监控保护器（共10篇）
监控保护器 篇1
0 引言
传统电流保护按电力系统最大运行方式离线整定,并按电力系统最小运行方式校验保护范围或灵敏度。虽然这种整定原则能够保证在各种运行方式和故障条件下继电保护动作的选择性,但保护性能却不能达到最佳。在最小运行方式下发生最不利的故障时,保护范围将缩小,甚至在有些情况下(例如短线路、系统阻抗较大时)可能会失去保护范围。
为克服这一缺点,可利用微机自适应电流保护技术[1,2,3],通过实时、在线计算系统电源侧阻抗及判断故障类型的方法,使电流保护具备自动识别系统运行方式和判别故障类型的能力,并根据实际运行方式和故障类型,实时、自动地调整保护整定值,从而达到保护性能最佳化和整定计算在线化。可见,自适应电流保护的本质是利用被保护线路的实时信息实现保护自适应功能[4]。
配电线路自适应电流保护的研究主要集中在保护装置的自适应和保护系统的自适应2个方面。自20世纪90年代末以来,国内在配电线路保护装置的自适应方面开展了广泛而深入的研究[5,6,7,8,9,10]。文献[56]研制出微机式自适应馈线保护试验装置,并且实现了自适应速断保护和具有反时限特性的自适应过电流保护2种基本原理。但由于技术条件的限制,上述自适应馈线保护装置并没有在电网中获得推广应用。文献[7]将实际的两相短路电流归算为同一点三相短路电流,然后再与三相短路整定值作比较,从理论上消除了负荷电流的影响,并将保护在两相短路时的灵敏度提高到与三相短路时相同。为了消除故障类型的影响,文献[8]提出了基于两相电流差的中低压线路自适应保护方案,文献[9]利用动模实验数据对该保护方案进行了验证。文献[10]提出一种将电流速断保护与无通道保护相配合的配电线路自适应保护方案。需要指出,已经提出的自适应电流速断保护方案广泛采用全周期傅氏算法计算工频稳态分量,因而不可避免地受故障信号中非周期分量的影响,由此引起的稳态相量计算误差可达20%以上[11],因此必须采取一定的数字滤波或补偿算法,将非周期分量的影响降低到工程允许的范围以内。随着现代电力系统通信技术的发展,基于通信网络的配电线路自适应保护系统技术越来越引起国内外继电保护学者的关注[12,13,14,15]。
本文立足于现有的研究水平,采用先进的嵌入式系统技术,研制出集自适应电流速断保护、传统三段式电流保护等多种保护和监控功能为一体的配电线路保护监控装置。
1 自适应电流速断保护基本原理
自适应电流速断保护根据电力系统当前的实际运行方式和故障状态实时、自动进行整定计算,无需人工干预。目前广泛采用的自适应电流速断保护实时整定算法可表示为[2]
其中,IIZDZ为自适应电流速断保护的整定值;E为等效系统电源的相电势;ZS1为被保护线路背后的正序等效系统阻抗;ZL为被保护线路的阻抗(需要预先整定);Kd为故障类型系数;KkI为可靠系数。
采用基于工频故障分量的有关算法,可以对正序等效系统阻抗ZS1、故障类型系数Kd以及等效系统电源的相电势E进行在线、准确计算[2],进一步根据式(1)即可在线计算出自适应电流速断保护的动作电流值。
自适应电流速断保护的动作条件为
其中,Im为流过保护安装处的实际故障稳态电流(有效值)。
2 XBJ-200Z装置硬件方案
2.1 总体方案
XBJ-200Z配电线路保护监控装置采用高4U、宽19/2英寸机箱,前面板为整面板形式。装置的插件采用前插安装方式,使用前面走线的排线作为弱电信号母线,使其远离后面板的交流输入及接点输入/输出电路,减少了外部电磁干扰的影响。
XBJ-200Z配电线路保护监控装置内部主要包含中央处理单元(CPU)、互感器、继电器、电源等插件和人机接口模块。
2.2 CPU插件
CPU插件控制着整个装置的运行,其构成原理如图1所示。
CPU插件主要由以下几个部分构成。
2.2.1 嵌入式系统(ES)
嵌入式系统(ES)由微控制器(MCU)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程逻辑阵列(FPGA)、静态存储器(SRAM)和闪速存储器(Flash RAM)等构成。MCU采用Intel公司的嵌入式处理器80C188 EC,除了模拟输入量处理以外的所有其他功能均由MCU完成或协作完成。DSP采用AD公司的高集成度单片数字信号处理器ADSP-2181,负责模拟量的计算和故障检测。FPGA负责整个系统的时序控制。SRAM(512 K)是MCU的工作内存,具有掉电保护。Flash RAM(512 K)用于保存整定方式字和程序运行代码。
2.2.2 数据采集系统
数据采集系统的构成原理如图2所示。本系统最多可外接14路交流模拟量和1路外部直流模拟量输入,所有交流模拟输入量都经互感器隔离,直流模拟输入量经光电耦合器、固态继电器(经过飞电容)隔离。经过低通滤波的交流量同直流量一起进入多路转换开关,由FPGA控制其选通哪一路进入A/D转换器。A/D转换后的数据直接由DSP处理。
内部直流量输入为零、正、负参考电压以及由一个内部芯片输出的温度值共4个内部模拟参考量,用于多路转换器、缓冲放大器、A/D转换器的校正与漂移补偿。
2.2.3 开关量输入/输出电路
本装置开关量输入共12路,供外部使用的有10路,均为内部有源接点,外接空接点即可。2路开关量输入用于监视装置内部状态,如开关位置,跳合闸回路是否完好等。
开关量输出共8路,分为2类。一类是SBO(Select-Before-Operate)即操作前预选择,一般作为保护跳合闸输出和遥控输出;另一类是DO(Digital-Output)普通数字量输出用作其他控制。装置默认配置8路SBO输出。
2.2.4 通信接口电路
本装置具有3个对外通信接口,即RS-232/RS-485通信口、RS-232维护口和以太网通信口,其中RS-232维护口用于对装置进行整定和维护。
2.3 互感器插件
互感器插件由电压输入和电流输入2部分构成,包括7路交流电压输入和7路交流电流输入。交流电压输入部分由电压互感器构成,交流电流输入部分由电流互感器构成。
2.4 继电器插件
继电器插件接收来自CPU插件的跳合闸命令,并通过跳合闸回路操作断路器。本插件具有完善的跳合闸保持回路和防跳回路,同时提供跳合闸位置信号,具有操作回路监测功能。
2.5 电源插件
电源插件为直流开关电源插件,输入直流220 V经过抗干扰措施后进入开关电源,输出供本装置使用的4组直流电压,其中5 V电压为所有数字电路提供电源;±15 V电压为运放等模拟芯片提供电源;24 V电压为开关量输入/输出提供电源。
2.6 人机接口模块
人机接口模块安装在装置前面板的内侧,其控制芯片采用PHILIPS公司的高性能、高集成度单片机,通过RS-232串行口与MCU通信。
3 XBJ-200Z装置软件方案
3.1 总体方案
整个装置的软件系统包括DSP软件、MCU软件和人机接口软件3大部分,其中DSP软件主要负责故障启动、保护算法、故障录波以及被监视线路正常运行情况下各种遥测量的计算;MCU软件运行在实时多任务操作系统(RTOS)之上,主要负责保护出口跳闸、重合闸、遥信/遥控处理、对外通信和装置自检等任务;人机接口软件也运行在RTOS之上,主要负责与MCU通信、键盘/液晶显示和装置运行告警指示灯驱动。
