摘要：PT端子箱N端对地击穿保险被击穿后，由于没有准确的信号确定具体的故障点，查找非常困难。本文结合物联网技术和红河供电局500kV红河变现场优势,提出一种500kV变电站PT端子箱接地检测装置集成系统的设计方案,通过STC15F2K60S2作为主控芯片小电流检测模块对变电站PT端子箱N600对地电流进行在线远程检测，达到迅速定位故障点，保证设备安全运行的目的。
关键词：N端击穿电流，小电流检测，STC15F2K60S2
0 引言
现有3/2主接线方式的500kV变电站，保护、计量、测量用电压均来自线路PT。PT端子箱N端对地接有击穿保险，一次侧过电压时，为防止窜入二次侧，伤及设备和人员的安全，过电压将击穿保险击穿，迅速将其泻入大地。击穿保险是不可自愈的，被击穿后就会与全站唯一的一组PT端子箱形成一个回路，造成两点接地。击穿保险被击穿后，由于没有准确的信号确定具体的故障点，查找非常困难。
目前，现场人员惯用的检测手段是采用钳形电流表测铁芯外引接地套管的接地下引线电流，这种方法易受强电磁环境干扰，会出现同一测量点几次测量值差别迥异的情况，而且不能保证在第一时间发现铁芯两点接地，检测精度和时效性都存在一定的问题；而且浪费人力物力，对于某些无人值班的变电站做不到实时的测量，存在安全隐患。从而不能对PT端子箱接地电流状况做出全面、精确的判断。
本文研制的是一种实时、简便、准确且具操作性，基于红河供电局500kV红河变现场，能供企业及检测单位参考的方案及产品。其中针对采集节点距离远、布线成本高等问题，选择合适的通信设备和传感器是本项目成功的关键。因小电流参数的微量级和实时性，因此对灵敏度、精确度等有较高的要求，这就要求要找到最佳的检测方案。
1 硬件系统设计
1.1系统规划
图1.系统结构框图
结合物联技术，监测方案设计如图1所示，系统主要由小电流检测节点、控制小室和远程监控室三层组成。小电流检测节点位于PT端子箱接电端，该节点负责采集、处理小电流参数，并将采集到的的数据通过电缆汇聚到控制小室CSI-200E数字综合测控装置，汇聚后通过变电站内网将数据传送至远程监控中心。
1.2小电流检测模块设计
STC15F2K60S2单片机作为小电流检测模块主控芯片，该型单片机具有超强的抗干扰能力，运算速度快（1T），可省掉外部EEPROM，利用IAP技术，可在线编程，无需仿真器，并且具有大容量2K字节SRAM，内部集成高速10位A/D转换器，可省掉外部独立的A/D转换模块。集成的ADC模数转换模块可以将信号调理电路接入的模拟信号转换成数字信号，方便MCU计算处理。单片机微控制器的引入可以解决PT端子箱毫安级漏电流对接入装置精度要求高，小电流互感器实际试验效果不够理想的问题。
根据端子箱N端击穿电流毫安级的特征，选择单片机MCU控制下的电流互感器作为检测方案，具备检测AC 0-100mA精度小电流的功能，精度高、灵敏度高、稳定性好。如图4所示，传感器节点主要由霍尔传感器模块、信号调理电路、处理器模块、继电器输出模块和实体按键及数显模块组成，集合在主控电路板。
图4.小电流检测模块硬件设计
该节点电流互感器是应用电磁感应原理开发用来在电隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不规则波形电流的传感器，它具备高精度、低功耗、响应快、线性良的特点，抗干扰能力强。
通过互感器采集到的信号经信号调理电路适当放大、滤波、抬升操作，将原始电流信号转换成采集设备单片机能够识别的标准电压信号。控制板中的控制环节通过比较电流实时参数与设置临界点的大小，控制继电器开关，向控制小室CSI-200E发送开关信号。控制板上的数码管、实体按键，不但可以手工改动上下限保护电流值，还可以在各检测节点实时显示检测电流大小。
继电器输出具有闭合和断开的两种状态，用来控制所接干接点开断。干接点两个接点间没有极性，可以互换。实验过程中继电器跳变迅速，反复触发工作稳定，无错乱，针对小电流检测准确可靠。设备满足设计要求，具备现场安装条件。
其各节点接线如图6所示。
1.3 后端硬件设计
CSI-200E综合测控装置开入插件7具备24路开关量输入功能，每路开关量均可设置为长延时或短延时。在整个无线传感监控网络中起到承上启下的作用。汇聚各小电流检测模块发送来的数据，把数据经过适当的处理发送出去，同时将接收到的数据显示在液晶屏幕上。
总控室上位机用来在变电站总控室通过组态软件实时显示各个接地端子检测状态。
所以现场各节点工作过程如下：霍尔电流传感器完成PT端子箱N端电流信号的提取，MCU数字化处理、显示监测参数、控制继电器输出，下位机将最新状态通过通信线路上传给上位机，上位机获得了下位机上传的数据后可以进行动态显示，历史数据的自动保存和分析以及初步的故障诊断等，上位机和下位机之间通过现有的电缆进行数据交换。
2 系统节点软件设计
2.1软件设计要求及思路
图6.各节点接线图
该双电源自动转换控制器采用单片机作为主控芯片， STC15F2K60S2单片机是STC公司最新研发的新型高速单片机，具有极强的抗干扰能力，本次设计采用C语言作为编程语言。
3 技术创新
1. 该系统结合物联网技术和红河供电局500kV红河变现场优势，将理论与实际相结合，可以通过实际对系统进行检验和完善。
2. 根据端子箱N端击穿电流毫安级的特征，选择单片机MCU控制下的电流互感器的检测方案，精度高、灵敏度高、稳定性好，解决了检测AC 0-100mA精度小电流的问题。
3. 由于可以对PT端子箱N600对地电流进行实时远程监控，因此节约了人力资源成本，提高了工作效率；故障发生时，迅速找到故障点，保证了设备安全运行，节约了物力、财力，提高了经营效益。
4. 将物联网和传感器网络技术应用于变电站检测系统中，建立大范围、远距离接地小电流监控网络，将物理世界信息融合到信息世界中，达到了“物联”的目的，是本项目应用创新点。
4 结论
变电站PT端子箱N600对地电流在线监测系统研制，由于可以对PT端子箱N600对地电流进行实时远程监控，因此节约了人力资源成本，提高了工作效率；故障发生时，迅速找到故障点，保证了设备安全运行，节约了物力、财力，提高了经营效益。该系统应用自控技术、微电子技术、计算机和网络通讯技术，能有效地解决变电站PT端子对地电流各参数需要实时监控并记录分析的问题。因此，该项目具有广泛的应用前景。
参考文献
[1]刘介才．工厂供电[M]．北京：机械工业出版社，2009．7．
[2]徐爱钧．单片机原理与应用[M]．北京：机械工业出版社，2010．7．
[3]徐爱钧，彭秀华．KeilCx51 V7.0 单片机高级语言编程与uVision2应用实践[M]．北京：电子工业出版社，2008．
[4]梁合庆．增强核闪存80C51教程[M]．北京：电子工业出版社，2003．
[5]刘介才．安全用电实用技术[M]．北京：中国电力出版社，20006．
论文作者:李杰,王应芬,王磊,李家保,杨志华
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/7
标签：电流论文; 端子论文; 红河论文; 变电站论文; 节点论文; 单片机论文; 信号论文; 《电力设备》2018年第1期论文;