變電站綜合自動(dòng)化中監控系統的硬件設計研究

　　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)和遠動(dòng)技術(shù)發(fā)展到一定程度的基礎上，為使變電站二次設備更合理、有效地運行而提出的一種變電站自動(dòng)化模式。變電站綜合自動(dòng)化系統除了實(shí)現對現場(chǎng)的監測、控制和保護之外。更重要的是能實(shí)現當地和遠方對現場(chǎng)的監控、調節和保護。

　　二、變電站綜合自動(dòng)化中的測控系統的功能要求

　　(一)遙信功能。遙信功能通常用于測量下列信號開(kāi)關(guān)的位置信號、變壓器內部故障綜合信號保護裝置的動(dòng)作信號、通信設備運行狀況信號、調壓變壓器抽頭位置信號、自動(dòng)調節裝置的運行狀態(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(wú)功采集、線(xiàn)路的有功功率采集、母線(xiàn)電壓和線(xiàn)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)遙調功能。遙調常用于有載調壓變壓器抽頭的升、降調節和其它可采用一組繼電器控制的、具有分級升降功能的場(chǎng)合。

　　三、測控系統硬件設計研究

　　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(dòng)化特點(diǎn)及變電站綜合自動(dòng)化的發(fā)展對測控單元的要求，結合電子元器件發(fā)展、通信技術(shù)的進(jìn)步和其它新技術(shù)的出現，提出了新型線(xiàn)路測控單元的模塊化硬件設計方案。

　　線(xiàn)路單元測控裝置的硬件構成主要包括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(kāi)關(guān)、A／D轉換電路、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(xiàn)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，是目前應用最廣泛的16位單片機，具有以下特點(diǎn)：

　　1　廢除了CPU的累加器(ACC)與算術(shù)邏輯運算部件(ALU)的傳統結構，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(zhuān)用寄存器和256字節的附加RAM。OOH—017H是專(zhuān)用寄存器區。018H—OFFH是寄存器陣列．可由RALU直接訪(fǎng)問(wèn)。IOOH—1FFH是附加的256字節RAM．這些RAM通過(guò)“垂直寄存器窗”結構，也可以作為寄存器由RALU直接訪(fǎng)問(wèn)，因而給程序設計帶來(lái)很大方便。

　　2　特殊功能寄存器直接控制I／O口，實(shí)現了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，可在預定的時(shí)間內觸發(fā)外部電路。

　　3　兩個(gè)16位定時(shí)／計數器及四個(gè)軟件定時(shí)器可以很方便地為眾多的外部或內部事件提供定時(shí)與計數功能。所謂軟件定時(shí)器就是對HSO編程，可以按預定的時(shí)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。

　　5　3路D／A轉換采用脈沖寬度調制輸出(PWM)，調制精度為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監視定時(shí)器，用于監視軟件運行是否發(fā)生故障，當系統由于干擾或其它擾動(dòng)導致軟件運行紊亂時(shí)，它能夠使系統自動(dòng)復位。

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

　　(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數據存儲器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的電壓電流信號轉化為+2.5mA的弱電信號，經(jīng)過(guò)信號變換．放大濾波變成標準信號送入多路模擬開(kāi)關(guān)，在CPU的控制下依次A／D轉抉，將現場(chǎng)輸入的模擬量轉變成數字量，供CPU處理。頻率檢測模塊對輸入的交流正弦信號進(jìn)行整形變成主波信號，輸入CPU的高速輸入口，通過(guò)測量跳變的周期測量頻率及進(jìn)行頻率跟蹤。遙信、遙脈輸入光藕隔離電路完成信號變換及隔離功能，支持220V／110V／24V直流電壓信號輸入。鍵盤(pán)顯示模塊提供人機交互功能．采用薄膜鍵盤(pán)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(mǎn)足不同應用的需要，本裝置設計有5路通信接口：其中2路為冗余設計的CAN總線(xiàn)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(guò)高速光藕進(jìn)行光電隔離。

　　在繼電器驅動(dòng)電路中采用了一些保護措施，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，防止由于硬件錯誤。