3.2 自适应电流速断保护
在正常情况下,装置DSP利用相电流采样值突变量启动算法检测系统是否发生故障,启动元件一般设在DSP采样中断服务程序中。当启动元件动作后,DSP转入故障处理程序流程,如图3所示。
整个故障处理流程可分为3个环节。
a.参量计算。首先收集故障后第1个工频周期的电压、电流及其故障分量的采样数据。然后,计算故障后各相电压、电流及其故障分量的稳态分量。
b.在线整定。首先通过执行基于故障分量的选相元件算法判别故障类型。然后,判断是否存在TV断线标志。当TV断线时,利用预先整定的等效系统阻抗(对应最大运行方式)和等效系统电源电势(取为额定值)计算故障类型自适应整定值;当TV回路正常时,则在线计算实际等效系统阻抗以及实际等效系统电源电势,进而计算完全自适应整定值。
在本装置中,自适应电流速断保护采用以下在线整定算法:
其中,Iset为自适应电流速断保护的整定值;Eφφ为在线计算出的等效系统电源线电势有效值;ZS1为在线计算出的被保护线路背后的正序等效系统阻抗;ZL为被保护线路阻抗(需预先整定);Kk为可靠系数。
c.测量比较。首先,根据故障类型选取测量电流值。对于三相短路,选取任意2个故障相电流差信号的有效值作为测量值;对于两相短路,选取故障相电流差信号的有效值作为测量值。然后,将测量值与保护整定值比较。如果测量值超过整定值,DSP即可向MCU发出故障跳闸中断申请。反之,则直接复归。
图4给出了自适应电流速断保护的动作逻辑,其中Iset为根据式(3)计算出的自适应电流速断保护整定值。
3.3 传统三段式电流保护
XBJ-200Z装置设有传统的三段式电流保护,各段保护的投/退、电流定值和时间定值均可进行整定,I段和Ⅱ段还可设为功率方向保护。
图5给出了I段、Ⅱ段保护的动作逻辑(此处Iset为人工输入的电流整定值),Ⅲ段与此类似,只是没有功率方向闭锁功能。
3.4 三相一次重合闸
三相一次自动重合闸采用电流保护或者自适应电流速断保护动作启动方式。当手动跳闸或合闸于故障线路时重合闸自动闭锁。重合闸功能的投/退、重合延时由用户方式字确定,重合闸动作逻辑见图6。
3.5 低周减载
动作条件:系统频率小于频率整定值。
返回系数:1.002。
闭锁条件:低电流闭锁,三相电流均低于0.5 A;滑差闭锁,频率变化率df/dt>5 Hz/s;低电压闭锁,A相电压Ua(用于频率计算)小于低电压闭锁定值35 V,或Uab<60 V。
在方式字中,低周减载功能设动作定值、动作时间及投入/退出选项,其中频率定值整定范围为45~49.5 Hz,动作时间整定范围为100 ms~65 s。
3.6 事件告警
XBJ-200Z装置可以产生下面告警事件。
a.保护动作。当有保护动作行为发生后,立即记录保护动作属性、动作时刻及动作值并产生告警事件。
b.TV断线。TV断线检查在保护未启动时进行,保护启动后只保持启动前的标志。TV断线判据为Ua+Ub+Uc>8 V或者三相电压绝对值之和小于0.5 UN。满足上述任一条件时,置TV断线标志,持续1 s后报“TV断线”告警事件。
c.开关拒动。当有遥控操作或保护动作时,立即启动开关拒动告警检测,如果在规定时间内检测不到开关发生变位,则产生告警事件。
d.跳合闸回路异常。当断路器跳、合闸实际状态与位置信号不对应时,产生告警事件。
3.7 数据采集与监控(SCADA)
a.电流测量。对来自测量TA的三相电流信号进行准确测量。
b.数据采集。直接采集三相测量电流、三相保护电流、三相电压、3u0和3i0信号并计算其有效值和相位,进一步计算有功功率、无功功率、功率因数和系统频率等电气量。此外,装置还能够采集直流量和脉冲电度量。
c.遥信处理。采集断路器位置、就地/远方控制切换开关状态等。
d.遥控处理。接收并执行来自上位机的断路器分/合闸控制命令(直接驱动分/合闸回路)。
3.8 故障录波
装置在满足录波启动条件后开始录波,并持续录波到装置完成所有保护、重合闸、后加速等动作行为结束,形成一次完整的录波报告。
故障录波同时包含事件顺序记录(SOE)信息。
4 XBJ-200Z装置自适应电流速断保护功能的测试
采用计算机仿真和微机保护测试仪波形回放技术,对XBJ-200Z装置中自适应电流速断保护和传统电流速断保护功能进行了对比测试。
4.1 仿真模型
利用电磁暂态计算程序(EMTP/ATP)建立图7所示10 k V单电源线路MN的仿真模型,其中等效系统电源相电势有效值为E=5 773.5(V);最大运行方式下的等效系统阻抗为ZSmin=0.75+j 8.6(Ω);线路阻抗为ZL=5.1+j11.309 7(Ω);负荷阻抗为ZH=78.4+j15.8(Ω);线路全长为30 km;故障点F1距离M端15 km;故障点F2距离M端21 km。
4.2 仿真波形回放
在最大运行方式下,对于F1和F22个故障点,分别通过仿真获得M端10个工频周期的三相电压和三相电流采样数据,其中包括故障前3个周期和故障后7个周期(每周期包含200个采样点)。然后,经过60:1电流变换和100:1电压变换后通过微机保护测距仪输出到XBJ-200Z装置的模拟输入端子排上。
波形回放数据分为2组,第1组对应于F1点故障,第2组对应于F2点故障,2次故障均为BC两相短路故障。
4.3 测试结果分析
表1给出了上述2组波形数据回放时(每组回放数据测试3次),XBJ-200Z装置中自适应电流速断保护和传统电流速断保护的动作情况。表中,RS1和XS1分别表示装置在线计算出的正序等效系统电阻和电抗;Eφφ表示装置在线计算出的等效系统电源线电势有效值;IZDZ·J表示装置在线计算出的自适应电流速断保护整定值;Iφφ表示自适应电流速断保护的测量电流值;Ia、Ib和Ic表示装置测量到的三相故障电流有效值;IDZ·J表示传统电流速断保护整定值。除了系统阻抗和系统电势为一次值外,其余所有电流数据(包括整定值)均为二次值。
从表1可以看出,当F1点故障时,装置中自适应电流速断保护和传统电流速断保护均能动作(F1点接近传统电流速断保护范围的末端);当F2点故障时,装置中自适应电流速断保护能够动作(F2点接近自适应电流速断保护范围的末端),而传统电流速断保护不动作。
计算表明,对于图7所示的配电系统,在最大运行方式下,当线路MN发生两相短路时,传统电流速断的保护范围约为线路全长的50%,自适应电流速断的保护范围约为线路全长的70%。
采用波形回放技术,经过大量的测试表明,随着系统运行方式、故障类型和负荷条件的变化,XBJ-200Z装置中自适应电流速断的保护性能能够始终保持在最佳状态。
5 结论
本文在现有自适应电流保护研究基础上,采用先进的嵌入式系统技术,研制出集自适应电流速断保护、传统三段式电流保护等多种保护和监控功能为一体的配电线路保护监控装置——XBJ-200Z。该装置主要由中央处理单元(CPU)、互感器、继电器、电源等插件和人机接口模块等构成,并将自适应电流速断保护、传统三段式电流保护、三相一次重合闸、低周减载、事件告警、数据采集与监控(SCADA)和故障录波等多种功能融为一体。
测试表明,XBJ-200Z配电线路保护监控装置具有功能可靠、配置灵活等优点,尤其是其保护性能能够随着系统运行方式、故障类型和负荷条件的变化而自动调整到最佳状态,因而具有良好的推广应用前景。
