配电变检测

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摘要：应用数字信号处理器（DSP）的特殊资源，采用DSP+AT89C51的双CPU结构,充分发挥了DSP的数据处理能力，通过对实时数据的计算和分析实现了对配电变压器的监测。 关键词：数字信号处理器 DSP 变压器 监测仪 　　1引言　　电力变压器是具有两个或多个绕组的静止设备，为了传输电能，在同一频率下，通过电磁感应将一个系统的交流电压和电流转换为另一个系统的电流和电压。在电力系统中变压器是一个主要的设备。随着我国经济的发展，越来越多的配电变压器投入使用，对于配电变压器的运行状况进行监测的工作量也越来越大，以往传统的离线监测方式已经不能满足要求，所以我们开发了一种便携式的配电变压器在线监测仪。　　2 监测仪的总体方案设计　　变压器运行的重要参数包括电压、电流、有功功率、无功功率等，还有故障时的录波数据，根据录波数据判断有无故障出现。在故障判断中我们采用了目前较为先进的小波变换技术，需要硬件中数字信号处理器的支持，相应的我们在硬件中采用了美国TI公司的带有片上A/D转换器的TMS320C240数字信号处理器，在系统功能中它主要完成数据的采集和处理（计算），系统采用DSP+AT89C51的双CPU结构，AT89C51用来完成键盘、结果显示及结果打印及与上位机通信的功能，DSP与AT89C51之间采用双口RAM（IDT7132）交换数据，系统总体方案如图1所示。图1 监测仪总体方案图　　其中EEPROM采用ATMEL公司生产的AT93C46，具有三线制串行接口，操作指令集包括读、写、擦除、全部擦除、写禁止、解除写禁止及写所有地址。它还提供一个可以改变芯片内部结构的引脚ORG，当ORG接高电平时，选择16位存储器结构，对芯片的各种操作以字为单位，若接地或悬空，即选择8位存储器结构，对芯片的各种操作以字节为单位。我们将ORG接高电平，使DSP可以一次读取或写入一个字。　　键盘我们选用通用键盘，包括16个键。除了10个数字键还有：确认键、取消键、选择键、打印键、开始键、复位键。我们选择8279芯片作为键盘接口芯片，它能自动完成键盘的扫描输入，能自动清除按键抖动，并实现多键同时按下的保护，减轻了单片机的软件负担。　　LCD我们选择了带有接口芯片T6963C的点阵式液晶显示器，它可以直接与AT89C51连接，可以图形方式、文本方式及图形和文本合成方式显示，具有内部字符发生器，可管理64K显示缓冲区及字符发生器，允许单片机随时访问显示缓冲区。　　我们预留了打印机接口和与上位机的通信接口，以备作进一步功能扩展之用。　　3 DSP交流采样实时算法　　根据电工原理，周期性变化的电流、电压的有效值公式：　　 　　 　　以上两式离散化得：　　 　　 　　功率的离散化公式为：　　 　　当采样点数时，上述运算表达式具有较高的计算精度。　　监测仪除了检测电流、电压、功率这些运行参数之外，还对变压器的绝缘情况进行监测，常规的电力变压器局部放电检测方法有脉冲电流法、DGA法、超声波法、RIV法、光测法、射频检测法和化学方法等。我们在研究了各种局放检测方法后，选择了射频检测法，利用罗果夫斯基线圈从变压器中性点处测取信号，测量的信号频率可以达到3万千赫兹。　　4 监测仪软件设计　　 其中DSP负责数据采集和处理（计算），其软件流程图如图2所示。图2 DSP程序流程图　　DSP输出结果即告诉AT89C51可以取结果了，AT89C51可以将结果显示、打印或上传。　　5 监测仪的抗干扰措施　　监测仪的工作环境有各种各样的干扰，回影响其工作可靠性和精度，我们采取了以下抗干扰措施：　　（1）我们采取的抑制差模干扰的方法有对输入信号进行数字滤波，采用双绞屏蔽线。对输入信号进行数字滤波，不但可以减少差模干扰的影响，而且不增加硬件开销，可靠性高，无阻抗匹配问题。　　（2）抑制共模干扰的方法有对信号的输入采用对称输入和浮地输入。　　（3）对互感器的外部设有屏蔽罩，避免互感器的电磁波干扰其他模拟数字电路。　　（4）在电路中加多个去耦电容。　　6 结论　　传统的变压器监测是离线监测，变压器在线监测是发展方向，本文所设计的监测仪是在此方向上的一个探索，相信在此基础上增加系统功能，比如利用现场总线技术组成局部网络，并将数据上传，建立变压器实时数据库和历史数据库及故障诊断专家系统是未来的发展方向，我们的工作也会在这个方向下继续。　　参 考 文 献　　[1] 国家技术监督局，“中华人民共和国国家标准 变压器试验方法”，1996　　[2] 章云等．DSP控制器及其应用．北京：机械工业出版社．2001.8　　[3] 王幸之等．单片机应用系统抗干扰技术．北京航空航天大学出版社．2000.2　　[4] 吴祖航．光纤技术在电力变压器绝缘监测中的应用．高压电器.2001,37(2).32～35　　作者简介：　　刘增良（1959-），男，汉族，河北清苑人，副教授，研究方向为电力系统及其自动化。

