變電站地電位自動(dòng)檢測裝置的研究和設計

摘要：為了實(shí)現變電站地電位自動(dòng)監測系統，采用PC、單片機、光耦、電話(huà)線(xiàn)等設備組成自動(dòng)檢測系統，當地電位異常時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)電路工作，采集、記錄電位變化情況并上傳至變電站中心控制室，在PC中保存地電位數據、繪制曲線(xiàn)，同時(shí)對串行數據通信設計了一種斬波式串行數據通信接口，使數據傳輸與遠端電路饋電、話(huà)音(電話(huà))傳送共線(xiàn)，通過(guò)在變電站中的實(shí)驗，得到監測系統可應用于變電站地電位自動(dòng)檢測的結果，同時(shí)為以后無(wú)線(xiàn)監測做好可能性的準備。
關(guān)鍵詞：變電站；地電位；自動(dòng)監測系統；斬波器；數據通信

0 引言
變電站地電位自動(dòng)監測裝置(以下簡(jiǎn)稱(chēng)為裝置)應用于變電站地電位的無(wú)人值守自動(dòng)監測與記錄，尤其是當輸電系統發(fā)生故障、雷擊時(shí)地電位變化過(guò)程的記錄，以便為電力系統運行、故障診斷、變電設施的設計改進(jìn)等系列工作提供分析依據。根據某電力部門(mén)所擬定的設計任務(wù)和要求，本課題所研制的裝置主要功能分為兩大部分：在線(xiàn)監測站內地電位，當監測值達到預先設定的閾值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)采集記錄電路，并將所記錄的數據通過(guò)串行總線(xiàn)發(fā)送到附近中心控制室的PC上，PC接收數據以文件形式存盤(pán)并在屏幕上繪制出由該數據形成的變化過(guò)程曲線(xiàn)；通過(guò)一個(gè)光電式高壓隔離電話(huà)接口與外界固定電話(huà)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行信息交流(包括平常的電話(huà)使用和Internet網(wǎng)絡(luò )應用)，隔離接口主要為了防止變電站內電位異常升高時(shí)會(huì )將異常高壓引到電信線(xiàn)路上。為求簡(jiǎn)捷方便且節省投資，電話(huà)通信線(xiàn)路與監檢系統本身上、下位機間的數據通信線(xiàn)路共用，且僅用兩線(xiàn)制普通電話(huà)線(xiàn)(采用原來(lái)敷設好的電話(huà)線(xiàn)，不再另外增加工程)，電話(huà)的使用與平常使用方法、操作習慣相同，在啟動(dòng)監測電路時(shí)能自動(dòng)轉換為傳輸監測數據。

1 裝置的組成框圖及基本工作過(guò)程
組成框圖如圖1所示，主要由外側電話(huà)接口、內側電話(huà)接口、通信接口、數據采集電路、光纖、傳感器、PC等部分組成，總體工作的基本過(guò)程簡(jiǎn)述如下：

(1)數據傳送狀態(tài)。設計一個(gè)監測電路，用以監測傳感器提供的“當量地電位”，只有在監測到“當量地電位”達到某一指定的閾值時(shí)，才自動(dòng)啟動(dòng)A／D采集電路，這時(shí)單片機采集地電位數據并存入數據存儲器，隨后將數據包通過(guò)數據通信接口和變電站內部的通信線(xiàn)路(普通電話(huà)線(xiàn))上傳送入PC，PC在接收數據串時(shí)在屏幕上畫(huà)出時(shí)域波形，同時(shí)將數據以文件形式存盤(pán)以便事后重新觀(guān)察分析數據和繪制波形曲線(xiàn)。在數據上傳的過(guò)程中，由單片機控制自動(dòng)切斷內側電話(huà)接口，使得站內電話(huà)線(xiàn)路與電話(huà)外線(xiàn)斷開(kāi)，以達到傳送數據時(shí)電話(huà)內線(xiàn)與電話(huà)外線(xiàn)無(wú)任何聯(lián)系的目的，即數據通信具有高級別權限。
上位單片機設置了兩個(gè)按鈕，用于輸入兩個(gè)命令：“上傳”和“調試”。“上傳”命令能使數據采集系統所采集到的數據重新上傳一遍，“調試”命令能使數據采集系統自動(dòng)產(chǎn)生一組三角波數據并上傳，其目的在于平時(shí)可以檢驗上下位單片機、通信接口、上傳線(xiàn)路、接收系統的工作是否正常。
(2)常態(tài)。通常狀態(tài)下，數據采集電路(下位單片機系統)沒(méi)有投入工作，而上位單片機系統處于工作狀態(tài)，它隨時(shí)監測內部電話(huà)機的提機／掛機狀態(tài)，一旦檢測到有效的提機信號，即刻向下位單片機發(fā)出信息，這時(shí)下位單片機控制接通內側電話(huà)接口，內側電話(huà)接口開(kāi)始工作并通過(guò)光纖向外側電話(huà)接口送“呼出”信號，于是外側電話(huà)接口自動(dòng)實(shí)現模擬提機，這樣就接通了外部電話(huà)線(xiàn)與內部電話(huà)機的音頻信號通路，內部電話(huà)機就可以象普通電話(huà)一樣與外界通信，包括DTMF撥號和語(yǔ)音通話(huà)。