基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)慕拥仉娮柙诰€遙測(cè)裝置

盧昱磊，李陽(yáng)斌，關(guān)攀飛，余 磊，朱錢(qián)鑫，尹泓江

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局，云南玉溪 653100）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)民經(jīng)濟(jì)對(duì)電網(wǎng)的供電可靠性要求越來(lái)越高。我國(guó)氣候南北差異很大，西南地區(qū)山地較多，雷電頻發(fā)，由于輸電設(shè)備多為桿塔和架空線路且常年裸露于山間野外，雷擊于桿塔或輸電線路而導(dǎo)致的事故時(shí)有發(fā)生，故開(kāi)發(fā)和研究新的設(shè)備可以有效降低桿塔和線路的雷擊率。

1 裝置概況

該裝置是一套專(zhuān)門(mén)針對(duì)智能電網(wǎng)調(diào)度技術(shù)支持系統(tǒng)、變電站、輸電線路以及通信機(jī)房等重要電力設(shè)施的接地電阻在線監(jiān)測(cè)裝置。裝置利用無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、非接觸測(cè)量、地線穿心技術(shù)等高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)變電站、輸電線路、通信機(jī)房等電力設(shè)施的防雷接地的接地電阻值的實(shí)時(shí)檢測(cè)及遠(yuǎn)程監(jiān)控（圖1）。

1.1 系統(tǒng)整體構(gòu)架

圖1 裝置實(shí)況

本系統(tǒng)通過(guò)RS485、RS232、GSM/GPRS 通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，由前端自動(dòng)接地電阻檢測(cè)儀、主通信器（集中器）：GSM/GPRS 收發(fā)裝置、SIM 通信裝置、軟件監(jiān)控裝置、電源適配器以及計(jì)算機(jī)控制終端等部分共同組成，適用于遠(yuǎn)距離接地電阻監(jiān)測(cè)，測(cè)量地不受距離限制（圖2）。

1.2 前端自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備構(gòu)架

圖2 系統(tǒng)拓?fù)?/p>

前端自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備主要由控制系統(tǒng)MCU、信號(hào)發(fā)生模塊、A/D 轉(zhuǎn)換模塊等關(guān)鍵部件組成，本設(shè)備在收到后臺(tái)檢測(cè)指令后，能夠自動(dòng)運(yùn)行，并測(cè)試得到桿塔的電阻值。其構(gòu)架如圖3 所示。

圖3 前端自動(dòng)檢測(cè)裝置構(gòu)架

1.3 信號(hào)發(fā)生模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

信號(hào)發(fā)生模塊產(chǎn)生1 個(gè)頻率為1.678 kHz 的正弦電壓信號(hào)。其基本原理是：對(duì)于9850 芯片，有源晶振的輸入端引腳為CLKIN；串行數(shù)據(jù)輸入端引腳為D7；寫(xiě)時(shí)鐘端引腳為WCLK，WCLK 引腳每輸出一個(gè)上升沿信號(hào)，便將一位串行數(shù)據(jù)輸入到寄存器中；頻率更新控制引腳為FQUD，每完成一次輸出信號(hào)頻率和相位的更新后，便會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿輸出信號(hào)；正弦信號(hào)的輸出引腳為IOUT，產(chǎn)生并輸出一個(gè)正弦信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波后輸入電壓幅值調(diào)整電路。由于AD9850 芯片直接輸出的正弦信號(hào)中會(huì)存在部分的直流偏置信號(hào)，將對(duì)輸出波形產(chǎn)生一定的影響，故需要并聯(lián)一個(gè)濾波電容C134，以濾除輸出信號(hào)中的直流偏置干擾信號(hào)，從而得到標(biāo)準(zhǔn)的正弦信號(hào)（圖4）。

1.4 電流處理電路設(shè)計(jì)

圖4 信號(hào)發(fā)生模塊

輸電線路周?chē)休^強(qiáng)的的電磁場(chǎng)，對(duì)監(jiān)測(cè)儀的干擾很大，故選用帶通濾波器來(lái)濾除干擾，由電阻R25，R28，R72，R73，R23 和電容C5，C7 及放大器U8A 組成多重反饋帶通濾波器（圖5）。

1.5 交直流轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì)

把正弦交流信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合A/D 轉(zhuǎn)換電路的直流電壓信號(hào)才能輸入A/D 轉(zhuǎn)換電路中，采用線性整流電路將交直流轉(zhuǎn)換，能大大提高轉(zhuǎn)換精確度。

