中高壓斷路器在線監(jiān)測裝置的設計與實現(xiàn)

摘要：為了對開關設備的重要參數(shù)能進行長期連續(xù)的監(jiān)測，設計出一種采用DSP處理器加CPLD結構的在線監(jiān)測系統(tǒng)，詳細分析了行程信號采集、線圈電流信號采集、數(shù)據(jù)存儲、通信和實時RTC等主要硬件模塊的設計方案。系統(tǒng)實現(xiàn)了對高壓斷路器狀態(tài)的在線監(jiān)測和機械故障的診斷，為開關設備狀態(tài)監(jiān)測提供了一種可行的解決方案。
關鍵詞：DSP；CPLD；在線監(jiān)測；硬件設計

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中的重要設備之一，在電站設備中數(shù)量多、投資大，在電網(wǎng)中起著控制分配電能和保護設備的雙重任務，其性能的可靠性直接關系到電力系統(tǒng)的安全運行。當它發(fā)生故障時會引起電網(wǎng)事故或擴大事故，造成很大的經(jīng)濟損失及社會影響。高壓斷路器的在線監(jiān)測和故障診斷可以及時發(fā)現(xiàn)故障，從而提高其運行可靠性。此外，當電力設備由定期維修轉變?yōu)闋顟B(tài)維修時，高壓斷路器的在線監(jiān)測對開關設備的重要參數(shù)能進行長期連續(xù)的監(jiān)測，不僅可以提供設備現(xiàn)有的運行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢，判斷有無存在故障的先兆，為設備的狀態(tài)維修提供依據(jù)，從而增大設備的維修保養(yǎng)周期，提高設備的利用率，減少維修保養(yǎng)費用。因此，研究高壓斷路器狀態(tài)的在線監(jiān)測和機械故障的診斷，盡量提前發(fā)現(xiàn)潛在故障，將現(xiàn)有的定期檢修制度推向狀態(tài)檢修，對避免設備故障及事故的發(fā)生和發(fā)展，降低設備故障率，有效提高斷路器的可靠性，增強電力系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟性都具有十分重要的意義。

1 總體方案設計
1．1 處理器介紹
本系統(tǒng)采用TMS320F28335型數(shù)字信號處理器，這是TI公司的一款TMS320C28X系列浮點DSP控制器。與以往的定點DSP相比，該器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外設集成度高，數(shù)據(jù)以及程序存儲量大，A／D轉換更精確快速等。TMS320F28335具有150 MHz的高速處理能力，具備32位浮點處理單元，6個DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多達18路的PWM輸出，其中有6路為TI特有的更高精度的PWM輸出(HRPWM)12位16通道ADC。得益于其浮點運算單元，用戶可快速編寫控制算法而無需在處理小數(shù)操作上耗費過多的時間和精力，與前代DSC相比，平均性能提高50％，并與定點C28x控制器軟件兼容，從而簡化軟件開發(fā)，縮短開發(fā)周期，降低開發(fā)成本。
此外，本設計使用的MAX3128A系列是Altera公司推出的3．3 V低價格EEPROM工藝PLD，是滿足大批量，成本敏感應用的非易失性CPLD理想的解決方案，是Altera公司銷量最大的產品，屬于主流器件。MAX3128A器件支持在系統(tǒng)可編程能力，能夠輕松地實現(xiàn)現(xiàn)場配置。每個MAX312 8A宏單元都可以獨立的配置成順序或組合邏輯操作。
1．2 系統(tǒng)總體結構
系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示。TMS320F28335上運行嵌入式UCOS II操作系統(tǒng)，實現(xiàn)整個監(jiān)測系統(tǒng)的任務調度；MAX3128A配合以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS和A／D采樣芯片AD7864完成數(shù)據(jù)的采集和以太網(wǎng)通信功能。