全絕緣母線監(jiān)測數(shù)據(jù)集中單元設(shè)計

陳曉紅 趙銳 李開燦

引言：變電站全絕緣母線連接處會因電磨損、機械操作和短路電動力引起的機械振動等原因，使接觸條件惡化，接觸電阻增加，引起接觸點的溫度升高，加劇接觸表面的氧化，氧化的結(jié)果又導(dǎo)致接觸電阻上升，形成惡性循環(huán)，最后，由于高溫的影響有可能使相鄰的絕緣部件性能劣化，甚至擊穿，危害母線的安全運行，因而需要對全絕緣母線連接處進(jìn)行溫度監(jiān)測。通過對母線接頭溫度實時監(jiān)測作出早期預(yù)警，提高母線的智能化水平和運行的安全性是十分必要的。

一、系統(tǒng)設(shè)計方案和結(jié)構(gòu)

1.1系統(tǒng)設(shè)計方案

本方案采用分布式無線測量技術(shù)，在每條母線接頭處預(yù)埋溫度測量傳感器，利用總線技術(shù)把這些傳感器連接在一起，由TMU參數(shù)測量單元啟動總線上傳感器進(jìn)行溫度測量和數(shù)據(jù)讀取，采集的溫度數(shù)據(jù)利用無線發(fā)出，由TCU監(jiān)測數(shù)據(jù)集中單元接收、存儲，通過RS-485傳到監(jiān)控中心。其中TMU參數(shù)測量單元采用電池供電（每年母線系統(tǒng)檢修的時跟換新電池）。 1.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本方案系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下：

二、TCU監(jiān)測數(shù)據(jù)集中單元硬件實現(xiàn)

2.1集中單元硬件功能框圖

本系統(tǒng)微處理器主要的作用是無線接收子站上發(fā)的溫度采集數(shù)據(jù)，然后存儲，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)（轉(zhuǎn)發(fā)主要指，把每個無線采集點上傳的數(shù)據(jù)，重新打包封裝，上傳給主站），同時也轉(zhuǎn)發(fā)主站對每溫度采集點的參數(shù)設(shè)置。本系統(tǒng)也擴展了人機操作功能，方便工作人員現(xiàn)場瀏覽查詢溫度采集情況，這樣TCU監(jiān)測數(shù)據(jù)集中單元硬件框圖為：

2.2監(jiān)測數(shù)據(jù)集中單元電源選擇

本系統(tǒng)工作在變電站，因此要考慮交直流供電，一般選擇寬溫開關(guān)電源模塊（AC-DC）即可。技術(shù)指標(biāo)：輸入電壓：AC220V±15%，50Hz或DC220V±20%，輸出：+5V/+12V；本系統(tǒng)采用FAD10-05V/12-WFCI（Vin：85---265VAC）電源模塊。

2.3無線數(shù)據(jù)傳輸單元

無線數(shù)據(jù)傳輸模塊選用上海桑博電子科技有限公司的SM63小體積低功耗無線模塊。該無線模塊為透明傳輸，和TMU測量單元無線模塊配置一致即可。無障礙傳輸距離800米。

滿足系統(tǒng)工作需求。

2.4監(jiān)測數(shù)據(jù)集中單元RS-485接口設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計兩個上行RS485通訊接口，兩個功能完全一樣。主要目的一主一輔，當(dāng)一個出現(xiàn)故障時，可以用另一個工作，這種設(shè)計提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。RS-485通訊接口和主CPU間用光電隔離。為節(jié)約成本用普通的光電耦合器隔離，但外圍電路稍加變動，依然可以可靠工作在很高的速率上。

RS-485總線通常結(jié)構(gòu)簡單，使用便捷，在工業(yè)控制上大量使用，但有時不穩(wěn)定，給很多系統(tǒng)帶來困擾，為保證RS-485穩(wěn)定工作，分別可以在總線A、B加上拉和下來，同時增加6.8V穩(wěn)壓管，保證電平在有效范圍內(nèi)。當(dāng)然為防止雷擊等意外干擾，在總線有時要適當(dāng)?shù)募覶VS和自恢復(fù)保險等器件，一般根據(jù)現(xiàn)場實際情況自己決定。

2.5監(jiān)測數(shù)據(jù)集中單元時鐘和存儲單元

時鐘選擇RX-8025芯片，內(nèi)置時鐘晶體，時鐘誤差小，兩線操作，接口簡單。

存儲器選擇ST公司45PE16V，16M位，每頁256字節(jié)，總共8192頁。滿足一年內(nèi)的數(shù)據(jù)存儲需求。

2.6監(jiān)測數(shù)據(jù)集中單元CPU單元

選擇MICROCHIP公司16位的PIC24FJ128GA106單片機，16K數(shù)據(jù)存儲器、128K內(nèi)部程序存儲器，同時具有多達(dá)4個硬件串口，這樣外圍只要增加少許電路就可以滿足系統(tǒng)工作需求。同時該芯片支持IO口功能重新映射，比如串口功能口，可以根據(jù)需要定義在不同的口線上（當(dāng)然指特定功能的口線上。不是任意的），所以在制作PCB板時就非常靈活。該芯片主要功能大致如下：

2.7監(jiān)測數(shù)據(jù)集中單元人機接口

A、顯示單元：192*68液晶顯示和按鍵接口：

這個設(shè)計方案簡單使用，但是顯示驅(qū)動需要自己重新設(shè)計，開發(fā)周期長。工作量大。

B、選用顯示模塊LJD-ZN-4300KⅡ：

LJD-ZN-4300KⅡ是由北京藍(lán)海微芯開發(fā)的顯示模塊，通過串口控制的彩屏顯示模塊。

使用簡單，只要用RS-232控制顯示即可，因為是彩屏顯示，所以圖形界面可以做的很漂亮。當(dāng)然成本上稍貴些。

總結(jié)

以上是關(guān)于TCU監(jiān)測數(shù)據(jù)集中單元的硬件設(shè)計，本系統(tǒng)設(shè)計也考慮以后的擴展功能，增加6組繼電器輸出，可以作為報警輸出等。在整個系統(tǒng)調(diào)試中遇到一些硬件設(shè)計上問題，經(jīng)過長時間老化測試，目前已經(jīng)可以穩(wěn)定工作，達(dá)到初步預(yù)期設(shè)計目標(biāo)，當(dāng)然還有一些不足，等在實際應(yīng)用中慢慢去升級改動。

作者簡介

陳曉紅（1968.2）女 高級工程師 電氣工程專業(yè)

趙銳（1982.1）男 工程師 電氣工程及其自動化專業(yè)

李開燦（1983.11）女 工程師 電氣工程及其自動化專業(yè)

（作者單位：濟(jì)寧供電公司）