的維護、移植和升級。系統(tǒng)上電后，首先完成各模塊的初始化和自檢，確保系統(tǒng)工作的可靠性；然后確定系統(tǒng)中各部分硬件電路正常后，自動進入正常工作模式。系統(tǒng)主程序流程如圖3所示。

圖31336F-A040-AN-E?N 系統(tǒng)主程序流程圖

為了保障信號發(fā)生器運行準確與可靠，保證設(shè)備不會誤動，軟件上采用了特定的程序算法進行處理。

（1）數(shù)字濾波算法。信號發(fā)生器采用數(shù)字濾波算法濾除信號中諧波、噪聲等干擾，只讓有用的信號參與結(jié)果運算，從而使計算的結(jié)果更加精確可靠。

（2）1336F-A040-AN-E?N 系統(tǒng)交流頻率自適應(yīng)法。因為工作環(huán)境的多樣性，工作電壓不一定就是50Hz，實際中的電壓頻率可能更高或更低，因此要通過監(jiān)測模塊實時監(jiān)測IT系統(tǒng)的交流頻率。監(jiān)測模塊將比較L1、L2線間的電壓，UL1＞UL2和UL1＜UL2的時間分別記為t1和t2。因為電壓比較時存在一定的閾值電壓，所以會存在t1＞t2或t2＞t1的現(xiàn)象。如果t1+t2=20ms（即系統(tǒng)交流頻率為50Hz），出現(xiàn)系統(tǒng)對地絕緣故障時，就可在與之間截取一段寬度為0.4ms的脈沖，在與之間截取一段寬度為0.4ms的脈沖。

如圖4所示，1336F-A040-AN-E?N 在系統(tǒng)電壓的每個周期，信號發(fā)生器截取2次脈沖，分別在L1-L2的正半波波峰處（圖4中第二行），以及L1-L2的負半波波峰處（圖4中第三行）。若故障點在L1線上，則在L1-L2的負半波波峰處截取的脈沖波形可以在故障支路上表現(xiàn)為正，能被絕緣故障定位儀監(jiān)測到；若故障點在L2線上，則在L1-L2的正半波波峰處截取的脈沖波形可以在故障支路上表現(xiàn)為正，能被絕緣故障定位儀監(jiān)測到。

圖4L1、L2間電壓及截取的脈沖電壓

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