摘要:简述了一种以ATEML公司AvR单片机为核心的多功能电流故障记录仪的统结构,它能准确地记录工频电流的故障过程.从而为快速判断故障原因和分析电网结构提供了一条新途径。
关健词:嵌人式；工频电流；故障记录
供电系统为工业企业提供动力保障,它能否稳定安全运行将直接影响到企业的正常生产秩序,由于企业供电半径小、负载重、冲击负荷多,所以对继电保护和故障记录的要求更苛刻。承德钢铁公司2003年对第一总降压变电站进行改造,采用了南京南瑞公司的微机综合保护。投人运行后经受过短路考验,运行效果不错,不足的是受系统程序的限制故障录波功能不是很完善,而且对于分散的企业负载不可能加装故障录波器。针对这种情况,开发了一种用来记录故障过程的嵌人式记录仪,并可通过RS232接口传给上位机,以便分析故障过程中的电流变化情况,从而完成对故障原因和电网结构的分析。
1.系统硬件构成
由于本系统采用嵌人式微处理器为核心,故系统结构简单,大体可分为七部分:数据采集处理模块、显示模块、存储模块、通讯模块、电源模块,信号测量模块和时钟模块,下面就这七部分分别作以介绍:
1.1数据采集处理模块
该模块的核心是ATEMI才公司AVR系列ATmegas,它高度集成了512字节的EZPR()M,16KFIJASH存储器,IKRAM,电源监测及看门狗电路,8路10位A/D转换器和多种通讯接口(RS一232,SPI,IZC,JTAG),使系统结构大为简化,既节省了电路空间,又提高了系统的抗干扰能力和加密性,由于它最高运行时钟可达16MHZ,且为单同期指令,完全能够满足工频故障电流实时有效值的采集和处理。该模块的功能主要是实时跟踪电流的有效值,并根据上位机设定的故障电流阀值确定是否启动/停止故障数据采集功能,并能实时记录两相故障电流每个周波的有效值,时间长达10分钟之久且掉电不丢失,在接受到上位机的回路指令后,可以将故障起止时刻和故障数据按要求的格式上传给计算机,以便作为故障诊断的依据。
1.2显示模块
考虑到现场的环境条件和耐用性,显示器件采用高亮度LED显示器,其驱动元件采用MAX7219,通过SIP接口接受微处理器发送的待显数据。
1.3实时时钟模块
因为在现场故障诊断中,故障起止时刻也是必不可少的参考数据,且应保证时钟运转的准确性和连续性,所以要求时钟低功耗,运行准确,本系统采用JDS13o7,以IZC接口与megaz6实行时间的写人、读取操作,该芯片用3.6V铿电池作为后备电源,且在掉电情况下可以保证时钟运行10年以上。
1.4存储模块
存储模块采用两块IZC接口的24C256分别作为两相故障电流的数据存储器,每片的存储空间为32768字节,由于记录的对象是工频故障电流,所以可以记录的时间为:32768/(50义60)=10.9267分钟。
1.5通讯模块
该模块的核心采用max202作为接口电平转换芯片,完成上位机与记录仪的数据交换,缺省的波特率设为9600,也可根据现场的电磁干扰情况和通讯电缆距离改变波特率大小。
1.6电源模块
由于开关电源和线形电源比具有工作范围宽和体积小、发热少的优点,可直接接人220V交流电,虽然纹波较大但加装滤波后能够满足要求,这样使整个记录仪安装在一个仪表盒中成为现实。
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1.7信号测量模块
该模块的主要功能是完成故障电流信号的隔离、变换,可以直接与现场的电流互感器配套使用,为不影响原互感器负载特性,设计了一个1:1的小CT,导线从小CT的孔中穿过即可。
2.系统软件结构
根据故障全过程实时记录的要求,软件应在每个采样周期内完成两相电流的瞬时值采集、保存,每个工频周波内完成两相电流有效值的计算、判断、保存或数据上传,每个显示刷新周期内完成键盘扫描和显示缓冲区的刷新、电流有效值的BCD码变换。虽然Megas的机器周期仅为18/us,但由于在某个采样周期内可能要完成以上所有任务,所以对软件的结构仍有严格要求,针对这种情况,将软件分为初始化子程序、定时显示刷新及键盘扫描子程序、电流定时采样子程序、A/D转换结束子程序、串行通讯中断子程序、读写EZPROM子程序、读写实时时钟子程序等等。下面分别就几个主要的子程序分别从功能、结构方面介绍。
2.1初始化子程序及主程序
该子程序在完成1/0口和定时器中断、各种接口及看门狗初始化以后,打开全局中断使能位,之后根据任务指针显示不同的功能数据,而任务指针的修改是在键盘扫描子程序中完成的。
2.2定时采样子程序
由于本记录仪没有进行两相电流的过零点跟踪,所以要经过每周波40点的等间隔采样才能准确地算出电流有效值,且精度可达到2%。(虽然理论上每隔9扩采样一次也可以准确算出有效值,但实际上由于现场噪声的存在,这样计算出的有效值变化很大,无法满足实际要求。)考虑继电保护配置的要求,定时采样子程序时间间隔取为5。
2.3通讯子程序
通讯子程序以中断形式来接收数据或发送数据,保证程序运转的实时性,由它来完成上位机发送的设置操作,并在用户按下“传送”键后完成故障起止时刻及故障数据的传送,且可以重复。
3.性能分析
（1）电源电压波动范围宽可在AC220V士25%以内。
（2）检测精度高,误差小于0.5%。
（3）故障数据的存储能力达32K,且可同时记录两相电流有效值。
（4）故障数据掉电不丢失。
（5）实时时钟能提供准确的故障起止时刻。
（6）通讯协议简单可靠。
（7）系统性价比高。
4.结束语
由于篇幅有限,在此不能对故障数据记录仪进行原理图介绍,虽然在上文中系统硬件结构比较复杂,但由于采用了嵌人式单片机Megas,所以实际的记录仪体积很小,抗干扰能力很强,有很好的推广价值,在承钢一总降压变电站取得了较好的运行效果。
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论文作者:黄赐刚
论文发表刊物:《电力设备》2017年第3期
论文发表时间:2017/4/27
标签：故障论文; 子程序论文; 电流论文; 有效值论文; 模块论文; 记录仪论文; 数据论文; 《电力设备》2017年第3期论文;