淺談變電站綜合自動(dòng)化中監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)研究

一、引言

變電站綜合自動(dòng)化是在微處理技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)發(fā)展到一定程度的基礎(chǔ)上，為使變電站二次設(shè)備更合理、有效地運(yùn)行而提出的一種變電站自動(dòng)化模式。變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)除了實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)、控制和保護(hù)之外。更重要的是能實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)睾瓦h(yuǎn)方對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控、調(diào)節(jié)和保護(hù)。

二、變電站綜合自動(dòng)化中的測(cè)控系統(tǒng)的功能要求

(一)遙信功能。遙信功能通常用于測(cè)量下列信號(hào)開關(guān)的位置信號(hào)、變壓器內(nèi)部故障綜合信號(hào)保護(hù)裝置的動(dòng)作信號(hào)、通信設(shè)備運(yùn)行狀況信號(hào)、調(diào)壓變壓器抽頭位置信號(hào)、自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置的運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)和其它可提供繼電器方式輸出的信號(hào)事故總信號(hào)及裝置主電源停電信號(hào)等。

(二)j噩測(cè)功能。遙測(cè)功能常用于變壓器的有功和無功采集、線路的有功功率采集、母線電壓和線路電流采集、溫度、壓力、流量流速等采集、周波頻率采集、主變油溫采集和其它模擬信號(hào)采集。

(三)遙控功能。遙控功能常用于斷路器的合、分和電容器、電抗器的投切以及其它可以采用繼電器控制的功能。

(四)遙調(diào)功能。遙調(diào)常用于有載調(diào)壓變壓器抽頭的升、降調(diào)節(jié)和其它可采用一組繼電器控制的、具有分級(jí)升降功能的場(chǎng)合。

三、測(cè)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)研究

針對(duì)測(cè)控單元存在的不足之處.考慮到高壓、超高壓變電站的自動(dòng)化特點(diǎn)及變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展對(duì)測(cè)控單元的要求，結(jié)合電子元器件發(fā)展、通信技術(shù)的進(jìn)步和其它新技術(shù)的出現(xiàn)，提出了新型線路測(cè)控單元的模塊化硬件設(shè)計(jì)方案。

線路單元測(cè)控裝置的硬件構(gòu)成主要包括80C196KC基本處理模塊、電流型互感器模塊、濾波放大電路、多路模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換電路、頻率檢測(cè)電路、遙信輸入光禍隔離電路、遙脈輸入光藕隔離電路、控制輸出繼電器、雙CAN總線通信模塊、串行通信模塊。

(一)80C196K0

80C196KC是Intel公司16位單片機(jī)系列的第三代產(chǎn)品，是目前應(yīng)用最廣泛的16位單片機(jī)，具有以下特點(diǎn)：

1廢除了CPU的累加器(ACC)與算術(shù)邏輯運(yùn)算部件(ALU)的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用了寄存器陣列/算術(shù)邏輯部件(RALU)。OOH-1FFH單元包含寄存器陣列、專用寄存器和256字節(jié)的附加RAM。OOH—017H是專用寄存器區(qū)。018H— OFFH是寄存器陣列.可由RALU直接訪問。IOOH—1FFH是附加的256字節(jié)RAM.這些RAM通過“垂直寄存器窗”結(jié)構(gòu)，也可以作為寄存器由 RALU直接訪問，因而給程序設(shè)計(jì)帶來很大方便。

2特殊功能寄存器直接控制I/O口，實(shí)現(xiàn)了I/O口的高速輸入與高速輸出。四個(gè)高速輸入口最小能記錄分辨間隔為1微秒的外部事件發(fā)生時(shí)間(時(shí)鐘頻率為16MHZ);六個(gè)高速輸出口，可在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)觸發(fā)外部電路。

3兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器及四個(gè)軟件定時(shí)器可以很方便地為眾多的外部或內(nèi)部事件提供定時(shí)與計(jì)數(shù)功能。所謂軟件定時(shí)器就是對(duì)HSO編程，可以按預(yù)定的時(shí)間產(chǎn)生中斷。

4具有高速運(yùn)算處理器。80C196KC可以采用16EiZ的晶振.其運(yùn)行速度比12MHz的90c196KB快33%，比12MHZ的8096BH快1倍。

53路D/A轉(zhuǎn)換采用脈沖寬度調(diào)制輸出(PWM)，調(diào)制精度為8位，輸出波形為占空比可變的方波，方波可經(jīng)積分后變成直流電平.其電平隨占空比變化有256級(jí)輸出。

6有16位WATCHDOG監(jiān)視定時(shí)器，用于監(jiān)視軟件運(yùn)行是否發(fā)生故障，當(dāng)系統(tǒng)由于干擾或其它擾動(dòng)導(dǎo)致軟件運(yùn)行紊亂時(shí)，它能夠使系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。

7有高速數(shù)據(jù)交換能力。支持DMA(直接存儲(chǔ)器存取)方式數(shù)據(jù)交換和PTS方式數(shù)據(jù)交換。

(二)測(cè)控單元的組成

80C196KC基本處理模塊主要由80C196KCl6位中央處理器、128Kbyte程序存儲(chǔ)器EPROM，64Kbyte數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM，16Kbyte的存儲(chǔ)器EEPROM及譯碼電路組成;電流型互感器模塊完成將100V，5A的電壓電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為+2.5mA的弱電信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)變換.放大濾波變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送入多路模擬開關(guān)，在CPU的控制下依次A/D轉(zhuǎn)抉，將現(xiàn)場(chǎng)輸入的模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量，供CPU處理。頻率檢測(cè)模塊對(duì)輸入的交流正弦信號(hào)進(jìn)行整形變成主波信號(hào)，輸入CPU的高速輸入口，通過測(cè)量跳變的周期測(cè)量頻率及進(jìn)行頻率跟蹤。遙信、遙脈輸入光藕隔離電路完成信號(hào)變換及隔離功能，支持220V/110V/24V直流電壓信號(hào)輸入。鍵盤顯示模塊提供人機(jī)交互功能.采用薄膜鍵盤和帶背光的 128*64的點(diǎn)陣式液晶.屏幕一屏可顯示16×8個(gè)英文字母或8×4個(gè)漢字。

為了滿足不同應(yīng)用的需要，本裝置設(shè)計(jì)有5路通信接口：其中2路為冗余設(shè)計(jì)的CAN總線接口，用于與通信控制單元通信;1路光纖通信接口，用于與通信控制單元的通信或與智能設(shè)備通信;1路RS485接口，用于支持裝置與總控單元的通信或與智能設(shè)各通信;l路為RS232接口.用于支持裝置的組態(tài)功能，所有的通信接口均通過高速光藕進(jìn)行光電隔離。

在繼電器驅(qū)動(dòng)電路中采用了一些保護(hù)措施，防止在分合直流電源時(shí)引起邏輯電路紊亂而造成繼電器誤動(dòng)作，并在驅(qū)動(dòng)電路與繼電器之間加光電隔離，以提高抗干擾能力。本裝置還采用自檢閉錟功能和放電回路，防止由于硬件錯(cuò)誤。