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

一、引言

變電站綜合自動化是在微處理技術(shù)、自動控制技術(shù)和遠動技術(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、有效地運行而提出的一種變電站自動化模式。變電站綜合自動化系統(tǒng)除了實現(xiàn)對現(xiàn)場的監(jiān)測、控制和保護之外。更重要的是能實現(xiàn)當?shù)睾瓦h方對現(xiàn)場的監(jiān)控、調(diào)節(jié)和保護。

二、變電站綜合自動化中的測控系統(tǒng)的功能要求

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

(二)j噩測功能。遙測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、具有分級升降功能的場合。

三、測控系統(tǒng)硬件設(shè)計研究

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

線路單元測控裝置的硬件構(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位單片機系列的第三代產(chǎn)品，是目前應(yīng)用最廣泛的16位單片機，具有以下特點：

1廢除了CPU的累加器(ACC)與算術(shù)邏輯運算部件(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)計帶來很大方便。

2特殊功能寄存器直接控制I/O口，實現(xiàn)了I/O口的高速輸入與高速輸出。四個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)生時間(時鐘頻率為16MHZ);六個高速輸出口，可在預(yù)定的時間內(nèi)觸發(fā)外部電路。

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

4具有高速運算處理器。80C196KC可以采用16EiZ的晶振.其運行速度比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級輸出。

6有16位WATCHDOG監(jiān)視定時器，用于監(jiān)視軟件運行是否發(fā)生故障，當系統(tǒng)由于干擾或其它擾動導(dǎo)致軟件運行紊亂時，它能夠使系統(tǒng)自動復(fù)位。

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

(二)測控單元的組成

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

為了滿足不同應(yīng)用的需要，本裝置設(shè)計有5路通信接口：其中2路為冗余設(shè)計的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行光電隔離。

在繼電器驅(qū)動電路中采用了一些保護措施，防止在分合直流電源時引起邏輯電路紊亂而造成繼電器誤動作，并在驅(qū)動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，防止由于硬件錯誤。