目前,XBJ-200Z装置已经完成全部功能的模拟试验,并即将在四川省电力公司巴中电网投入试运行。
监控保护器 篇2
3结语
信息化技术在环境保护中的应用越来越广泛，作为一种新兴的领域，环境保护开始逐步向网络化时代进军。加快信息技术的研发，促进信息技术与环境保护的融合，突出信息技术在环保领域的地位，对未来的环境保护具有重要的意义。
关于发电机保护与监控的几点思考 篇3
目前我国的用电量随着经济的快速发展而不断增加，不仅工业上对供电水平的稳定性提出的很高的要求，就连人们日常生活中电能的消费也对供电质量提出了更多精细的要求，而其中的企业供电安全一直是大家关注的焦点。发电机作为供电系统的核心部件，其性能的稳定性直接关系到整个供电过程的稳定和安全。在实际的供电工作中，发电机出现的故障会直接影响整个发电、供电系统的正常运行，因此发电机的日常运行维护中，对于发电机的保护和控制工作，就摆在了显著的位置。本文就发电机保护与控制的日常维护工作进行了浅析。
1、发电机保护的重要性
电能的供应对经济的影响越来越大，任何企业的发展都是无法离开电能的，所以，现在电能的正常供应就显得尤为重要。近年来，我国的电力行业得到了长足地发展，电力企业的发展与电能的远距离高压输送，已经解决了电能供应问题，随之而来的是电力系统的安全成为了关注的焦点。保证经济的发展，电力系统的安全性特别重要。在整个供电环节中，发电机组是电力系统的一个重要组成部分。发电机组除了造价昂贵，同时它的结构也非常复杂，整个操作运行维护的要求也相对别的电气设备要高很多。而发电机的正常运行是电力系统安全运行和平稳供电的前提，一旦发生发电机运行系统的故障，在没有正确处理的情况下，将会对电网形成非常大的冲击，不仅会导致发电机组设备的损坏，企业生产受到影响，造成巨大的经济损失，还会威胁到生产人员的人身和生命安全。在过去的时间里，发电机组的保护装置不管是从原理还是外型结构，都随着新技术新材料的普及得到了迅速的发展，发电机组的保护装置进入微机操作模式时代，使得发电机的保护反应更加的快速和灵敏。除了具备当保护装置自身故障时可以自动发出信号提示，闭锁保护装置的自检功能。还结合现代通讯技术，发电机组的微机保护装置可以与计算机进行信息的交换，便捷地实现发电机的远程监控操作。它的功能还体现在微机保护装置对于各种程序实现自适应，不同的生产环境要求，可以根据当时的运行情况，对保护自身的定值和特性进行合理的调整和改变，达到安全供电生产的基本要求。因此，对于发电机组的保护配置和维护，是发电机平稳运行工作中的一个重点，值得所有发电机组运行设计和日常维护工作人员们重视。
2、发电机保护功能的配置
发电机的保护配置应该按运行方式进行配置，发电机端有出口断路器，通过母线经过电抗器向自身的动力系统供电，同时母线与升压变连接，将剩余的功率经升压后输送至工厂的变电站，然后再将电能输送各个生产装置。对于发电机发生故障，应及时采取相应的保护装置进行故障隔离，确保生产锅炉的供汽，稳定其他生产装置的生产用汽。因此采用发电机差动保护与升压变保护分别配置的方案，并且采用双重化的保护配置，确保发电机组的可靠，稳定。一个发电机组有两套保护柜，每套保护柜分别有发电机保护、升压变保护、升压变后备保护，同时还有相应的转子接地保护，以及变压器的非电量保护，还有相应的励磁保护。能够在发电机发生故障或者出现非正常运行现象时，能够自动、迅速、有选择性地将发电机从系统中切除，或者根据发出的相关警告信号，减负荷或跳闸，保证发电机组的安全。发电机组的出口断路器是安全运行的关键，在发生故障的时候，通过出口断路器将机组与电网系统隔离，系统能够继续向动力系统继续供电，同时还可以避免升压变高压侧断路器跳闸，不会因为断路器出现延迟以及动力系统出现失电的风险，防止事故扩大。发电机因为是旋转的设备，会出现内部故障，其中有相间短路、匝间短路以及绕组分支开焊的情况，所以在进行发电机保护功能的配置时.对出现的内部故障要进行解决。常用的保护措施有以下两种，一种是纵联差动保护，这种保护对发电机组出现相间短路最佳的解决方式。这种保护的方式最大的优势就是对保护的对象有很强的适应性。在大多数的机组中采用纵联差动保护都可以对电机进行很好的保护，同时也会使得发电机不受励磁涌流的影响，使得发电机的两侧电流是相同的，在进行发电机保护的时候，可以做到平衡电流的作用，对保护的灵敏度也是很大的提高。另外一种是横差动保护，横差保护可以对内部故障的类型做出快速的反应，并且在发电机运行的时候可以不受到影响。对两种保护进行比较发现这两种方式各具不同的优点，所以在保护装置方面，可以根据发电机常见的故障进行保护的选择。
3、励磁保护与系统稳定
励磁系统为发电机转子绕组提供直流电，产生磁场，保证发电机与电力系统同步。在无刷励磁系统中，转子的直流电从永副励磁机的转子经过旋转二极管交直流转变的。除维持发电机同步以外，励磁系统还影响发电机吸收或输出的无功功率。励磁电流的加大会提高无功功率的输出并使电压升高，减小励磁会起到相反的效果，并且在极端情况下，可能导致发电机不再与电力系统同步。励磁控制是用来防止不被允许的工况强加于发电机上，维持机组稳定运行。励磁系统具有过励和欠励限制功能的AVR控制。过励控制可防止AVR試图提供超过了系统能提供的或发电机磁场能承受的更多的励磁电流。过励和欠励限制功能是为了防止发电机超出其额定功率MW或MVAR运行。励磁系统通过控制转子和定了绕组间的磁场，保证发电机组稳定运行。在欠励运行方式下，发电机通过从系统吸收无功功率来控制系统侧的高电压，此运行方式在自备电厂中一般不采用，这样会在工厂小型的电力系统中会产生很大的电压降，造成部分电机会欠压运行或停机，不利于安全生产。
4、发电机保护与监控
发电机保护装置应该采取保护与监控相结合的原则，保证设备运行的安全。当发电机故障发生时，应迅速将故障切除，并自动记录保护装置动作情况，发出故障报警信息。对发电机保护来说，当保护动作启动时，首先由保护装置本身发信号至出口断路器跳闸，同时将信号以及保护动作后的信息发送至监控系统，保护启动与监控信号相互独立。监控系统负责接收信号和发出遥控指令，不会干扰保护装置信号的执行。监控系统实时监控发电机组各组参数，运行人员能够从报警信号中及时了解机组运行情况，调整改变运行状态或者处理相应的故障，保证机组运行安全。
结束语
现在，企业对电量的需求在不断的增大，这是社会的发展与科学技术的进步，人们生活中无处不在使用电能，电能的供应情况时刻影响着企业的发展，也会给人们生活带来影响。企业的供电是有发电机实现的，电力系统的震荡可能使发电机误动作，这就要求对发电机进行保护与控制。在实际应用中，有多种保护同时采用，每一种方法对应不同的故障，保护参数的选择与设定，决定了发电机组的可靠性与灵敏性。通过保护与监控相互结合，保持机组运行稳定与设备安全。
（作者单位：中化泉州石化有限公司设备部）
作者简介
带触点输出的保护压板监控系统 篇4
带触点输出的保护压板监控系统具有以下优点:带触点输出的保护压板,触点输出信号稳定,触点信号汇总转换,便于安装接线;监控主机自动判断投退的正确性,有出错即时报警的功能;系统通过控制保护压板上的指示灯状态来实现对投递过程的引导和状态指示,整个投退过程更受控,准确性更高;系统支持保护压板操作模板程序直接调入使用,不需要在现场编制模板程序,可操作性更强,更方便。
