直流屏是如今電網系統的重要組成部分,是繼電保護、自動設備和斷路器等設備正確動作的基本保證。其穩定運轉能對避免系統損壞、事故擴大和設備嚴重損壞至關重要。直流屏監控體系的主要監測直流屏的狀況信息,同時與監控中心交流訊息,操控直流屏的運轉。這樣,保護人員能夠及時發現設備運轉的不正常狀況,及時處理,而不等其發展演變成事故[1]。直流屏操控體系根據功能大致分為以下幾個方面:(1)監控量的測量包含電池電壓測量、電池溫度、機殼內部溫度測量、母線電壓電流測量和交流電壓測量;(2)母線絕緣檢測和支路接地選線;(3)開關量輸入輸出,用于電鈴報警、LED指示和電池活化等操作操控;(4)通訊。本文將側重介紹操控體系各模塊工作原理和體系整體規劃。
監控量的測量
1.AD芯片的挑選監控量能夠分為兩類:直流量測量包含電池電壓測量、電池溫度、機殼內部溫度測量、母線電壓電流測量;交流量電壓測量,包含兩路輸入交流電壓的測量。直流量變化速度慢,要求測量精度高所以選用∑-■型模數轉換芯片。溫度測量不需要太高精度,選用MSP430F149自帶的AD進行測量,由于完結了并行采集,所以使監控量的改寫速度成倍增加。交流量收集選用了專用的交流電壓收集芯片,不需要外接電壓互感器,不光簡化了電路規劃,還大大降低了硬件本錢、提高了測量精度。
2.微處理器的挑選本規劃選用了TI公司所生產的MSP系列單片機MSP430F149。意圖是應用其豐富的接口資源和強壯的守時器功能,MSP430F149的功能特色如下:
(1)6個八位并行接口
(2)12位A/D轉換器ADC。完結模擬設定功能
(3)守時器功能。TIMER-A3、TIMER-B7別離為帶有3個和7個捕捉/比較寄存器的16位守時器,能夠滿足體系速度的設定及曲線守時的要求
(4)內置2KBRAM、60KB的FLASH。MSP430F149所提供的豐富資源,外圍硬件擴展只需做很少的工作,不只規劃變得十分簡略,而且該控制器體積小、牢靠性高。
3.CPLD
由于所要收集的量許多,所以必須用CPLD擴展MCU的I/O,完結采樣通道地址、輸入輸出端口的擴展。同時CPLD內完結了兩路SPI端口,別離與外部的兩個AD芯片通訊,再并行傳輸給MSP430F149,大大減輕了MSP430F149的運轉擔負。CPLD選用Altera公司的MaxIIEPM240,其選用TQFP封裝,可用I/O端口80個,兼容1.5/1.8/2.5/3.3V。具有240個邏輯單元,等效宏單元192個,內部近9000力邏輯門,體系資源十分豐富,最大的I/O數為80個。
絕緣檢測體系
1.幾種檢測方法的比較
現有檢測直流屏接地電阻的方法主要有電橋法、交流訊號注入法和直流漏電流法。電橋法的思路是,用直流體系正負極對地電阻和人為設置的兩個電阻組成電橋,體系正常時,電橋平衡。當體系呈現某一點接地時,電橋失去平衡,發生報警信號。該方法存在以下缺點:正負極接地等效電阻平等下降或數值接近時,即使已經逾越報警邊界,設備也不動作;正負極接地等效電阻數值都很大,但差值較大時,設備會誤報警。交流訊號注入法又稱低頻信號法,選用守時在直流體系母線和大地之間注入低頻交流訊號,根據交流電流信號的流向查找接地問題來完結接地監測。此種方法具有受直流體系分布電容影響大、易受相近頻率的交流訊號干擾等缺點,檢測精度和靈敏度都不太抱負。直流漏電流檢測法主要是經過檢測直流體系支路對地直流不平衡電流,挑選接地問題地點支路來進行接地監測。它無需向直流體系注入低頻交流訊號,因此不受直流體系分布電容的影響。但因漏電流較小,難以測量,嚴重約束了問題檢測的精度和靈敏度。乒乓式變電橋檢測的規劃思維是:經過切換電橋兩臂電阻值的大小,使電橋沒有一個固定的平衡點。經過測量不同狀況下的電壓,就能夠計算出直流體系對地的絕緣電阻。避免了上述測量方法的不足之處。
2.乒乓式變電橋檢測的規劃經過兩路阻隔開關芯片AQW214改動正負母線與機殼間的電阻。機殼對負母線的電壓也隨之改動。測量出不同狀況下的機殼電壓就能夠根據公式推導出母線對機殼(大地)的絕緣電阻。
3.通訊部分經過RS485總線完結主監控與下位機的通訊,采用傳輸進程比較遠、抗干擾才能比較強、易于完結光電阻隔的MAX485芯片傳輸數據。選用屏蔽雙絞線連接,線間接120Ψ的匹配電阻。用高速光電阻隔器材6N137完結電氣阻隔。與監控工控機的銜接選用RS232總線,芯片也同樣選用MAXIM公司生產的MAX232,同樣選用屏蔽雙絞線銜接。
4.本文規劃了根據MSP430F149單片機和EPM240T100的直流屏電源監控與絕緣檢測體系。由于合理優化了監控參數測量體系,同時選用了牢靠性和準確度高的乒乓式變電橋測量法,使得本體系具有測量精度、實時性好、現場接線簡略及本錢低一級優點。從現場運轉狀況來看,操控體系安穩牢靠,功能參數優良,得到了用戶的好評。