A/D 轉(zhuǎn)換模塊芯片設(shè)計(jì)如圖6 所示，參考電壓輸入端為VreI 引腳，在IN+引腳中輸入模擬信號(hào)；片選端引腳為CS/SHDN，當(dāng)輸出信號(hào)為低電平時(shí)，芯片運(yùn)行在工作狀態(tài)下，高電平時(shí)運(yùn)行在掉電狀態(tài)下；串行數(shù)據(jù)的輸出引腳為Dout，用來(lái)輸出經(jīng)過(guò)交、直流變換后的數(shù)據(jù)信號(hào)；數(shù)據(jù)時(shí)鐘引腳為DCLK，不斷從CPU 接收發(fā)出的脈沖型時(shí)鐘信號(hào)，以進(jìn)行輸出信號(hào)的校正。CPU 在Dout 引腳輸出脈沖信號(hào)的下降沿期間將輸出數(shù)據(jù)讀出。

圖5 反饋帶通濾波器

2 裝置工作過(guò)程介紹

該無(wú)線射頻收發(fā)設(shè)備由4 個(gè)主要部分組成：從功能上可以分為電源模塊、中心控制模塊、無(wú)線信號(hào)收/發(fā)模塊、顯示模塊等。SIM3OOCZ 模塊與MSP430F149主板通過(guò)串口進(jìn)行連接，并作為無(wú)線傳輸功能模塊，工作期間，MSP43OF149 主板發(fā)出字符串形式的AT 指令，經(jīng)過(guò)串口傳遞給SIM3OOCZ 模塊，SIM3OOCZ 模塊收到主板發(fā)出的指令后，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的通信、控制等操作。

2.1 GPRS 模塊的工作過(guò)程

（1）GPRS 模塊與主控芯片MSP430通過(guò)串行口連接，SIM3OOCZ 的啟動(dòng)由另一I/O 口控制，產(chǎn)生保持1500 ms 的低電平后置為高電平，若指示燈有相應(yīng)頻率的閃爍則表明SIM300CZ 模塊正常啟動(dòng)。

（2）MSP430 模塊與SIM300CZ 模塊通過(guò)串行口進(jìn)行通信互聯(lián)，通過(guò)向GPRS 模塊輸入相應(yīng)的調(diào)度指令，對(duì)裝置進(jìn)行初始化、狀態(tài)設(shè)置等操作，使模塊能夠順利地與GPRS 網(wǎng)絡(luò)相互貼合。當(dāng)接收端成功獲取運(yùn)行人員分配的動(dòng)態(tài)IP 地址后，便可以實(shí)現(xiàn)目的終端和GPRS 網(wǎng)絡(luò)間建立通信互聯(lián)。

圖6 A/D 轉(zhuǎn)換芯片

GPRS 模塊中的SIM300CZ 芯片由低電平控制開(kāi)關(guān)機(jī)，低電平通過(guò)按鍵獲取，模塊啟動(dòng)引腳為PWRKEY，與單片機(jī)的P2.1引腳相連，單片機(jī)芯片通過(guò)控制產(chǎn)生延時(shí)大于1500 ms 的低電平信號(hào)輸出，實(shí)現(xiàn)SIM3OOCZ 模塊的自動(dòng)開(kāi)機(jī)動(dòng)作。

2.2 工作過(guò)程

信號(hào)發(fā)生器AD9850 產(chǎn)生正弦信號(hào)，正弦信號(hào)通過(guò)PT 感應(yīng)模塊，傳到被測(cè)電阻一側(cè)，此時(shí)電流信號(hào)便會(huì)產(chǎn)生，將CT 模塊所測(cè)量電流值的大小，通過(guò)信號(hào)放大模塊進(jìn)行放大，并利用濾波器，濾除信號(hào)中攜帶的高次諧波和干擾性雜波，利用包絡(luò)線檢波電路實(shí)現(xiàn)交流信號(hào)整流。最終通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換后的信號(hào)送至MCU 單元，測(cè)量出電流，再通過(guò)電壓值和電流值的大小，計(jì)算出接地電阻的阻值。GPRS無(wú)線發(fā)送模塊可及時(shí)將計(jì)算出的接地電阻阻值，發(fā)送至中心計(jì)算機(jī)。而計(jì)算機(jī)中心也可以發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)接地電阻的測(cè)量。

3 結(jié)論

介紹了一種基于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)慕拥仉娮柙诰€遙測(cè)系統(tǒng)，該裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)接地電阻的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并將所測(cè)得的接地電阻數(shù)據(jù)向控制中心傳輸，以便運(yùn)維人員及時(shí)處理受損和故障設(shè)備，提高電網(wǎng)供電的可靠性，有效降低了電網(wǎng)的雷擊率。