2 带触点输出的保护压板监控系统整体设计
运用触点信号来判断保护压板的状态,通过触点信号中继器,将触点信号汇总,并转成RS-485通信方式与现场监控主机连接。监控主机软件根据内部的操作模板对保护压板的状态进行对比识别,并分析出结果,比对正确则正常,发现错误就会发错报警。系统结构如图1所示。
2.1 保护压板状态识别功能的实现
保护压板在实际操作过程中有两种状态:投入和退出。要对保护压板的投退过程进行监控,首先必须对保护压板的状态进行识别。设计的保护压板是带触点输出的,当保护压板的状态发生变化时,触点输出量也相应发生改变。系统通过触点输出量来判断保护压板的状态。
2.2 保护压板投退顺序判定功能的实现
系统中最重要的部分是对保护压板操作时投退顺序的判定,系统通过监控主机中编制的投退顺序模板对保护压板传输上来的状态信号进行比对,从而来判定保护压板的投退顺序是否正确。
2.3 系统对投退操作引导功能的实现
在保护压板投退过程中,正确的引导指示会大大降低错误率。系统通过监控主机预先编制好的投退顺序模板,由控制程序去控制保护压板上的指示灯。
3 带触点保护压板的设计
带触点保护压板电气设计原理和基本结构设计分别如图2、图3所示。
3.1 触点输出结构设计
根据保护压板搭接结构特点,以及投退动作特性,运用霍尔元件实现触点获取。保护压板的投入和退出操作状态,对应霍尔元件产生的触点信号闭合和断开。
3.2 触点信号的转换和传输
触点信号通过霍尔元件获得后,输入到单片机进行转换,通过总线方式上传到控制主机。
3.3 保护压板的状态指示和操作引导
保护压板的状态指示和操作引导通过指示灯来实现。当保护压板投退操作完成后,触点信号输入单片机,单片机控制完成指示灯亮起,实现状态指示作用。监控主机根据保护压板的触点信号输出,对照操作模板顺序来判断,下一个操作对象应该是哪一个,并通过程序控制对应的保护压板上的引导指示灯工作,实现引导作用。
4 触点信号中继器的设计
触点信号中继器的核心部件是单片机和RS-485通信模块。通过单片机实现对保护压板状态的汇总采集,并负责管理所有保护压板的编号。每个保护压板有对应的地址和编号,单片机实现对每个保护压板的触点信号的采集,并把监控主机反馈的信息处理后,传输给相应的保护压板,实现控制功能。RS-485模块实现与监控主机以RS-485方式进行通信。保护压板的触点信号以总线方式传到触点信号中继器的单片机,单片机处理后,通过RS-485模块上传给监控主机。
触点信号中继器让现场实际安装接线时变得很方便,不再需要布置很多根线,监控主机与触点信号中继器之间只要一路RS-485总线连接即可,触点信号中继器之间也只需要一根通信总线。实现了触点信号采集汇总和地址编号的统一管理。
5 监控主机的设计
(1)对保护压板的投退顺序进行监控的功能。接受保护压板上传的信号与输入的投退程序进行比对,判断投退操作是否正确。
(2)报警功能。如果在保护压板投退过程中,监控主机通过比对发现现场投退顺序与预先输入的正确的投退顺序不一致则会报警,提示操作者。
(3)保护压板投退引导功能。监控主机通过控制程序以及预先输入的投退模板,对保护压板上的状态指示灯进行控制,对下一个需要操作的保护压板进行提示引导。
(4)7″液晶屏显示。监控主机使用7″液晶屏显示,内部自带控制软件,现场保护压板的状态显示一目了然。
(5)USB功能。支持工作人员事先将保护压板投退模板的程序写好,然后直接拷入主机使用,不需要在现场的环境下编程,更方便,更人性化。
为实现以上功能,监控主机选用高性能单片机来对数据进行处理。保证数据处理速度达到现场操作的要求。所选用的单片机是silicon labs公司开发的,适合用于电力设备,可以稳定地完成温湿度的采集及数据对比和控制工作。具有性能高、低功耗、抗干扰能力强等特点,工作温度范围-40～+125℃。
对该监控主机的电路进行最优化设计,电路具有自检功能,内置防死机软件。电路会自动检测系统是否死机,如果死机软件会自动重启,保证了设备优异的持续性;具有故障自检功能,当出现故障时,就会有反馈信号到控制模块,并报警。
监控主机的控制软件是根据保护压板投退工作实际情况专门开发的配套软件。操作界面简洁明了。
监控主机设计原理如图4所示。
摘要：设计一种新型保护压板监控系统,由带触点输出的保护压板、触点信号中继器、监控主机组成。
关键词：带触点输出的保护压板,触点信号中继器,监控主机,投退过程引导,报警功能
参考文献
[1]郭素梅,高新强.数字化变电站保护压板操作的影响因素及处理措施[J].河北电力技术,2012,31(2)
监控保护器 篇5
5结语
综上，利用在线监控系统，建立完善的污染源在线监控体系，能够对企业的超标排污等违法行为进行实时监督，提高环境执法的效率和质量，国家必须针对污染源在线监控制定完善的法律法规，提高法律效能，才能真正发挥污染源在线监控的作用。
作者:侍云天 单位:阿盟环保局
参考文献：
变电站遥控监控系统防雷保护措施 篇6
近年来, 大部分变电站都实现了微机保护、综合自动化, 许多变电站采用微机监控, 实现了无人值守, 电力系统全面进入到了一个微机时代, 这是电力系统的技术进步, 是电力系统现代技术发展的必然趋势。但是, 目前也出现了一些问题, 那就是微机监控系统的电磁干扰和防雷保护, 因为监控系统运行在高电压、强电场的电磁环境中, 既有大电流造成的磁场和防雷保护干扰;又有高电压造成的电场干扰;有大电流流经接地装置时由地电位差引起的地电位干扰, 还有在雷击时由雷电过电压产生的雷电过电压干扰、雷电过电流干扰、静电干扰。而监控系统等电子器件又是对干扰非常敏感的元件, 特别是雷电干扰对其危害最为严重。
近年来, 永定县供电公司变电站所处的雷电环境恶劣, 变电站监控系统曾经多次遭到雷击造成测控保护设备、后台监控主机损坏。因而有必要对变电站雷电监控系统干扰进行研究, 对雷害事故进行分析。找出干扰的途径和方式。通过研究找出切实可行的防止雷电干扰的措施。
2 雷电对变电站监控系统干扰的方式
2.1 雷电通过低压电源系统产生的干扰
雷电经由低压电源系统对监控系统产生干扰, 是最为常见的干扰型式, 产生的危害也较大, 往往造成监控系统的电源模块的损坏。例如, 110 k V岐岭变电站在一次雷电活动中, 雷电打坏监控系统的电源模块;35 k V湖山变电站在雷电活动中打坏监控系统电源模块;35 k V城关变电所在雷电活动中打坏监控系统网卡, 最后经分析都是在雷电活动时, 雷电通过低压电源系统造成的。从雷电干扰的途径分析, 大都是雷电活动时, 雷电波沿线路侵入变电站, 有时由于雷电幅值较低, 不足以使线路或母线避雷器动作, 或避雷器动作时避雷器动作后的残压通过变压器的电磁感应耦合到低压侧, 使低压电源系统产生雷电过电压, 或强电源浪涌, 传输到监控系统的过电压有时甚至达上千伏, 由于大多数变电站在低压电源系统没有过电压保护措施, 雷电过电压得不到有效限制, 就会在低压电源系统中的绝缘薄弱处造成击穿。而监控系统的电子元件则正是绝缘的薄弱环节, 而监控系统的电源模块又首当其冲, 所以往往造成电源模块的击穿、损坏。
2.2 雷电流入地时造成的地电位干扰
