浅谈变电站综合自动化中监控系统的硬件设计研究

一、引言

变电站综合自动化是在微处理技术、自动控制技术和远动技术发展到一定程度的基础上，为使变电站二次设备更合理、有效地运行而提出的一种变电站自动化模式。变电站综合自动化系统除了实现对现场的监测、控制和保护之外。更重要的是能实现当地和远方对现场的监控、调节和保护。

二、变电站综合自动化中的测控系统的功能要求

(一)遥信功能。遥信功能通常用于测量下列信号开关的位置信号、变压器内部故障综合信号保护装置的动作信号、通信设备运行状况信号、调压变压器抽头位置信号、自动调节装置的运行状态信号和其它可提供继电器方式输出的信号事故总信号及装置主电源停电信号等。

(二)j噩测功能。遥测功能常用于变压器的有功和无功采集、线路的有功功率采集、母线电压和线路电流采集、温度、压力、流量流速等采集、周波频率采集、主变油温采集和其它模拟信号采集。

(三)遥控功能。遥控功能常用于断路器的合、分和电容器、电抗器的投切以及其它可以采用继电器控制的功能。

(四)遥调功能。遥调常用于有载调压变压器抽头的升、降调节和其它可采用一组继电器控制的、具有分级升降功能的场合。

三、测控系统硬件设计研究

针对测控单元存在的不足之处.考虑到高压、超高压变电站的自动化特点及变电站综合自动化的发展对测控单元的要求，结合电子元器件发展、通信技术的进步和其它新技术的出现，提出了新型线路测控单元的模块化硬件设计方案。

线路单元测控装置的硬件构成主要包括80C196KC基本处理模块、电流型互感器模块、滤波放大电路、多路模拟开关、A/D转换电路、频率检测电路、遥信输入光祸隔离电路、遥脉输入光藕隔离电路、控制输出继电器、双CAN总线通信模块、串行通信模块。

(一)80C196K0

80C196KC是Intel公司16位单片机系列的第三代产品，是目前应用最广泛的16位单片机，具有以下特点：

1废除了CPU的累加器(ACC)与算术逻辑运算部件(ALU)的传统结构，采用了寄存器阵列/算术逻辑部件(RALU)。OOH-1FFH单元包含寄存器阵列、专用寄存器和256字节的附加RAM。OOH—017H是专用寄存器区。018H— OFFH是寄存器阵列.可由RALU直接访问。IOOH—1FFH是附加的256字节RAM.这些RAM通过“垂直寄存器窗”结构，也可以作为寄存器由 RALU直接访问，因而给程序设计带来很大方便。

2特殊功能寄存器直接控制I/O口，实现了I/O口的高速输入与高速输出。四个高速输入口最小能记录分辨间隔为1微秒的外部事件发生时间(时钟频率为16MHZ);六个高速输出口，可在预定的时间内触发外部电路。

3两个16位定时/计数器及四个软件定时器可以很方便地为众多的外部或内部事件提供定时与计数功能。所谓软件定时器就是对HSO编程，可以按预定的时间产生中断。

4具有高速运算处理器。80C196KC可以采用16EiZ的晶振.其运行速度比12MHz的90c196KB快33%，比12MHZ的8096BH快1倍。

53路D/A转换采用脉冲宽度调制输出(PWM)，调制精度为8位，输出波形为占空比可变的方波，方波可经积分后变成直流电平.其电平随占空比变化有256级输出。

6有16位WATCHDOG监视定时器，用于监视软件运行是否发生故障，当系统由于干扰或其它扰动导致软件运行紊乱时，它能够使系统自动复位。

7有高速数据交换能力。支持DMA(直接存储器存取)方式数据交换和PTS方式数据交换。

(二)测控单元的组成

80C196KC基本处理模块主要由80C196KCl6位中央处理器、128Kbyte程序存储器EPROM，64Kbyte数据存储器RAM，16Kbyte的存储器EEPROM及译码电路组成;电流型互感器模块完成将100V，5A的电压电流信号转化为+2.5mA的弱电信号，经过信号变换.放大滤波变成标准信号送入多路模拟开关，在CPU的控制下依次A/D转抉，将现场输入的模拟量转变成数字量，供CPU处理。频率检测模块对输入的交流正弦信号进行整形变成主波信号，输入CPU的高速输入口，通过测量跳变的周期测量频率及进行频率跟踪。遥信、遥脉输入光藕隔离电路完成信号变换及隔离功能，支持220V/110V/24V直流电压信号输入。键盘显示模块提供人机交互功能.采用薄膜键盘和带背光的 128*64的点阵式液晶.屏幕一屏可显示16×8个英文字母或8×4个汉字。

为了满足不同应用的需要，本装置设计有5路通信接口：其中2路为冗余设计的CAN总线接口，用于与通信控制单元通信;1路光纤通信接口，用于与通信控制单元的通信或与智能设备通信;1路RS485接口，用于支持装置与总控单元的通信或与智能设各通信;l路为RS232接口.用于支持装置的组态功能，所有的通信接口均通过高速光藕进行光电隔离。

在继电器驱动电路中采用了一些保护措施，防止在分合直流电源时引起逻辑电路紊乱而造成继电器误动作，并在驱动电路与继电器之间加光电隔离，以提高抗干扰能力。本装置还采用自检闭锬功能和放电回路，防止由于硬件错误。