劉瑩

摘要：為了保證電力系統(tǒng)的安全可靠性，發(fā)電廠、變電所、開(kāi)閉站（所）內(nèi)的保護(hù)裝置、繼電器、跳合閘開(kāi)關(guān)等的工作電源均采用有蓄電池貯能的直流電源。該直流電源發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，電力行業(yè)規(guī)程規(guī)定必須盡快找出接地線路與接地點(diǎn);否則，若發(fā)生第二點(diǎn)接地，可能造成繼電器或保護(hù)裝置誤動(dòng)作或拒動(dòng)作，釀成重大事故。因此，直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測(cè)，對(duì)直流系統(tǒng)及整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，起著至關(guān)重要的作用。由于直流系統(tǒng)接線復(fù)雜、分支多，給接地選線造成一定困難。在中國(guó)，電力行業(yè)有關(guān)研究人員做了大量工作，已研制出一些自動(dòng)監(jiān)控裝置。直流供電系統(tǒng)故障在線監(jiān)測(cè)裝置工作原理，主要分為兩種方法。第一種方法是用歐姆定理直接計(jì)算，這種方法比較理想化，不需向直流系統(tǒng)注入信號(hào)，且不受線路對(duì)地電容的影響，但易發(fā)生剩磁變化，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)裝置零點(diǎn)漂移。第二種方法采用直流母線上注入低頻交流信號(hào)的方法，這種方法受線路對(duì)地電容的影響較大，而很多廠家在電源與大地間接抗干擾電容，使得支路電容增大，造成這種方法監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)。電力自動(dòng)化系統(tǒng)中直流供電電源的分布式監(jiān)控技術(shù)的工作原理為第一種方法。

關(guān)鍵詞：電力自動(dòng)化系統(tǒng);直流供電電源;監(jiān)控技術(shù)

引言：電力自動(dòng)化系統(tǒng)中直流供電電源分布式監(jiān)控系統(tǒng)，是一種用于監(jiān)測(cè)多支路直流供電系統(tǒng)中接地、過(guò)壓、欠壓等故障的技術(shù)。裝設(shè)直流供電電源分布式監(jiān)控系統(tǒng)后，可實(shí)時(shí)監(jiān)控直流電源設(shè)備的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，實(shí)現(xiàn)前瞻式管理，確保后備電源系統(tǒng)可靠、安全、高效運(yùn)行，并且可以減少人工檢測(cè)因誤操作可能引起的設(shè)備損害。電力自動(dòng)化系統(tǒng)中直流供電電源分布式監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用將大幅度提高直流電源設(shè)備的管理和維護(hù)。通過(guò)對(duì)該技術(shù)設(shè)備的研究設(shè)計(jì)，筆者希望對(duì)保證我國(guó)電力系統(tǒng)的安全可靠性，加強(qiáng)對(duì)直流系統(tǒng)絕緣在線監(jiān)測(cè)，確保直流系統(tǒng)及整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，避免釀成重大事故，切實(shí)確保廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的安全穩(wěn)定發(fā)展做出有益貢獻(xiàn)。

1.裝置的工作原理

目前通信程控機(jī)房及無(wú)人值守中繼站、電站控制操作機(jī)構(gòu)的直流備用電源等都采用蓄電池組作為直流備用電源。而避免采用直流電源的相關(guān)裝置發(fā)生意外，產(chǎn)生事故就是分布式監(jiān)控技術(shù)監(jiān)控的主要項(xiàng)目。該技術(shù)采用軟件磁調(diào)制工作原理，軟件自動(dòng)跟蹤傳感器輸出電流的變化，進(jìn)行及時(shí)校正。首先，通過(guò)檢測(cè)正、負(fù)母線電壓值，判斷系統(tǒng)工作狀態(tài)。若系統(tǒng)母線電壓出現(xiàn)異常，裝置內(nèi)平衡電阻橋失去平衡，裝置自動(dòng)啟動(dòng)，開(kāi)始巡檢各智能傳感器輸出的數(shù)字信號(hào)。智能傳感器用于檢測(cè)各支路不平衡負(fù)載電流，采用軟件磁調(diào)制技術(shù)，傳感器輸出直流信號(hào)，經(jīng)內(nèi)部放大電路對(duì)直流信號(hào)進(jìn)行放大。設(shè)有雙重振蕩電路，對(duì)傳感器一側(cè)受電流沖擊后的剩磁進(jìn)行消磁。通過(guò)DSP數(shù)字傳輸技術(shù)把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)后與主機(jī)進(jìn)行傳輸。傳感器套穿在各路主流回路的正負(fù)母線上。當(dāng)回路絕緣水平正常時(shí)，穿過(guò)傳感器的直流電流大小相等，方向相反。此時(shí)傳感器中的合成直流磁場(chǎng)為零，其輸出也就為零，當(dāng)回路中出現(xiàn)合成直流電流時(shí)，輸出就不為零。因此，主機(jī)通過(guò)巡回檢測(cè)各回路傳感器的輸出是否為零，來(lái)判定直流系統(tǒng)接地故障回路。通過(guò)傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障識(shí)別后，完成故障信息處理與報(bào)警。