在接地体附近冲击电位的梯度比工频电位的梯度大, 这是因为冲击电流通过接地体时, 接地体附近的阻抗区除有工频电流相似的电阻分量外, 由于磁场和集肤效应的作用, 还包括了较为显著的与频率有关的电阻和电感分量, 故电位梯度较大;离开接地体愈远, 由于电流通过的地层截面增大, 后一分量所占的比例显著减小, 因而地面冲击电位分布和工频电位分布相似。当雷电流经构架避雷针、避雷线或避雷器的接地引下线进入变电站的接地网, 再经接地网流入大地时, 会造成接地网的局部电位升高, 地网附近的电缆沟内往往有二次保护、计量、通信、控制等低压电缆, 如因接地的局部电位升高超过一定数值, 严重者会向二次电缆反击形成灾难性的事故。
接地网的冲击电压干扰通道主要有以下几种:
(1) 互感耦合, 即当二次线附近的接地体流过雷电流时, 会通过互感耦合在二次线上产生干扰电压, 干扰电压的大小与雷电流的大小及雷电流的流通通道和二次线的距离有关。
当雷电流通过接地引下线流入大地时, 并在周转的空间产生很强的电磁场, 这时会在二次线上产生感应电压U。如图1所示。
N点和t点之间的电位差u Nt将为:
其中:
从而:
式 (1) —式 (3) 中M———防雷地接地引下线与设备的接地引下线
之间的互感;
iL———雷电流;
RG———接地电阻;
R1———防雷接地引下线的电阻;
L1———防雷接地引下线的自感。
互感M愈大, ut就愈大, 当防雷接地引下线与设备的接地引下线贴M近似于L1。此时, 感应电压ut与接地线上电压uN几乎相等, 对设备的威胁也就愈大。
当设备的接地引下线与防协接地引下线靠近时, 由于L1≈M, uNt就减小为uNt段的电阻压降iLR1。此时, 虽然t点和N点的距离较近并不会产生反击。当两种引线间的距离增大时, M就减小, 如果距离大到一定程度, M就越近于零, 则有:
此时uNt也将增大, 但由于t点和N点的距离也相应增大, 也不会使tN点间出现反击。
如设备的外壳或引线靠近设备接地引线, 而设备的引下线和防雷接地引下线的距离增大时, N点和t点将出现反击。为防止反击, 设备应离开防雷接地引下线, 设备的接地引下线应用绝缘导线。
(2) 电容耦合在偶尔情况下, 金属部件P与引下线或某一接地部分间的电场可以增强到发生击穿的程度。与此相比, 在金属环路中感应出危险电压的情况经常出现。但总的来说, 这种危险只出现在陡度大的雷电流波头部分, 而持续的时间不会超过1～2μs, 感应电压的大小与环路的尺寸及距离雷电流通过的导线远近有关。图中i为雷电流, P为在引下线旁边的孤立金属部件。
式中U———引下线电压;
Uc——P上的电容性感应电压。
(3) 电磁耦合, 在雷电流通过变压器、电压互感器等设备, 由于电磁感应的作用会在二次线圈上感应出危险的雷电过电压, 这个电压会对微机系统或监控设备造成严重的危害, 如烧坏监控模块, 打坏计量、控制保护等设备。最为严重的是反映在监控系统等弱电系统的电源上。
3 变电站监控系统防止雷电干扰的措施
3.1 完善低压电源系统的防雷保护措施
因雷电通过低压电源系统对监控系统等弱电系统的危害较大, 因而低压电源系统的防雷保护也就特别重要。检查发生低压雷害事故的变电站, 发现在低压电源系统大都没有防雷保护措施, 而低压电源系统又直接关系着监控系统的安全。为防止低压电源系统的雷害事故, 在低压应釆取如下防雷保护措施: (1) 在变电站站用变压器的低压侧装相应电压等级的氧化锌避雷器进行保护; (2) 在监控系统的电源前边串接隔离变压器进行隔离, 并加装对地电容进行雷电波的吸收; (3) 在监控系统的电源前边串接浪涌吸收保护器进行保护。
3.2 改善接地网的冲击电位分布, 防止地电位干扰
(1) 降低接地网的接地电阻, 限制地电位升高, 特别要在构架避雷针、避雷器下增加垂直接地极的放射状的水平接地, 以降低其冲击接地电阻, 防止雷电流入地时造成的局部地电位升高向二次电缆反击。
(2) 改善冲击地电位分布, 限制局部电位升高。在设计接地网时应尽量采用方孔地网以改善地面电位分布, 对方孔地网的网格大小要从地电位分布均匀考虑, 防止局部电位升高。在电缆沟内要设置接地带, 在电缆沟附近要设置与电缆沟平行的水平均压带以改善电缆沟的电位均匀。防止地电位不均对二次回路的干扰。接地网表面的地电位分布要满足接触电压和跨步电压的要求。
式中UJ———接触电位差 (V) ;
UK———跨步电位差 (V) ;
ρf———地表土壤电阻率 (Ω·m) ;
t———接地短路故障电流持续时间 (s) 。
3.3 完善二次回路及计算机系统的屏蔽防止感应雷干扰
(1) 对控制室要加强其电磁屏蔽防止雷电活动时产生的静电干扰, 以及雷电放时造成的磁场干扰对计算机系统的影响;
(2) 对变电站二次电缆要使用屏蔽电缆防止雷电活动时在二次回路上产生感应过电压或产生静电感应。
3.4 完善信号回路感应雷干扰
变电站监控系统设备中包括很多网络设备, 如室外摄像机、红外对射探测器、后台安防主机以及中心机房设备等。室外摄像头应加装DXH06-AVC (DXH06-AV) 型视频监控系统3合1 (2合1) 防雷器, 使其免受雷电感应过电压、电源干扰、静电放电等所造成的损坏。红外对射探测器防护设备应加装QFL06-CH信号防雷器, 使其免受雷电过电压、电磁干扰、静电放电等所造成的损坏。后台监控主机应加装QFL06-V485系列视频线路防雷器, 采用前后两级保护, 第一级为粗保护, 用于泄能;第二级为细保护, 用于钳位。前后两级通过耦合, 使其残压低、衰减小, 达到真正理想的防雷效果。中心机房设备应加装QFL06-C系列计算机网络防雷器使其免受雷电感应过电压、电源干扰、静电放电等所造成的损坏。这样能够针对变电站中的网络传输系统就有了一个比较全面的保护。
4 结语
雷电活动时雷电波沿线路侵入变电站, 并通过变压器的电磁耦合到低压侧所造成的电源干扰和由雷电入地和工频大电流入地造成的地电位干扰对监控系统的干扰, 这主要是一些变电站在低压电源系统的防雷上和接地网的地电位干扰方面重视不够, 存在大量的缺陷, 因而对低压电源系统的防雷和地电位造成的干抗我们一定不能掉以轻心, 务必在搞清干扰的途径、干扰的方式和干扰的机理后, 采取切实可行的抗干扰措施, 有效保证监控系统在雷电活动时能安全运行、正确动作以保证电网的安全可靠运行。
参考文献
[1]李景禄.实用电力接地技术[M].中国电力出版社, 2002.67～99
[2]张纬 (钅发) 等.过电压保护及绝缘配合[M].清华大学出版社, 2002.257～282
监控保护器 篇7
随着科技的发展, 国民收入的提高, 车辆数量迅速增加, 为提高城市交通现代化水平, 改善城区交通条件, 城市交通综合管理系统应运而生, 对主要干道、中心区域进行交通信号的协调控制、区域控制。城市交通综合管理系统包括多个字系统, 其中最关键和最有效的是交通信号控制子系统和交通电视监控子系统, 即交通信号监控系统。每年都会因为雷击造成此系统不同程度的损坏。因此, 做好交通信号监控系统的防雷工程保障系统长期正常运行, 更好地为道路交通服务显得尤为需要。
1 交通信号监控系统频繁受雷击的原因
