中高壓斷路器在線監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

摘要：為了對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的重要參數(shù)能進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)的監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)出一種采用DSP處理器加CPLD結(jié)構(gòu)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，詳細(xì)分析了行程信號(hào)采集、線圈電流信號(hào)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、通信和實(shí)時(shí)RTC等主要硬件模塊的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓斷路器狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)和機(jī)械故障的診斷，為開(kāi)關(guān)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了一種可行的解決方案。
關(guān)鍵詞：DSP；CPLD；在線監(jiān)測(cè)；硬件設(shè)計(jì)

高壓斷路器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，在電站設(shè)備中數(shù)量多、投資大，在電網(wǎng)中起著控制分配電能和保護(hù)設(shè)備的雙重任務(wù)，其性能的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。當(dāng)它發(fā)生故障時(shí)會(huì)引起電網(wǎng)事故或擴(kuò)大事故，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失及社會(huì)影響。高壓斷路器的在線監(jiān)測(cè)和故障診斷可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，從而提高其運(yùn)行可靠性。此外，當(dāng)電力設(shè)備由定期維修轉(zhuǎn)變?yōu)闋顟B(tài)維修時(shí)，高壓斷路器的在線監(jiān)測(cè)對(duì)開(kāi)關(guān)設(shè)備的重要參數(shù)能進(jìn)行長(zhǎng)期連續(xù)的監(jiān)測(cè)，不僅可以提供設(shè)備現(xiàn)有的運(yùn)行狀態(tài)，而且還能分析各種重要參數(shù)的變化趨勢(shì)，判斷有無(wú)存在故障的先兆，為設(shè)備的狀態(tài)維修提供依據(jù)，從而增大設(shè)備的維修保養(yǎng)周期，提高設(shè)備的利用率，減少維修保養(yǎng)費(fèi)用。因此，研究高壓斷路器狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)和機(jī)械故障的診斷，盡量提前發(fā)現(xiàn)潛在故障，將現(xiàn)有的定期檢修制度推向狀態(tài)檢修，對(duì)避免設(shè)備故障及事故的發(fā)生和發(fā)展，降低設(shè)備故障率，有效提高斷路器的可靠性，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性都具有十分重要的意義。

1 總體方案設(shè)計(jì)
1．1 處理器介紹
本系統(tǒng)采用TMS320F28335型數(shù)字信號(hào)處理器，這是TI公司的一款TMS320C28X系列浮點(diǎn)DSP控制器。與以往的定點(diǎn)DSP相比，該器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外設(shè)集成度高，數(shù)據(jù)以及程序存儲(chǔ)量大，A／D轉(zhuǎn)換更精確快速等。TMS320F28335具有150 MHz的高速處理能力，具備32位浮點(diǎn)處理單元，6個(gè)DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多達(dá)18路的PWM輸出，其中有6路為T(mén)I特有的更高精度的PWM輸出(HRPWM)12位16通道ADC。得益于其浮點(diǎn)運(yùn)算單元，用戶可快速編寫(xiě)控制算法而無(wú)需在處理小數(shù)操作上耗費(fèi)過(guò)多的時(shí)間和精力，與前代DSC相比，平均性能提高50％，并與定點(diǎn)C28x控制器軟件兼容，從而簡(jiǎn)化軟件開(kāi)發(fā)，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。
此外，本設(shè)計(jì)使用的MAX3128A系列是Altera公司推出的3．3 V低價(jià)格EEPROM工藝PLD，是滿足大批量，成本敏感應(yīng)用的非易失性CPLD理想的解決方案，是Altera公司銷量最大的產(chǎn)品，屬于主流器件。MAX3128A器件支持在系統(tǒng)可編程能力，能夠輕松地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)配置。每個(gè)MAX312 8A宏單元都可以獨(dú)立的配置成順序或組合邏輯操作。
1．2 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
系統(tǒng)的整體框圖如圖1所示。TMS320F28335上運(yùn)行嵌入式UCOS II操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的任務(wù)調(diào)度；MAX3128A配合以太網(wǎng)控制芯片RTL8019AS和A／D采樣芯片AD7864完成數(shù)據(jù)的采集和以太網(wǎng)通信功能。