本文對智能開關柜監(jiān)測系統(tǒng)進行了介紹，從硬件和軟件兩方面入手對智能高壓開關柜監(jiān)測系統(tǒng)進行了設計和研究，并對其防干擾措施進行了分析，對高壓開關柜的智能化發(fā)展具有一定的借鑒意義。

1.1 高壓開關柜監(jiān)測系統(tǒng)的總體架構

圖1 高壓開關柜監(jiān)測系統(tǒng)結構圖

1.2 開關柜監(jiān)測裝置硬件設計

在系統(tǒng)出現(xiàn)過載時，及時向斷路器發(fā)送過載保護信號。監(jiān)測裝置采用雙CPU結構，其主要包括1#主控保護單片機以及2#監(jiān)測保護單片機，兩個CPU通過雙口RAM存儲器實現(xiàn)了內(nèi)存空間的共享，監(jiān)測裝置的硬件結構圖如下圖所示。

當有故障發(fā)生時，裝置根據(jù)計算分析，執(zhí)行故障保護以及報警信號的發(fā)出等動作。1#主控保護單片機在2#單片機完成信號采集功能后，將存儲器中的數(shù)值取出從而對當前電壓和電流值進行計算，并在LCD上顯示。此外1#單片機還負責CAN通信功能。電壓模塊為裝置提供運行所需的5V和±12V電壓。

裝置的電流測量采取磁傳感器矩陣法，TMR傳感器的信號需進行調(diào)理和轉換后才能進行運算處理。由于傳感器的輸出信號電壓大約在±600mV之間，需要對其進行放到大處理，放大7倍到4.2V，剩余部分電壓余量作為過載電流以及沖擊電流的報警區(qū)間。由于系統(tǒng)的運行環(huán)境干擾較為嚴重，因此放大器應安裝在傳感器探頭中，并采用12V電壓供電。

本文采用模擬低通濾波電路，其原理圖如下圖所示。

1.3 監(jiān)測系統(tǒng)軟件整體設計

系統(tǒng)主控CPU程序流程如下圖所示。監(jiān)測保護單片機的采集程序運行后，只有在監(jiān)測到系統(tǒng)出現(xiàn)短路等重故障跳閘保護后或者主控CPU發(fā)出停止中斷命令后才會中斷采集。

監(jiān)測單元的雙CPU架構雖然硬件配置較低，但可以進行多任務監(jiān)測，為確保兩個CPU的協(xié)調(diào)，CPU之間需約定握手協(xié)議，兩個CPU之間通過通信口和外部中斷完成通信和握手。2#CPU通向1#CPU有采集完成中斷和故障報警中斷兩個中斷，1#CPU到2#CPU有一個停止中斷信號。

在自檢確認完成以后，1#CPU向2#CPU發(fā)送信號采集啟動命令，系統(tǒng)開始運行，否則將有相應的故障報警顯示。CPU自檢中斷握手流程如如下所示。

首先對CPU聯(lián)機調(diào)試，采用在程序中進行脈沖觸發(fā)計時的方式計算各功能模塊的運行時間。我們記錄系統(tǒng)在一個采集周期內(nèi)能否實現(xiàn)有效值完成一次計算、LCD屏幕兩次刷新、數(shù)據(jù)上傳一次、按鍵響應一次，同時不會對監(jiān)測保護CPU的中斷響應造成影響。經(jīng)測試得出系統(tǒng)各功能模塊的極限消耗時間如下表所示。

然后對系統(tǒng)功能進行測試，測試電流采用大電流發(fā)生器供應，羅氏線圈提供電流標準值，并對監(jiān)測裝置的電流值進行記錄。橫坐標為標準電流有效值，縱坐標為顯示電流有效值，在測試中系統(tǒng)量程分為峰值0-50A和50-1200A兩種，測試結果如下圖所示。

為了進一步驗證裝置的可靠性，對系統(tǒng)在不同的天氣狀況下又進行了多次測試，其最大誤差結果如下表所示。系統(tǒng)仍能滿足0.2級監(jiān)測的要求，重復性較好。

需要注意的是隨著功能的復雜化，可能需要選擇運算速率更快的單片機芯片，以提高系統(tǒng)運行速率，滿足執(zhí)行效率的要求。通過裝置的通訊接口和變電站的智能監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)，即可實現(xiàn)高壓柜的遠程監(jiān)控。

高壓開關柜是電力系統(tǒng)保護和控制的核心設備。隨著智能電網(wǎng)建設，高壓開關柜運行狀態(tài)的智能監(jiān)測變得愈發(fā)的重要，本文結合以往的工作經(jīng)驗，從硬件和軟件兩方面入手，設計了一款智能高壓開關柜監(jiān)測系統(tǒng)，針對系統(tǒng)運行的環(huán)境特點，對系統(tǒng)的抗干擾措施進行了分析，并通過測試對系統(tǒng)測量精度進行了檢驗，對高壓開關柜的智能化監(jiān)測系統(tǒng)的設計應用具有一定的借鑒意義。

來源：電氣技術

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