雷击灾害是较为严重的自然灾害, 除直接雷击造成人身安全和财产损失外, 感应雷对现代电子设备造成的危害也越来越严重。交通信号监控系统本身是电子化的综合智能系统, 高集成化、有各种先进的测量、监控、通信等电子设备。设备由于长时间在户外运行, 元器件抗容性能下降、耐过电压能力下降, 致使信号监控系统频繁受雷击
交通信号监控系统主要包括路口监控系统、车牌识别系统、事件检测系统、闭路电视监控系统、诱导大屏、电子警察设备。设备繁多, 光电缆线路长, 使得系统极易受过电压以及雷击电磁脉冲的侵袭, 使得弱电设备失效或损坏。
2 交通信号监控系统的雷电防护现状
对于一些旧的交通信号监控系统中只是部分有防雷措施, 而配套防雷器大多数又不满足要求。还有的认为交通信号监控系统在城市内有周边建筑物保护, 无需防雷。
3 交通信号监控系统防雷措施
该系统一般由三个组成部分, 分别是前端设备、传输线路和终端设备。
3.1 前端设备防雷
前端设备主要有交通信号灯、交通诱导屏、倒计时显示器、信号灯安装杆、车辆检测器、电子警察等组成。前端设备的结构较为简单, 没有标准强制规定需安装防雷措施, 但因外场设备易受感应雷电, 防雷接地显现尤为重要, 没有合理而良好的接地装置, 就不能把电荷尽快地泄放到大地, 有效地防雷。
如前端设备摄像头应置于接闪器有效保护范围内, 也可架设在前端设备的支撑杆上, 电源线和信号线沿金属支撑杆敷设并穿金属管埋地敷设, 金属管两端良好接地, 起屏蔽接地作用, 防止泄流过程中产生的电磁感应。各设备应进行独立的接地网制作, 在设备基础底座附近适当位置设人工地网, 并将地网与设备基座进行可靠焊接。地网宜选择在人行道路口、高速公路两侧路基外或中央, 尽可能避开道路地下管线, 如施工中发现应小心避开或另选地点。除此以外还应在这些线路接入前端加装适配的SPD。
3.2 传输部分防雷
传输部分由路口前端和控制中心的调制解调器及传输信号线和电源线组成。交通信号监控系统通过电话线或光缆接入城市道路交通监控中心或就近接入路段监控分中心图像和数据接入汇结点。为防止雷击造成埋地线缆故障, 采用带屏蔽层的线缆或线缆穿钢管埋地敷设, 金属管道应保持电气连通且至少两端接地。对于无法保证电气连接处可靠电气连接的情况, 应采用截面积大于10mm2铜线跨接。当电缆全程穿金属管有难度时, 可在进入终端和前端设备前将电缆穿金属管埋地引入, 埋地长度不小于15m。在入户端将电缆金属外皮、钢管同防雷接地装置相连。此外, 必须在线路两端接入调制解调器前安装电涌保护器。
3.3 终端设备防雷
在交通信号监控系统中, 终端监控中心是整个系统的核心, 应从多方面进行雷电防护。监控中心所在建筑物应按《建筑物防雷技术规范》GB50057-2010进行设计。监控中心应在接闪器保护范围内, 除此还应注意几点:在电源入户端上应设置三级的电涌保护器, 以防雷击高电位从电源线侵入。在弱电系统传输线、信号线等进入前端设备或进入中心控制台之前都应在适当位置加装相应型号级别的信号保护器。室内防静电地板下的配线应用金属线槽防护, 并将线槽两端接地。监控中心室应设置总等电位端子板, 并将PE (PEN) 母排, 防雷接地、设备保护接地以及防静电接地等连接到总等电位端子板上以防止电位差。电涌保护器的接地线应以最短的距离与等电位端进行电气连接。如总等电位连接实施有困难时, 可在设备密集区域, 实施局部等电位连接。机箱 (柜) 内的线缆屏蔽层、电涌保护器的接地线等与设备外壳进行局部等电位连接。
交通信号监控系统防雷工程是一个综合防护工程, 防雷保护不仅取决于防雷装置的性能, 更重要的是设计施工之前, 就要考虑设备所处的地理位置、设计合适的线缆布放方式, 屏蔽及接地方式。只有这样才能将雷电对系统的损害降到最低, 保障系统长期正常运行。
参考文献
[1]《建筑物防雷设计规范》 (GB50057-2010)
[2]《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》 (GB50169-92)
监控保护器 篇8
TBH522型150k W短波发射机作为无线局的主力机型之一,在安全播出中发挥了重要作用。在实际运行过程中,发射机运行较为稳定,本文主要讨论的是改善发射机的保护系统,使发射机的稳定性将会进一步提升。
现有的保护系统中,发射机的保护信号有 :高前打火、高前管打火、高末打火、高末帘栅打火和T网络打火;高前帘栅流、高前板流、高末帘栅流、高末板流、驻波比稍大和驻波比过大、过耗 ;风接点和水接点信号。目前,发射机只针对高前板流、高前帘栅流、高末帘栅流和高末板流等四个电流值进行保护,一旦出现高前板流或高前帘栅流过大的情况,发射机保护系统就断开高前 ;出现高末帘栅流和高末板流过大的情况,发射机保护系统就断开高末。上述的电流保护措施是非常必要的,然而,这样的保护措施还是不够的。没有对水泵和气泵等辅助设备进行监测,一旦风机等设备出现三相不平衡等异态,我们就无法检测。因此,如果能够监测这些电流值,我们就很容易做出判断。
2 系统总体架构
发射机保护系统监控平台设计了服务器端和客户端软件,服务器端通过接口转换模块7520访问牛顿模块7017,各模拟量通过滤波器连接到牛顿模块7017各个端口。客户端通过服务器端获取相应信息。
发射机保护系统监控平台主要由28个牛顿模块I-7017、牛顿模块I-7520、28块滤波板、一台本地服务器等硬件构成。如图1所示。
(1)信号处理电路 :在采集模块的前端加装具有滤波、限流和稳压功能的小板进行信号处理 :稳压的作用是当输入信号发生突变时能保护采集模块的安全,牛顿模块端口输入电压不能大于24V,该稳压二极管的稳压值在12v左右,有足够的安全范围 ;限流的作用是因为目前的采集方式下,如果模块损坏后,会将输入的模拟量短路,造成电控小盒内所需的正常模拟量也被短路,就不能进行正常的控制操作,增加此电阻后,模块的损坏不会影响到电控小盒的正常功能,模块功能正常时,其输入阻抗足够大(高达20MΩ),因此限流电阻不会影响采样值。
(2)模拟量采集模块
本系统模拟量采集使用的牛顿模块I-7017。该模块安全性高,模块自带双看门狗,保障系统安全。通用性好,内置鸿格专利自适应芯片,方便组网连接。快速组网,仅需要两根通讯信号线就可以建立起一个多点的分布式RS-485网络。
该模块具有如下特点 :
●通道 :8路差动或6路差动 +2路单端(跳线选择);
●分辨率 :16位 ;
●输入类型 :m V,V,m A(接125Ω外电阻);
●精度 :0.1% ;
●输入阻抗 :20MΩ ;
●过电压保护 :35V ;
(3)接口转换模块
接口转换模块使用的是牛顿模块I-7520。
7520的简单技术参数如下 :
●输出 :RS-232协议 ;
●输入 :RS-485协议 ;
●速率 :300-115200bps,自动识别
●隔离电压 :3000Vdc,保护在RS485端 ;
●传输距离 :1200m或256个模块。
7520模块在这里主要用于连接上位机和采集牛顿模块7017,起到RS-485协议和RS-232协议之间的转换作用,并进行正常通信。
3 系统工作原理
发射机保护系统监控平台的数据采集集过过程程 ::远远程程控控制制台台通通过过网网络络访访问问本本地地一一体体体化化化机机机,,,一一一体体体化化化机机机通通过过串串口口读读取取牛牛顿顿模模块块各各端端口口的的数数值值。。
