變電站地電位自動檢測裝置的研究和設(shè)計

摘要：為了實現(xiàn)變電站地電位自動監(jiān)測系統(tǒng)，采用PC、單片機、光耦、電話線等設(shè)備組成自動檢測系統(tǒng)，當地電位異常時，自動啟動電路工作，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(shù)據(jù)、繪制曲線，同時對串行數(shù)據(jù)通信設(shè)計了一種斬波式串行數(shù)據(jù)通信接口，使數(shù)據(jù)傳輸與遠端電路饋電、話音(電話)傳送共線，通過在變電站中的實驗，得到監(jiān)測系統(tǒng)可應(yīng)用于變電站地電位自動檢測的結(jié)果，同時為以后無線監(jiān)測做好可能性的準備。
關(guān)鍵詞：變電站；地電位；自動監(jiān)測系統(tǒng)；斬波器；數(shù)據(jù)通信

0 引言
變電站地電位自動監(jiān)測裝置(以下簡稱為裝置)應(yīng)用于變電站地電位的無人值守自動監(jiān)測與記錄，尤其是當輸電系統(tǒng)發(fā)生故障、雷擊時地電位變化過程的記錄，以便為電力系統(tǒng)運行、故障診斷、變電設(shè)施的設(shè)計改進等系列工作提供分析依據(jù)。根據(jù)某電力部門所擬定的設(shè)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：在線監(jiān)測站內(nèi)地電位，當監(jiān)測值達到預(yù)先設(shè)定的閾值時，自動啟動采集記錄電路，并將所記錄的數(shù)據(jù)通過串行總線發(fā)送到附近中心控制室的PC上，PC接收數(shù)據(jù)以文件形式存盤并在屏幕上繪制出由該數(shù)據(jù)形成的變化過程曲線；通過一個光電式高壓隔離電話接口與外界固定電話網(wǎng)絡(luò)進行信息交流(包括平常的電話使用和Internet網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用)，隔離接口主要為了防止變電站內(nèi)電位異常升高時會將異常高壓引到電信線路上。為求簡捷方便且節(jié)省投資，電話通信線路與監(jiān)檢系統(tǒng)本身上、下位機間的數(shù)據(jù)通信線路共用，且僅用兩線制普通電話線(采用原來敷設(shè)好的電話線，不再另外增加工程)，電話的使用與平常使用方法、操作習慣相同，在啟動監(jiān)測電路時能自動轉(zhuǎn)換為傳輸監(jiān)測數(shù)據(jù)。

1 裝置的組成框圖及基本工作過程
組成框圖如圖1所示，主要由外側(cè)電話接口、內(nèi)側(cè)電話接口、通信接口、數(shù)據(jù)采集電路、光纖、傳感器、PC等部分組成，總體工作的基本過程簡述如下：

(1)數(shù)據(jù)傳送狀態(tài)。設(shè)計一個監(jiān)測電路，用以監(jiān)測傳感器提供的“當量地電位”，只有在監(jiān)測到“當量地電位”達到某一指定的閾值時，才自動啟動A／D采集電路，這時單片機采集地電位數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)存儲器，隨后將數(shù)據(jù)包通過數(shù)據(jù)通信接口和變電站內(nèi)部的通信線路(普通電話線)上傳送入PC，PC在接收數(shù)據(jù)串時在屏幕上畫出時域波形，同時將數(shù)據(jù)以文件形式存盤以便事后重新觀察分析數(shù)據(jù)和繪制波形曲線。在數(shù)據(jù)上傳的過程中，由單片機控制自動切斷內(nèi)側(cè)電話接口，使得站內(nèi)電話線路與電話外線斷開，以達到傳送數(shù)據(jù)時電話內(nèi)線與電話外線無任何聯(lián)系的目的，即數(shù)據(jù)通信具有高級別權(quán)限。
上位單片機設(shè)置了兩個按鈕，用于輸入兩個命令：“上傳”和“調(diào)試”。“上傳”命令能使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所采集到的數(shù)據(jù)重新上傳一遍，“調(diào)試”命令能使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動產(chǎn)生一組三角波數(shù)據(jù)并上傳，其目的在于平時可以檢驗上下位單片機、通信接口、上傳線路、接收系統(tǒng)的工作是否正常。
(2)常態(tài)。通常狀態(tài)下，數(shù)據(jù)采集電路(下位單片機系統(tǒng))沒有投入工作，而上位單片機系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，它隨時監(jiān)測內(nèi)部電話機的提機／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，這時下位單片機控制接通內(nèi)側(cè)電話接口，內(nèi)側(cè)電話接口開始工作并通過光纖向外側(cè)電話接口送“呼出”信號，于是外側(cè)電話接口自動實現(xiàn)模擬提機，這樣就接通了外部電話線與內(nèi)部電話機的音頻信號通路，內(nèi)部電話機就可以象普通電話一樣與外界通信，包括DTMF撥號和語音通話。