0　 引言　　当前，国内很多建筑配电仍普遍采用干式变电器配以低压电缆分接箱实现分散供电，给整个系统的运行管理带来了很多的不便。计算机技术和网络通信技术的日趋成熟，配电系统测量、控制等功能智能化、网络化是发展的必然趋势，配电系统运行中的各种问题可以通过微机全面解决。　　智能化配电系统由开关配以具有通信功能的智能化元件，经数字通信与计算机系统网络连接，实现对分散分布的低压电缆分接箱内开关设备运行进行自动化管理。系统可实现数据的实时采集、数字通信、远程操作与程序控制及设备维护信息管理等功能。1　 项目概况　　上海核工程研究设计院是隶属于中国核工业集团公司的重点研究设计单位,该院新建大楼系统分为配电室和楼层部分，配电室高压部分采用ACR330ELH采集谐波数据，WHD72采集温湿度数据；低压进线侧采用ACR320ELH采集谐波、功率因数等数据， ACR220EK网络电力仪表采集测量电流，开关状态由辅助触点接入ACR220EK仪表的DI（开关量输入）接口。楼层部分由ACR220E采集电能数据。所有电参量数据由仪表的通讯接口经RS-485总线传给上位机，实现遥测、遥控和遥信功能。 2　 系统拓扑结构　　上海核工院电力监控系统的拓扑结构如图1。系统多采用分布式结构，按功能或区域进行划分，模块化设计。整个系统一般分为三层，即现场层、中间层、主控层。　　现场层主要任务是将现场的各种配电系统的运行参数进行采集和测量，并将采集和测量的各种数据传输给监控系统。其主要设备是：ACR330ELH、ACR320ELH谐波表，WHD72D温湿度仪表、 ACR220EK网络电力仪表，装设在现场的电缆分接箱内。上述设备均相互独立完成各自的功能，不依赖主控计算机运行，所有仪表都具备RS-485 通信接口，通过现场的RS-485总线将检测到的各项电参数和状态信号实时传输到中间层的数据处理单元。　　中间层位于现场层与主控层之间，由光电隔离器、串口服务器构成，现场485总线通过光电隔离器串口服务器与交换机相连，完成现场层设备与主控计算机之间的网络通信联接、数据交换。　　主控层位于中控室或值班室，配置高性能、高可靠性工业级计算机、UPS不间断电源、打印机、报警装置等。Acrel-3000电力监控软件安装在主控计算机上，通过软件的人机界面和各种管理功能实现对整个配电系统的实时监控。　　上海核工院新建楼层监控中心位于1层消控室，配电室位于地下2层车库，距离不超过1200米，直接通过铺设RS-485总线进行通讯即可，考虑到现场地理位置及走线方便合理等问题，采用8路RS-485网络可将所有配电室监控点覆盖；楼层部分考虑到走线方便问题，采用3路RS-485网络，通过竖井、吊顶拉到消控室。3　 Acrel-3000电力监控组态软件解决方案 　　Acrel-3000电力监控组态软件是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，最大的特点是能以灵活多样的“组态方式”而不是编程方式来进行系统集成，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法，只要将其预设置的各种软件模块进行简单的“组态”，便可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能，比如在分布式网络应用中，所有应用（例如趋势曲线、报警等）对远程数据的引用方法与引用本地数据完全相同，通过“组态”的方式可以缩短自动化工程师的系统集成的时间，提高集成效率。　　该系统实施后，实现了各类用电设备的电能报表，各用电回路的实时电参量遥测，重要回路的电能质量（含谐波）分析，以及重要回路的负荷用电趋势等功能，图表分别见图2、图3、图4。4　 结束语　　在电力监控系统中配置网络电力仪表，具有实施简明，投资少等显著优点，可以方便和实时地监控配电系统的运行状态，对现场的用电设备进行统一管理，免去工作人员到现场记录的繁琐工作，系统对各种用电设备的历史运行数据和状态进行管理分析，便于维护人员明确设备状况，制定详细的设备维护计划，减少工作人员，提高效率。同时，根据建立的电能计量体系，可以了解、分析建筑总体能耗，提出降耗计划，采取节能降耗措施，逐步提高用电效率。