浅谈变电站数据监测系统的设计

关键词：基础产业人民关系电力

随着我国经济的快速发展, 我国的电力行业取得了突飞猛进的发展。电力工业作为国民经济的基础产业, 它为我国各行各业提供电力, 电力输送的正常运行关系到国家、人民生命财产的安全, 关系到人民群众的切身利益, 关系到国民经济持续、健康、有效发展, 关系到国家和社会的稳定。因为, 变电站的可靠运行是保证正常供电的前提, 所以, 对变电站的运行状态进行监视是非常必要的。

在对变电站的运行状态进行监视过程中, 由于人为因素等容易造成误操作的发生, 这对变电站的安全运行存在着一个很大的安全隐患。因此为了保持变电站的安全稳定运行, 变电站必须要有一套能够自动进行数据监测的系统, 来对变电站的运行情况进行监测。

1 数据采集通道设计

数据采集的主要过程是:模拟量输入→电压形成→低通滤波→采样保持→多路转换开关→模数转化器→CPU处理器, 从而实现数据的采集。在数据采集系统中, 除了正确的选择A/D转换器, 还要注意正确选择多路转换开关、采样/保持、缓冲放大器及接口电路。

1.1 电压、电流的采集电路

下面简要对电压、电流的采集电路, 低通滤波器做简要的介绍。

(1) 电流互感器和电压互感器。数据采集端应采用电流准确等级为0.1的电流互感器和电压准确等级为0.1的电压互感器。电流互感器是由两个相互绝缘的线圈与公共铁芯组合而成, 用来变换电流。使用电流互感器时应注意, 电流互感器的极性应正确连接, 只有当极性正确连接时, 电流互感器的测量数据才能够正确指示;此外, 运行中的电流互感器的二次线圈不允许开路;与此同时, 电流互感器二次线圈应可靠接地, 这是为了防止当电流互感器一次与二次线圈之间的绝缘击穿时, 二次回路串入高电压而危及人身安全和损坏设备。电压互感器同电流互感器的结构基本相同, 它也是由相互绝缘的一次, 二次线圈绕在公共的闭合铁芯上组成的。电压互感器在投入使用前, 要按照有关规定进行试验;安装时应按要求的相序进行接线;单相电压互感器组应正确连接极性;电压互感器二次侧不允许短路;电压互感器应该可靠接地, 以保证仪表设备和工作人员的安全。

(2) 低通滤波电路。所谓滤波器是一种能使有用频率信号通过同时抑制无用频率信号通过的一种电子装置。工程上, 滤波器常被用作信号处理、数据传送和抑制干扰等。集成运算放大器在有源RC滤波电路中作为高增益有源器件使用时, 可组成无限增益多反馈环型有源滤波电路;当作为有限增益有源器件使用时, 则可组成压控电压源滤波电路VCVS。低通滤波电路原理是由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成, 其中同相比例放大电路实际上就是所谓的压控电压源。其特点是输入阻抗高, 输出阻抗低。

1.2 采样/保持电路

所谓采样, 是将一个在时间上连续变化的模拟量转换为时间上断续变化的模拟量。所谓保持, 就是将采样得到的模拟量值保持下来, 即是说, s (t) =0期间, 使输出不是0, 而是等于采样控制脉冲存在的最后瞬间的采样值。

LF398是一种常用的采样保持电路, 此电路主要由两只高性能的运算放大器A1, A2构成的跟随器组成。其中A2是典型的跟随器接法, 其反向端直接与输出端相连。由于运算放大器的开环放大倍数极高, 两个输入端之间的电位差实际为零, 所以输出端对地电压能跟踪输入端对地电压, 也就是保持电容两端的电压。A1的接法和A2实际上相同, 在采样状态 (即开关接通) 时, 其反向输入端从输出端经电阻R获得负反馈, 使输出跟踪输入电压。在保持状态 (即开关断开) 时, A2的输出电压不在变化, 但模拟量输入仍在变化, A1不能再从A2的输出端获得负反馈, 为此在A1的输出端和反向输入端之间跨接了两个反向并联的二极管, 配合电阻R起到隔离第二级输出与第一级的联系, 而直接从A1的输出端经过二级管获得负反馈, 以防止A1进入饱和区。

2 最小系统的设计

国际市场上有众多的单片机, 应用较广、影响较大的应属MCS-51系列单片机。本系统所选用的8031芯片隶属于MCS-51中的8051子系列。

3 电源的设计

电源设计的原理图如图1所示。由图1可知, 电源设计中采用了一块稳压芯片78L05, 它可以将一定电压范围的交流电压转换为+5v的直流电压。此外, 在电源设计中还增加了一个掉电保护检测电路, 下面简要介绍一下掉电保护的有关问题。

在单片机正常工作时, 如果供电电源发生停电或瞬间停电, 将会使单片机停止工作。待电源恢复时, 单片机重新进入复位状态, 因此, 为保持单片机在掉电时仍能工作, 需要对其进行掉电保护处理。掉电保护的工作原理是:掉电时, 先将外部R A M中的数据存入内部RAM, 用备用电源为R A M供电, 等待电源恢复, 待电源恢复时, 单片机重新开始正常工作。

电源中的检测电路的工作原理:用两个二极管把检测电路与稳压器前面的滤波电容隔离开。当电路短路时, 交流电压下降至零, 使晶体三极管Q1截止, 其输出电平变高, 因此在B点产生一个中断信号。R2用来限制Q1的基极电流, 电容器C1用以滤除加至Q1的交流电半周期脉冲, C1的数值取决与电源的保持时间、R1和R2的阻值以及交流电断电与断电信号触发之间所需的延时。