发射机保护系统监控平台是由软件分析采集的数据,根据结果自动做出判断,并提前预警。现有的150k W发射机采集的数据量很少,仅限于高前级和高末级的有关电流电压等数据,监控的范围很小,很多设备没有监控,比如风机和水泵等设备。在当前,我们只能通过巡视来查看设备是否正常,而实际上,巡视中获取的信息是有限的,只能通过设备是否振动等获知设备的工作状态。还有,相比较而言,巡视所占的时间很短,不超过百分之一,大部分时间都处在非巡视时间,那么这段时间内设备的运行状况就处于无人看管的状态。发射机保护系统监控平台的作用之一就是可以实时监控电流来确定设备的工作状态,并且根据设备的运行状态提前进行预警,比如电机三相电流不平衡,可以提前警告,做到防患于未然,而不必等到巡视或者故障发生之后才发现。
发射机保护系统监控平台的作用之二就是可以根据表值变化判断发射机是否正常,及时自动发出告警信号,从而有效降低值班监控人员的工作压力。比如可以设定正常工作时的板压、板流等范围,如果采集的数据超过这个范围,就发出发射机异态信号,从而提醒值班监控人员进行相应操作。例如,一般情况下,150k W发射机的末极栅流处于0.5A到1.0A之间,如果末极栅流小于0.5A,系统提示末极栅流太小,需要增加末极栅流,值班监控人员根据表值进行调整。对值班监控人员来说,不需要查看每一个表值,只需查看监控平台是否有告警指示即可,极大提高工作效率。
4 总结
发射机保护系统监控平台不仅采集了150k W发射机的各级电流和电压数据,同时也采集了发射机辅助系统的电流数据,根据数值变化,软件可以自动判断发射机的工作状态,如果出现异常,能够自动判断并发出提示,有效保障发射机系统稳定运行,为发射机的检修维护提供可靠的参数,和原保护系统相比,扩大了保护的范围和类型,并且能够提前进行预警,提高保障级别。
摘要：本文讨论的是TBH522型150k W短波发射机保护系统监控平台的设计,本系统不仅主要监控发射机的各级电流和电压数据,更增加了辅助系统的技术数据的监控,如水泵和气泵等,并且依据数据大小,系统能够有效进行判断,并自动发出提示。
嵌入式电弧光保护及监控系统设计 篇9
开关柜内部弧光短路故障是配电系统中一种非常严重的故障,往往会造成灾难性的后果,其内部电弧燃烧释放的巨大能量所产生的各种故障电弧效应,严重烧毁昂贵的开关设备,短路电流冲击可损坏主变压器,造成长时间停电。更严重的是,它还会造成附近工作人员的人身伤亡事故[1]。
目前,在实际运行中的中低压开关柜及母线故障保护方案主要有三种:变压器后备过流保护方案、馈线过流保护闭锁变压器过流保护方案和采用环流原理的高阻抗母线保护方案。以上三种方案由于动作时间都超过开关柜内部耐受的最大燃弧时间(1OOms),均不能满足快速切除故障或保护覆盖范围的要求。弧光是检测弧光短路最快速有效的方法,因此本文设计了基于A R M和C A N总线的电弧光保护及监控系统,它具有非常快的动作速度,其整套保护的动作时间在几毫秒以内,对开关柜各单元室的总故障清除时间可控制在l O O m s以内,同时可以将故障点通过C A N总线传送给上位计算机,实现对弧光短路故障的实时监控。
2 硬件组成及原理
电弧光保护及监控系统总体结构如图1所示,下面就重要部分进行分别介绍。
2.1 微处理器
本系统的微处理器采用三星公司的S3C44B0X处理器[2],与电源电路、时钟电路、存储器系统及复位电路共同组成微控制系统。复位电路选用了系统监视复位芯片IMP811S,可提供高效的电源监视功能,确保系统工作正常。
S 3 C 4 4 B O X微处理器是1 6/3 2位R I S C内核A R M 7 T D M I处理器,在此基础上扩展了一系列完整的通用外围接口单元,能够提供高性价比能的嵌入式解决方案。S3CA4BOX系统外围接口单元包括支持30个中断源的中断控制器,4路D M A控制器,7 1个通用I/O口,2个可编程波特率的UART,LCD控制器,8路10位A/D转换器,8位同步串行数据传送SIO,1个多主机I2C总线控制器,1个I2S总线控制器。
2.2 弧光检测电路
图2为某一路弧光检测原理图,其中电弧光信号的采集采用紫外增强型光伏型硅光电二极管,波长范围是200~110nm,可以满足弧光的光谱范围;有效接收面积大,线性度较好,输出的是电流信号。
当弧光出现时,光电二极管反向电流增加,三极管导通,四输入与门输出端变低。将与门输出端与S3C44B0X的外部中断EINTn引脚相连,可在弧光出现时为S3C44B0X提供中断信号,达到检测的实时性。同时为了增加可检测弧光的点数,通过CPLD逻辑引入了4输入与门,这样一个外部中断可对4个弧光点进行检测。由于S3C44B0X有8个外部中断,除去一个用于CAN通信外,可最多对外部28个弧光点进行检测。将与门的输入端与S3C44B0X的GPIO引脚相连,可在中断出现时以查询的方式区分出哪个点出现弧光。
2.3 人机接口
为了便于修改参数及查看故障点,系统加入了矩阵键盘和LCD显示器。S3C44B0X内部含有一个LCD驱动控制器,能自动产生LCD驱动控制所需的控制信号,因此44BOX能与SIN型的彩色LCD屏直接连接,不需要外加控制器。本系统采用松下L78C64的液晶屏。键盘通过Z L G 7 2 9 0芯片以I 2 C总线接口形式与S3C44B0X相连。
2.4 继电器驱动电路
当弧光出现时,应快速切断电路,以保证开关柜及中低压母线的安全。因此采用光电隔离方式驱动高速固态继电器,以达到保护的快速性。继电器驱动电路如图3所示。光耦的通断由S3C44B0X的通用I/O端口GPIO控制。
2.5 CAN通信电路
为了将弧光故障信息及时传送给上位监控计算机,系统采用了CAN总线通信技术[3]。下位机S3C44B0X实时采集弧光信息,包括故障点、时间等;上位计算机保存弧光信息以方便监控与查询。
CAN总线是一种有效支持分布控制和实时控制的串行通信网络,是一种通信速率可达1 Mb/s的多主总线,具有优先抢占方式进行总线仲裁的作用机理,错误帧可自动重发,永久故障可自动隔离,不影响整个网络正常工作,可靠性高,而且协议简单,开放性强,组网灵活,成本较低。
由于S3C44B0X本身不带CAN总线控制器,所以系统采用芯片S J A 1 0 0 0扩展C A N总线接口。由于A R M芯片不会自动产生地址锁存信号ALE,所以在设计硬件电路时,采用CPLD技术增加了译码电路以得到所需的A L E。S 3 C 4 4 B 0 X与上位计算机通信的C A N接口电路如图4所示。
SJA1000芯片是符合CAN2.0A协议的总线控制器,具有完成CAN通信协议所要求的全部特性。TJA1040芯片是C A N总线收发器,是C A N控制器与物理总线间的接口,可以提供对总线的差动发送和接收能力,与IS011898标准完全兼容。
