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高壓開關柜在線監測系統的設計與研究(一)
來源:http://jzhuayi.cn/
發表時間:2019-12-28
  原始的高壓開關柜功能比較簡單,只能顯示用戶端的電壓電流值,甚至市場上還存在采用指針表顯示的產品。隨著智能電網建設的不斷深入,智能高壓開關柜必將成為市場應用的主流。
  本文對智能開關柜監測系統進行了介紹,從硬件和軟件兩方面入手對智能高壓開關柜監測系統進行了設計和研究,并對其防干擾措施進行了分析,對高壓開關柜的智能化發展具有一定的借鑒意義。
  高壓開關柜監測系統的總體架構
  高壓開關柜監測系統采用面向對象的監測系統架構,其主要由現場層、監測層以及管理層三部分構成?,F場層的主要設備有現場監測單元和傳感器以及相關二次元件,重要功能為高壓開關柜的現場監測?,F場層和檢測層通過總線連接,實現監測數據和控制命令的傳輸。監測層和電站控制中心通過以太網連接。監測層的主要設備為監測主機、路由器以及打印機等相關設備,監測層和管理層的數據通信通過以太網完成。下圖為高壓開關柜監測系統結構圖。
  開關柜監測裝置硬件設計
  開關柜監測裝置在高壓開關柜的儀表室中安裝,其主要負責高壓開關柜的數據測量、保護控制、參數顯示以及網絡通信等功能,并提供人機交互接口。主要對傳感器陣列以及互感器信號進行測量,并進行運算處理求得電壓、電流值。
  在系統出現過載時,及時向斷路器發送過載保護信號。監測裝置采用雙CPU結構,其主要包括1#主控保護單片機以及2#監測保護單片機,兩個CPU通過雙口RAM存儲器實現了內存空間的共享,監測裝置的硬件結構圖如下圖所示。
  可見裝置的硬件主要包括1#主控保護單片機、2#監測保護單片機、模擬量接口以及電源模塊等部分組成。傳感器的模擬量信號通過調理模塊的轉化成為0-10V的信號,2#監測保護單片機控制A/D采集芯片進行模擬量信號的采集,并將采集數據存儲到存儲器中,同時對系統的電壓、電流信號以及短路、過載等故障進行監測。
  當有故障發生時,裝置根據計算分析,執行故障保護以及報警信號的發出等動作。1#主控保護單片機在2#單片機完成信號采集功能后,將存儲器中的數值取出從而對當前電壓和電流值進行計算,并在LCD上顯示。此外1#單片機還負責CAN通信功能。電壓模塊為裝置提供運行所需的5V和±12V電壓。
  模擬量信號處理電路
  裝置的電流測量采取磁傳感器矩陣法,TMR傳感器的信號需進行調理和轉換后才能進行運算處理。由于傳感器的輸出信號電壓大約在±600mV之間,需要對其進行放到大處理,放大7倍到4.2V,剩余部分電壓余量作為過載電流以及沖擊電流的報警區間。由于系統的運行環境干擾較為嚴重,因此放大器應安裝在傳感器探頭中,并采用12V電壓供電。
  另外,TMR傳感器是新型的磁電阻效應傳感器,和其他監測器件相比具有溫度穩定性好、靈敏度高、線性范圍寬,功耗較低的特點,芯片化的TMR傳感器體積小成本低,十分適于PCB設計。但TMR傳感器輸出信號中存在大量高頻干擾信號,在信號進行取樣處理前,需進行濾波處理。應用最為普遍的巴特沃斯濾波器的通帶較為平坦,濾波性能較為優越。
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