2.基于TMS320F240的系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)組成

直流系統(tǒng)自動(dòng)化監(jiān)控裝置的結(jié)構(gòu)采用TMS320F240、PSD813F組成主控電路，程序RAM和數(shù)據(jù)RAM均選用CY7C199（32K）。采用霍爾效應(yīng)傳感器檢測(cè)兩段母線的四路母線電壓，由256個(gè)智能傳感器檢測(cè)256路支路負(fù)載的工作狀態(tài)，主機(jī)與各智能傳感器通過(guò)RS485總線網(wǎng)相連接。在通信模塊，主控電路通過(guò)M（）DEM與公共交換線PSEN連接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。同時(shí)，主控電路還通過(guò)485總線與監(jiān)控中心主機(jī)交換數(shù)據(jù)。此外，該技術(shù)還擴(kuò)展一個(gè)觸摸式3×3陣列按鍵、漢字液晶顯示控制接口芯片、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片、報(bào)警電路、檢測(cè)控制電路、顯示燈電路、手動(dòng)復(fù)位電路等。觸摸式按鍵用于菜單選擇和手工輸入設(shè)置參數(shù)。漢字液晶顯示控制接口芯片選用T6963C，可顯示240×128點(diǎn)陣。實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片選用DSl302串行時(shí)鐘芯片，可對(duì)秒、分、時(shí)、日、周、月以及帶閏年補(bǔ)償?shù)哪赀M(jìn)行計(jì)數(shù)。報(bào)警電路用于對(duì)直流供電系統(tǒng)出現(xiàn)的一段母線或二段母線過(guò)壓、欠壓、接地等6種情況進(jìn)行及時(shí)報(bào)警。檢測(cè)控制電路用于選擇兩段母線4路A/D信號(hào)中的兩路A/D信號(hào)。顯示燈電路共有12個(gè)顯示燈，分別顯示一、二段母線過(guò)壓、欠壓、接地、裝置運(yùn)行正常、裝置有故障、裝置處于通信狀態(tài)、系統(tǒng)接地、裝置內(nèi)電源正常、傳感器電源正常等12種狀態(tài)。手動(dòng)復(fù)位電路使用戶可通過(guò)觸摸式薄膜按鍵方便地對(duì)裝置進(jìn)行復(fù)位操作。

2.2DSP與RAM的接口

TMS320F240是TI公司專(zhuān)為數(shù)字電機(jī)控制應(yīng)用而推出的高性能16位定點(diǎn)運(yùn)算數(shù)字信號(hào)處理（DSP）芯片[，包含看門(mén)狗定時(shí)器、實(shí)時(shí)中斷定時(shí)器和串行通信接口（SCI），并集成了兩組8路10位的A/D轉(zhuǎn)換器和事件管理模塊等外圍設(shè)備。該技術(shù)利用DSP的雙通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器同時(shí)進(jìn)行兩段母線電壓的檢測(cè)，并設(shè)有雙通道測(cè)試口，以提高裝置的可靠性。DSP外接程序RAM和數(shù)據(jù)RAM芯片CY7C199。DSP的SCI通信口用作與RS485、RS242通信。DSP的定時(shí)器不僅對(duì)裝置進(jìn)行不同的定時(shí)，也為串并轉(zhuǎn)換通信接口電路提供了不同的時(shí)鐘。另外，DSP芯片還直接控制漢字液晶顯示芯片和實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。

