配網(wǎng)試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置研究

隨著我國配網(wǎng)發(fā)展水平越來越高，對于各類配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備的要求也越來越嚴(yán)格，配網(wǎng)自動(dòng)化產(chǎn)品需要經(jīng)過嚴(yán)格的出廠試驗(yàn)、交接試驗(yàn)以及預(yù)防性試驗(yàn)等一系列有相關(guān)規(guī)程規(guī)范明確要求的質(zhì)量檢測后才應(yīng)用于電網(wǎng)建設(shè)中，針對配網(wǎng)自動(dòng)化設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理不完善的客觀現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了一種試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置，可大大提高試驗(yàn)效率，減少數(shù)據(jù)出錯(cuò)概率，本文以回路電阻測試儀為例說明該裝置實(shí)際意義。

1  試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置的研究背景

隨著我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，以及用戶對供電可靠性要求的逐步提高，配網(wǎng)設(shè)備的試驗(yàn)工作成為生產(chǎn)管理工作中的重要組成部分，實(shí)際上，由于配網(wǎng)項(xiàng)目大量投運(yùn)，配網(wǎng)設(shè)備試驗(yàn)工作存在客觀阻礙因素，因此出現(xiàn)許多試驗(yàn)現(xiàn)場監(jiān)督不到位、試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理不完善、試驗(yàn)報(bào)告不規(guī)范的現(xiàn)象，對提高配網(wǎng)設(shè)備健康水平，保證電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行帶來阻礙。目前設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集主要以人工收集的方式為主，耗費(fèi)了大量的人力物力資源，不利于電網(wǎng)建設(shè)的長期發(fā)展，針對這一情況，本項(xiàng)目對現(xiàn)有配網(wǎng)試驗(yàn)儀器進(jìn)行升級改造，研究了一種試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置，在配網(wǎng)試驗(yàn)儀器輸出回路增加數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測集成模塊，通過采集試驗(yàn)設(shè)備輸出的電氣參數(shù)，如輸出電壓、輸出電流、回路電阻，自行判斷測試結(jié)果值是否滿足要求，同時(shí)規(guī)范試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，自動(dòng)監(jiān)測判別試驗(yàn)結(jié)果，自動(dòng)生成試驗(yàn)報(bào)告，大大提高了試驗(yàn)效率，減少試驗(yàn)數(shù)據(jù)出錯(cuò)概率，進(jìn)而提高試驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行管理水平，加強(qiáng)電網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)。

2  回路電阻測試儀簡介

10kV環(huán)網(wǎng)柜是配網(wǎng)重要的電氣設(shè)備之一，回路電阻測試是檢測環(huán)網(wǎng)柜質(zhì)量和運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要手段，根據(jù)《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50150-2016）規(guī)定，隔離開關(guān)、負(fù)荷開關(guān)及高壓熔斷器的試驗(yàn)項(xiàng)目，應(yīng)包括下列內(nèi)容：（1）測量絕緣電阻；（2）測量高壓限流熔管司的直流電阻；（3）測量負(fù)荷開關(guān)導(dǎo)電回路的電阻；（4）交流耐壓試驗(yàn)；（5）檢查操動(dòng)機(jī)構(gòu)線圈的最低動(dòng)作電壓；（6）操動(dòng)機(jī)構(gòu)的試驗(yàn)。在高壓斷路器的型式試驗(yàn)、交接試驗(yàn)和預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目中，要求使用直流壓降法進(jìn)行測試回路電阻，目的在于通過實(shí)際測量來確定開關(guān)柜斷口的到底回路電阻值是否在規(guī)定的范圍內(nèi)，同時(shí)可以反映高壓斷路器承受長期截流和短路電流的性能。

本項(xiàng)目中使用的電阻回路測試儀為寧夏銀川中試電力設(shè)備有限公司生產(chǎn)的ZSHL-I型100A回路電阻測試儀，該設(shè)備輸出電壓高，測量量程寬，可達(dá)100mΩ，測試電流來自高精度的100A開關(guān)式恒流電源，不需要人工調(diào)節(jié)，即可迅速精確地完成測試。

圖1是回路電阻測試儀測試接線圖，通常用紅色線連接回路電阻測試儀的I+、V+端，用黑色線連接回路電阻測試儀的I-、V-端，兩根線的另一端分別接到待測回路的兩端，開啟回路電阻測試儀后，測試儀將產(chǎn)生100A的大電流，根據(jù)歐姆定律可得出待測電阻阻值大小。

圖1  回路電阻測試儀測試接線圖

3  試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置組成

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置由監(jiān)測單元及上位機(jī)組成，圖2是試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與檢測系統(tǒng)的工作流程框圖。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置的監(jiān)測單元由高性能嵌入式處理器（CPU）、多路數(shù)據(jù)采集卡、高速存儲(chǔ)器(RAM)以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸芯片組成，可與回路電阻測試儀的輸出端直接相連，采集回路電路測試儀的回路電阻輸出值，并通過無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)（Wi-Fi）將數(shù)據(jù)上傳至上位機(jī)，此處上位機(jī)為裝有專用監(jiān)測app的智能移動(dòng)終端。

