CAN总线在小电流接地故障检测中的应用

为提高传统小电流接地故障检测系统在面对复杂环境时，其数据传输的可靠性和及时性，本文提出以CAN *通讯作者。

随着我国农村电网改造工程的开展，其配电系统所发生的故障中，如导线断线、绝缘子击穿、树木短接等原因导致的单相接地故障占到了80% [1]。如果配电系统出现小电流接地故障，电网可能会产生严重的安全事故。因此对小电流接地故障的快速检测、快速反应是保证电网安全的重要举措。

CAN (Controller Area Network)总线虽最早是面向汽车行业推出的串行通信协议，但因其高性能和可靠性已被普遍认同，广泛应用于工业自动化、船舶等方面；具有数据吞吐量大，传输速率快，可靠性强和传输距离远等优点。

在系统中， 如果仅使用CAN 总线的方式定义各分支点的优先级级别进行数据传输， 优先级级别低的节点会让优先级级别高的节点数据传输完成后再进行传输，这就可能造成数据传输堵塞的情况。在堵塞很严重的情况下，可能优先级级别低的数据帧很难得到发送权，而使得无法保证系统数据的实时性。通过CAN 总线传输数据有一个著名的“Last-But-One-Bit”错误，在对实时性要求比较高的多分支系统中， 可能会造成其系统性能下降或者其他严重错误。因此可以结合令牌环网的特点进行互补，改善其在系统的性能。

令牌环网(Token-ring network)是IBM 公司于二十世纪八十年代开始发展，现今仍具有重要意义。其在老式环网中的传输速度为4 Mbps 或16 Mbps， 而新型的环网速率则达到了100 Mbps。

它的传输方法在物理上可以使用星形拓扑结构，但在逻辑上仍是环形拓扑结构。

令牌环网是将各个分支连接一个环上，分支只能向直接相邻的分支传输数据，每个分支只有获得令牌后才能进行数据发送， 也就不存在数据发送冲突的问题。

我们通过在CAN 总线的应用层上定义这种令牌形式的帧，通过令牌进行数据发送协调，分支拥有同等的权利发送数据。如果环网上的令牌丢失则会导致整个环网的数据传输终止，因此系统需要专门对令牌进行维护。

2. 小电流接地故障检测系统总体设计 本设计中的小电流接地故障检测系统是以STM32F407 处理器为核心， 配备人机交互模块、数据存储模块等外设，以便于工作人员实时查看系统状态，在发现问题后及时对系统调试，使得系统正常运行。

系统总体结构示意图如图1。

系统的主要工作流程为：