2.3PSD控制器WSI公司的可編程單片機(jī)通用外圍接口

芯片（PSD）將單片機(jī)所需的多個(gè)外圍器件集成在一個(gè)芯片中，與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)所謂無(wú)縫連接，顯著提高了系統(tǒng)的可靠性。作為PSD系列中的新成員，PSD813的閃速存儲(chǔ)器和可編程邏輯具有在線可編程特性，集成了優(yōu)化的“微控制器宏單元”邏輯結(jié)構(gòu)，并允許系統(tǒng)地址/數(shù)據(jù)總線與PSD內(nèi)部寄存器直接相連，簡(jiǎn)化了MCU和其外部器件之間的通信。PSD813用于實(shí)現(xiàn)DSP外圍電路功能，選用PSD813進(jìn)行I/O重建、擴(kuò)展控制器地址空間、外部芯片選擇、邏輯組合實(shí)現(xiàn)DSP中斷等以往較為復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)。PSD813芯片通過(guò)Abel語(yǔ)言進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。該技術(shù)在PSD813硬件的基礎(chǔ)上，采用專(zhuān)用的開(kāi)發(fā)軟件PSDsoft進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。PSDsoft是一套在Windows環(huán)境下運(yùn)行的軟件工具，運(yùn)用可視化技術(shù)進(jìn)行編程，具有方便的人機(jī)交互功能[1]。在PSDsoft軟件環(huán)境下，PSD813器件的開(kāi)發(fā)主要包括Abel文件的編寫(xiě)、硬件特性的配置以及目標(biāo)文件的寫(xiě)入等。結(jié)合Abel文件，其Abel語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)功能如下：PSD的PA口作為數(shù)據(jù)口;通過(guò)PSD的PBEl，該技術(shù)擴(kuò)展了一個(gè)觸摸式功能按鍵.可使用戶方便地進(jìn)行菜單選擇和參數(shù)設(shè)置，按鍵處理采用中斷方式;8251發(fā)送和接收數(shù)據(jù)也采用中斷方式;PSD還提供了數(shù)據(jù)RAM、8251、LCD的片選信號(hào)以及I/O口。

2.4通訊電路

首先，智能傳感器總線網(wǎng)。智能傳感器與絕緣監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)485總線網(wǎng)相連接。485總線的串行數(shù)據(jù)線接DSP的SCI串行通訊口，由DSP的I/O口控制收發(fā)。1個(gè)收發(fā)芯片的A1、B1可連接32個(gè)智能傳感器，4個(gè)收發(fā)芯片至多連接256個(gè)智能傳感器。另外，與監(jiān)控中心主機(jī)的通訊。監(jiān)控中心主機(jī)與絕緣監(jiān)測(cè)裝置通過(guò)422總線網(wǎng)相連接。在DSP主控板電路中，用8251串并轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)DSP并口1數(shù)據(jù)與1482串行數(shù)據(jù)的交換，由MAXl482實(shí)現(xiàn)422總線收發(fā)驅(qū)動(dòng)[2]。

結(jié)論：

簡(jiǎn)而言之，在采用直流電源的發(fā)電廠、變電所等電力設(shè)施中，存在因直流電源發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)因找不出接地線路與接地點(diǎn)，從而造成直流電源二點(diǎn)接地釀成事故的現(xiàn)象。而電力自動(dòng)化系統(tǒng)中直流供電電源分布式監(jiān)控系統(tǒng)，則是一種用于監(jiān)測(cè)多支路直流供電系統(tǒng)中接地、過(guò)壓、欠壓等故障的技術(shù)。通過(guò)這種裝置技術(shù)，可以有效的對(duì)電力設(shè)施中的相關(guān)裝置進(jìn)行檢測(cè)，從而避免電力事故發(fā)生。

參考文獻(xiàn)：

[1]王平洋編.現(xiàn)代電力系統(tǒng)自動(dòng)化與電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用與發(fā)展[M].水利電力出版社，2019年版.

[2]裴瑋，鄧衛(wèi)，孔力，齊智平，盛鹍.分布式發(fā)電環(huán)境下的嵌入式電力負(fù)荷管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2018年第10期.