圖2  試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與檢測系統(tǒng)的工作流程框圖

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置可與回路電阻測試儀直接相連，通過數(shù)據(jù)接口，將回路電阻測試儀的測試數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測單元核心處理器進(jìn)行處理，根據(jù)已編寫好的算法，將采集到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)校驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，自動(dòng)得出判別結(jié)果，對于同一設(shè)備的不同類型試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置可根據(jù)不同的試驗(yàn)任務(wù)種類進(jìn)行判別，對于高壓斷路器回路電阻測試，試驗(yàn)類型分為預(yù)防性試驗(yàn)和交接試驗(yàn)，其測試標(biāo)準(zhǔn)有一定偏差，通過在試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置中設(shè)定不同的限值，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)需要輸出判別結(jié)果的功能，得出判別結(jié)果后，試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置可根據(jù)研究分析自動(dòng)生成不同格式的試驗(yàn)報(bào)告。采集到的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在上傳至上位機(jī)的同時(shí)，會(huì)保存在內(nèi)部存儲(chǔ)器中，建立龐大的數(shù)據(jù)庫，并允許用戶對數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)用，輸出歷史曲線，觀察設(shè)備歷史運(yùn)行狀態(tài)曲線，對發(fā)現(xiàn)故障特征、有針對性預(yù)防事故有重大意義。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置內(nèi)部裝有Wi-Fi模塊，可生成供智能移動(dòng)終端連接的網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)，在智能移動(dòng)終端打開專用監(jiān)測app，即可建立與試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)連接通道，通過智能移動(dòng)終端，用戶可以查看實(shí)時(shí)回路電阻測試數(shù)據(jù)，以及歷史測試數(shù)據(jù)，同時(shí)app具有任務(wù)選擇功能，選擇不同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定不同的限值，得出判別結(jié)果。利用Wi-Fi技術(shù)上傳數(shù)據(jù)，傳輸效率高，抗干擾性強(qiáng)，同時(shí)減少了許多現(xiàn)場測試不必要的被動(dòng)調(diào)整工作量，可廣泛應(yīng)用于測控現(xiàn)場。

應(yīng)用于回路電阻測試儀上時(shí)，分別將回路電阻測試儀V+、V-端接入試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置，并在其中一段電流輸入端放置一個(gè)電流互感器，即可將回路電阻的測試數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測裝置，完成實(shí)時(shí)采集與顯示。

3.1  核心處理器

試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置采用高性能嵌入式處理器LPC1768作為核心處理器，LPC1768微控制器是基于Cortex-M3的用于處理要求高度集成和低功耗的嵌入式應(yīng)用，其操作頻率可達(dá)100MHz，外設(shè)組件包含高達(dá)512KB的Flash存儲(chǔ)器、64KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、以太網(wǎng)MAC/USB主機(jī)/從機(jī)/OTG接口、8通道的通用DMA控制器、4個(gè)UART、2條CAN通道、2個(gè)SSP控制器、SPI接口、3個(gè)I2C接口、8通道的12位ADC、10位DAC、電機(jī)控制PWM、正交編碼器接口、4個(gè)通用定時(shí)器、帶獨(dú)立電池供電的超低功耗RTC和多達(dá)70個(gè)的通用I/O口，滿足嵌入式測控系統(tǒng)開發(fā)需求。

3.2  多路數(shù)據(jù)采集卡

為滿足裝置對多路數(shù)據(jù)采集的功能需求，選用AD7705作為外擴(kuò)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，完成對多路數(shù)據(jù)的采集轉(zhuǎn)換。AD7705是應(yīng)用于低頻測量的2/3通道模擬前段，該器件可以直接接受來自傳感器的低電平輸入信號，并產(chǎn)生串行的數(shù)字輸出，芯片采用3.3V電源供電，功耗低，穩(wěn)定性高，是用于智能系統(tǒng)、微控制器系統(tǒng)和基于DSP系統(tǒng)的理想產(chǎn)品，在AD7606的輸入端前加一個(gè)同相放大電路，將輸入信號放大約48倍，以滿足AD7705后續(xù)采樣需求。

3.3  Wi-Fi模塊

無線保真技術(shù)（Wi-Fi）是常用于短距離、高速數(shù)據(jù)傳輸，在環(huán)境因素復(fù)雜的測控現(xiàn)場，為了簡化裝置連線，提高裝置抗干擾能力，Wi-Fi通信技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于監(jiān)測系統(tǒng)中，本裝置采用USR-C322 Wi-Fi模塊，為智能移動(dòng)終端提供Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測裝置與智能移動(dòng)終端的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。

4  結(jié)語

本文介紹了一種試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置，對獲得試驗(yàn)設(shè)備試驗(yàn)結(jié)果實(shí)時(shí)監(jiān)測提供了可行方案，本裝置可廣泛應(yīng)用于電力設(shè)備試驗(yàn)儀器現(xiàn)場監(jiān)測。由于工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用環(huán)境 ,試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置在精度和穩(wěn)定性方面有待提高，在后續(xù)生產(chǎn)研發(fā)過程中，增加不同的產(chǎn)品硬件配置以及軟件界面功能設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置的多元化應(yīng)用，將對配網(wǎng)自動(dòng)化建設(shè)帶來可觀收益。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://12-baidu.cn/w/qk/21223.html