電網遠動終端功率采集模塊的設計

摘要:本文介紹了電網遠動終端功率采集模塊的設計及工作過程。主要包括遙測、遙信、遙控、遠方數據傳輸等幾個方面。并以硬件電路圖描述各測控單元間的工作原理。

關鍵詞:遠動；功率采集；遙控；遙測；遙信

1引言

功率采集模塊主要是應用在電網調度自動化系統中，對電網中的各電力參數及各種事故量進行檢測，并對電動開關進行遠方操作?；谶@種要求，對功率采集模塊的設計首先要對電網交流信號進行檢測，反映出電網電壓、電流、功率、功率因數及頻率的變化情況。為實現這一要求該模塊在設計中，根據電磁感應的原理，采用交流采樣的方式，即從現場的電壓互感器和電流互感器中直接采0~100V和0~5A的交流信號，并將這樣的交流模擬信號通過A/D轉換器變成單片機可識別的數字信號，由模塊中的單片機進行讀寫操作，然后將數據傳給遠方調度中心，經調度中心計算機處理后，反映出現場電網的實際電力參數，達到監測電網運行狀態的目的。

2功率采集模塊的原理

功率采集模塊包括8個功能單元電路: N80C196KB單片機最小系統；功能選擇電路（DIP站號設置）； LED顯示電路；遙測電路；開關量輸入電路(遙信)；脈沖量輸入電路(電能)；開關量輸出電路(遙控)；通訊接口電路。這8個單元電路構成整個功率采集模塊。

在這8個單元電路中核心部分是：N80C196KB單片機最小系統；遙測電路；遙信電路；遙控電路；接口電路。下面分別介紹這5個單元電路的設計和工作過程。

3功率采集模塊的設計及工作原理

3.1 N80C196KB單片機存儲器擴展

該系統由單片機、程序存儲器、地址鎖存器、譯碼電路、系統時鐘組成。因為80C196KB內部沒有程序存儲器和數據存儲器，所以需要在單片機外部對存儲器進行擴展。

程序存儲器選用EPROM27C256（32K），存放應用程序和檢查程序，數據存儲器選用RAM61C256（32K），存放采集數據、計算中間結果及設置參數。地址鎖存器選用74HC373，譯碼器選用3個GAL16V8。80C196KB單片機尋址能力達64KB空間，并且ROM、RAM統一編址。其中程序存儲器27C256選通后，地址范圍為0000H-7FFFH，其中0000H-1FFFH為80C196KB單片機片內地址，2000H-2011H為中斷向量地址；2012H-207FH為保留地址；2080H-7FFFH為單片機片外ROM地址。單片機上電復位后，PC指針自動指向2080H，執行用戶程序。數據存儲器61C256由地址譯碼器D16（GAL16V8）輸出端選通，其地址范圍為8000H-9FFFH，其中，8000H-FEFFH是單片機片內RAM地址。地址譯碼器D9（GAL16V8）的輸出端作為緩沖器D1（74HC245）的選通信號，其地址為FF00H即8路遙信地址。地址譯碼器D9（GAL16V8）的輸出端選通緩沖器D4（74HC245），其地址為FF00H-FF01H即4路電能量地址和遙控地址。地址譯碼器D8（GAL16V8）的輸出端選通緩沖器D2（74HC245），其地址為FF06H。即遙測低8位數據地址，地址譯碼器D8（GAL16V8）的輸出端選通緩沖器D3（74HC245），其地址為FF07H，即遙測高4位數據，A/D轉換結束標志位；遙控執行外返校，遙控跳外返校地址。地址譯碼器D9（GAL16V8）的輸出端選通緩沖器D11（74HC245），其地址為FF08H，即模塊站號地址。地址譯碼器D9（GAL16V8）的輸出端分別選通鎖存器（D18、D17、D20、D19）74HC273，其地址為FF09H-FF0BH，即顯示燈地址。

3.2 遙信電路

在數據采集模塊中，有8路遙信（開關量）輸入對變電所繼電保護設備送來的事故信號，刀閘開合信號進行顯示，并通過轉發模塊傳送給后臺計算機，使調度操作員及時發現線路故障及開關狀態。該電路由單片機、地址譯碼電路、輸入緩沖器和2個光電耦合器及保護電路組成。以某一路遙信為例，外部開關狀態經TLP521-4光電隔離后，把狀態反映到74HC245輸入緩沖器的輸入端CPU對74HC245進行讀操作把狀態讀入CPU，完成遙信功能。

3.3 RS-422通訊接口電路

該電路由單片機、電平轉換電路、光電耦合器組成。由于在功率采集模塊中，傳輸的信息量不大，傳輸速度比較低，所以，我們選擇全雙工異步通訊方式。RS-422通訊接口電路如圖7所示。

其中，D6為80C196單片機，D4、D3（6N173）為光電藕合器，D1（75172）和D2（75173）分別為傳輸線驅動器和接收器。由于，80C196KB單片機串行口采用TTL電平邏輯，所以，D1（75172）和D2（75173）可實現RS-422電平和TTL電平之間的相互轉換。

功率采集模塊通過串口的發送數據線向通訊模塊的接收端（RXD）發送RS-422電平信號，通訊模塊將該信號由MODEM遠傳通訊口通過電力載波、擴頻、專用線等方式傳給上位機，從而實現了功率采集模塊與上位機的通訊。

4產品化測試

通過對上述單元電路的設計，我們對功率采集模塊進行了產品化生產，該產品以單片機為中心共有26個單元電路組成。如圖1所示，其主要單元電路如上所述，經測試當由電壓和電流互感器輸入0~100V和0~5A的交流信號時，交流電量測量的準確度電壓、電流0.2級；有功功率、無功功率0.5級；有功電度、無功電度0.5級；功率因數0.5級；頻率0.1級。對遙測量在傳輸速率為600bit/s時，時間響應≤1S。遙信量輸入：直流電壓12V或24V，輸入端采用光電隔離，隔離電壓1500V，事件分辨率≤4ms，在傳輸速率為600bit/s時，時間響應≤1S。脈沖量輸入：脈沖電壓5V、12V、24V，輸入端采用光電隔離，隔離電壓1500V，脈沖寬度≥10ms；模數轉換：分辨率12位；轉換時間10us；線性誤差±0.5LSB。該模塊經國家計量檢測部門檢測達到《GB/T13729-1992遠動終端通用技術條件》、《DL/T630-1997交流采樣遠動終端技術條件》和《DL/T451-1991循環式遠動規約》的技術要求。

5結束語

本文從硬件電路的設計，詳細地介紹了電網調度自動化系統中遠程終端功率采集模塊的工作原理。并對核心單元電路進行了細致的討論。該模塊與通訊管理模塊進行組合，可實現電網調度自動化系統的遙控、遙測、遙信和遠方數據實時監測功能。該產品在各大中型變電所的實際應用中，以其測量準確、運行穩定、兼容擴展能力強，安裝、維修方便等得到廣大用戶的歡迎。

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