上位计算机侧采用并行端口E P P协议通过对并口操作来实现对SJA1000芯片的控制。由于SJA1000的访问时间在40ns以内,所以PC在访问SJA1000时完全可以不用插入等待周期。W A I T可以由A D D S T B和DATASTB信号经过一个与门后产生。由于SJA1000的A L E下降沿锁存地址信号,所以将A D D S T B反相后与ALE相连。在EPP的数据读/写周期时,SJA1000的RD和W R控制信号有效,而在地址读/写周期时无效。SJA1000的RST脚与并行端口的RESET脚相连,由PC机向SJA1000提供复位信号。SJA1000的片选CS脚接地,始终处于选通状态。
3 系统软件设计
电弧光保护及监控系统中,下位机S3C44B0X完成弧光检测、参数输入与显示、断电控制及声光报警等功能,并将弧光信息通过CAN总线传送给上位计算机。上位机完成弧光信息接收与存储,并方便随时查询。下面分别介绍下位机和上位机的软件设计方法。
3.1 S3C44B0X的软件设计
弧光检测采用中断方式,中断产生时要通过软件查询来判断弧光发生在哪一点,因此要将用来查询的GPIO方向配置为输入,并通过I2C总线扫描按键信息,驱动LCD显示器显示所需参数。主程序流程见图5(a)。
C A N控制器初始化主要用来实现C A N工作时的参数设置,包括硬件使能CAN、设置CAN报警界限、设置C A N总线波特率、设置中断工作方式、设置C A N验收过滤器的工作方式、设置CAN控制器的工作模式等[4]。
弧光出现时,中断处理要引发声光报警并切断电路,同时将弧光信息通过C A N总线传送给上位计算机。中断处理程序流程如图5(b)所示。
在编写C A N数据发送函数时有一点必须注意,因为在启动发送数据的命令后,CAN控制器要将缓冲区内的数据发送完毕后,才会将该帧数据是否发送成功的状态返回。这样如果在函数里一直等待数据发送完毕,会使整个微处理器的性能下降,所以为了避免这种情况,该函数在启动发送后应立即返回,如果想要得到成功发送的事件,应配合发送中断或利用查询TCS状态位的方法来处理。
3.2 上位机的软件设计
上位机采用Visual C++建立对话框接收对象,并采用A C C E S S小型数据库来实现弧光信息的存储与查询。首先要通过并口EPP协议完成对SJA1000芯片的初始化,读取接口状态和控制接口都只须对相应的EPP端口寄存器进行操作。下面给出Windows98环境下采用VC++嵌入汇编的收和发的子程序(基地址为378h)。
并口写字节程序:
4 结束语
本文所设计的基于A R M与C A N通信的电弧光保护及监控系统具有成本低、响应快、可靠性高、通信距离远等优点,对于信号的处理可以通过修改程序来灵活改变,也可以通过更换传感器和检测电路来实现其他信号的检测。另外,由于S3C44B0X拥有8路10位的A/D转换器,其扩展性也很强,可以用来测量弧光短路时产生的声音、温度和电流等其他信号,并利用信息融合技术来判断故障电弧的产生。
摘要：以嵌入式处理器ARM7为核心,结合CAN总线通信技术,设计了一套电弧光保护及监控系统。系统实时检测电弧光,可在弧光发生时以最快速度切断电路,并将弧光信息通过CAN总线传送给上位计算机。给出了系统的硬件组成与程序流程。实验表明,本系统比传统保护系统响应快、可靠性高,而且通信距离远,可在极大程度上降低弧光发生带来的灾难性后果。
关键词：电弧光,ARM7,S3C44B0X,CAN总线
参考文献
[1]田广青电弧光保护及其在中低压开关柜和母线保护中的应用[J]电工技术杂志,2004,(1):27-30.
[2]田泽.嵌入式系统开发与应用实用教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.
[3]饶运涛,邹继军,郑勇芸.现场总线CAN原理与应用技术[M].北京:北京航?空航天大学出版社,2003.
监控保护器 篇10
1 视频监控系统防雷保护方案
潜山供电公司为解决雷击对视频监控设备的破坏, 减少损失、降低维护成本。决定对管辖的8座35k V变电站视频监控系统进行防雷保护设施建设。
1.1 视频电源防雷保护
视频监控设备遭受雷击大部分原因是雷电活动时, 雷电波沿线路侵入变电站, 通过所用变的电磁感应耦合到低压侧, 使低压电源系统产生雷电过电压或强电源浪涌。雷电过电压得不到有效限制就会使低压电源系统中的电源模块击穿、损坏, 因此电源防雷保护是整个视频监控系统防雷的重点, 为此潜山供电公司决定采用最先进的四级电源防雷防护措施。
(1) 第一级电源防雷:在所用变屏低压配电盘的电源进出线端, 安装一套电源防雷器, 实现对电源的第一级防护。用来抑制吸收该电源线上所产生并传导的感应雷电或系统操作过电压, 保护视频监控系统交流电源。
(2) 第二级电源防雷:安装在视频机柜里UPS电源前端, 作为次级防雷器。可用来抑制吸收第一级防雷器的残余电压或系统操作过电压。
(3) 第三级电源防雷:对视频机柜里的硬盘录像机、ICM3.0综合报警单元、协议转换器、音响空放等设备进行防雷保护。将以前使用的普通插座更换为单相电源防雷插座, 防止雷电侵入破坏。
(4) 第四级电源防雷:由于摄像机都是采用直流电源 (DC12V) 供电, 直流电源的安全稳定是视频监控系统安全稳定的基础。为防止雷电电磁脉冲对直流电源造成损害, 在逆变器的整流电源侧加装直流电源型电涌保护器, 从根本上解决雷击对直流系统的损害。
通过以上四级电源防雷的层层防护, 将雷电流最大限度地在源头上控制在允许的耐受范围之内, 以确保设备安全运行。
1.2 视频信号防雷保护
针对室外云台摄像头前端安装采用三合一防雷器, 对电源、云台控制、视频信号进行保护;而室内的枪型摄像机是采用二合一防雷器, 对电源、视频信号进行保护。摄像机通过带BNC接头的75Ω同轴电缆传输到视频机柜里的硬盘录像机。视频线进入视频机柜后, 在硬盘录像机的输入端口处, 安装视频信号组合防雷器, 防雷器就近在机柜地线汇集排上接地, 主要用来抑制吸收各视频线上所产生并传导的感应雷电, 保护硬盘录象机和摄像头。
1.3 云台控制信号线防雷保护:
球形摄像机通过云台控制信号线 (RS485) , 接受监控中心主机的控制。在信号控制线进入视频机柜后, 在控制线到硬盘录像机输入端口处, 安装控制信号防雷器, 防雷器就近在机柜地线汇集排上接地, 其主要用来抑制吸收各云台控制线上所产生并传导的感应雷电, 保护云台控制器。
1.4 防雷接地保护
在视频监控系统防雷施工中, 必须要求具备良好的接地系统, 才能确保防雷系统能有效将雷电流泄入地中, 进而保障设备与人身安全。因变电所低压用电系统所占的面积不是很大, 工作地接地环采用4×40mm扁铜带沿变电站控制室墙壁0.5m处布放成环状, 每根扁铜带用膨胀螺钉架空5~10cm铺设在地面上。将接地环用4×40mm扁铜带与直流接地引下线作焊接处理。视频机柜内设备的接地线以最短的方式直接连接到环状工作地接地环上。
2 视频监控系统防雷保护存在的问题
通过近3年多的运行, 防雷整体效果明显, 设备遭受雷击损坏率明显降低, 从而保证了视频监控系统安全、稳定、可靠运行, 但仍存在一些问题和隐患。
(1) 安装在室外云台机近端的三合一防雷器接头处氧化严重。当初对室外云台机进行防雷施工时, 由于没有合适地方安装三合一防雷器, 于是就近将防雷器安装在附近的电缆沟里, 因电缆沟潮湿阴暗, 造成防雷器两端接口处氧化比较严重, 造成视频信号比较模糊, 干扰情况比较严重, 影响视频监控效果。