配網試驗設備試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置研究

隨著我國配網發(fā)展水平越來越高，對于各類配網自動化設備的要求也越來越嚴格，配網自動化產品需要經過嚴格的出廠試驗、交接試驗以及預防性試驗等一系列有相關規(guī)程規(guī)范明確要求的質量檢測后才應用于電網建設中，針對配網自動化設備試驗數(shù)據(jù)管理不完善的客觀現(xiàn)象，設計了一種試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置，可大大提高試驗效率，減少數(shù)據(jù)出錯概率，本文以回路電阻測試儀為例說明該裝置實際意義。

1  試驗數(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，配網設備的試驗工作成為生產管理工作中的重要組成部分，實際上，由于配網項目大量投運，配網設備試驗工作存在客觀阻礙因素，因此出現(xiàn)許多試驗現(xiàn)場監(jiān)督不到位、試驗數(shù)據(jù)管理不完善、試驗報告不規(guī)范的現(xiàn)象，對提高配網設備健康水平，保證電網安全可靠運行帶來阻礙。目前設備試驗數(shù)據(jù)的采集主要以人工收集的方式為主，耗費了大量的人力物力資源，不利于電網建設的長期發(fā)展，針對這一情況，本項目對現(xiàn)有配網試驗儀器進行升級改造，研究了一種試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置，在配網試驗儀器輸出回路增加數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測集成模塊，通過采集試驗設備輸出的電氣參數(shù)，如輸出電壓、輸出電流、回路電阻，自行判斷測試結果值是否滿足要求，同時規(guī)范試驗記錄數(shù)據(jù)，對試驗數(shù)據(jù)進行保存，自動監(jiān)測判別試驗結果，自動生成試驗報告，大大提高了試驗效率，減少試驗數(shù)據(jù)出錯概率，進而提高試驗設備運行管理水平，加強電網自動化建設。

2  回路電阻測試儀簡介

10kV環(huán)網柜是配網重要的電氣設備之一，回路電阻測試是檢測環(huán)網柜質量和運行狀態(tài)的一個重要手段，根據(jù)《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》（GB50150-2016）規(guī)定，隔離開關、負荷開關及高壓熔斷器的試驗項目，應包括下列內容：（1）測量絕緣電阻；（2）測量高壓限流熔管司的直流電阻；（3）測量負荷開關導電回路的電阻；（4）交流耐壓試驗；（5）檢查操動機構線圈的最低動作電壓；（6）操動機構的試驗。在高壓斷路器的型式試驗、交接試驗和預防性試驗項目中，要求使用直流壓降法進行測試回路電阻，目的在于通過實際測量來確定開關柜斷口的到底回路電阻值是否在規(guī)定的范圍內，同時可以反映高壓斷路器承受長期截流和短路電流的性能。

本項目中使用的電阻回路測試儀為寧夏銀川中試電力設備有限公司生產的ZSHL-I型100A回路電阻測試儀，該設備輸出電壓高，測量量程寬，可達100mΩ，測試電流來自高精度的100A開關式恒流電源，不需要人工調節(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  試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置組成

試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置由監(jiān)測單元及上位機組成，圖2是試驗數(shù)據(jù)采集與檢測系統(tǒng)的工作流程框圖。試驗數(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、高速存儲器(RAM)以及網絡數(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（Wi-Fi）將數(shù)據(jù)上傳至上位機，此處上位機為裝有專用監(jiān)測app的智能移動終端。

圖2  試驗數(shù)據(jù)采集與檢測系統(tǒng)的工作流程框圖

試驗數(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行處理，根據(jù)已編寫好的算法，將采集到的實時數(shù)據(jù)與標準校驗數(shù)據(jù)進行對比，自動得出判別結果，對于同一設備的不同類型試驗，試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置可根據(jù)不同的試驗任務種類進行判別，對于高壓斷路器回路電阻測試，試驗類型分為預防性試驗和交接試驗，其測試標準有一定偏差，通過在試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置中設定不同的限值，可實現(xiàn)根據(jù)需要輸出判別結果的功能，得出判別結果后，試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置可根據(jù)研究分析自動生成不同格式的試驗報告。采集到的試驗數(shù)據(jù)，在上傳至上位機的同時，會保存在內部存儲器中，建立龐大的數(shù)據(jù)庫，并允許用戶對數(shù)據(jù)庫內數(shù)據(jù)進行調用，輸出歷史曲線，觀察設備歷史運行狀態(tài)曲線，對發(fā)現(xiàn)故障特征、有針對性預防事故有重大意義。

試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置內部裝有Wi-Fi模塊，可生成供智能移動終端連接的網絡熱點，在智能移動終端打開專用監(jiān)測app，即可建立與試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)連接通道，通過智能移動終端，用戶可以查看實時回路電阻測試數(shù)據(jù)，以及歷史測試數(shù)據(jù)，同時app具有任務選擇功能，選擇不同的試驗標準，設定不同的限值，得出判別結果。利用Wi-Fi技術上傳數(shù)據(jù)，傳輸效率高，抗干擾性強，同時減少了許多現(xiàn)場測試不必要的被動調整工作量，可廣泛應用于測控現(xiàn)場。

應用于回路電阻測試儀上時，分別將回路電阻測試儀V+、V-端接入試驗設備試驗數(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，完成實時采集與顯示。

3.1  核心處理器

試驗設備試驗數(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用，其操作頻率可達100MHz，外設組件包含高達512KB的Flash存儲器、64KB的數(shù)據(jù)存儲器、以太網MAC/USB主機/從機/OTG接口、8通道的通用DMA控制器、4個UART、2條CAN通道、2個SSP控制器、SPI接口、3個I2C接口、8通道的12位ADC、10位DAC、電機控制PWM、正交編碼器接口、4個通用定時器、帶獨立電池供電的超低功耗RTC和多達70個的通用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作為外擴數(shù)/模轉換器，完成對多路數(shù)據(jù)的采集轉換。AD7705是應用于低頻測量的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)的理想產品，在AD7606的輸入端前加一個同相放大電路，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（Wi-Fi）是常用于短距離、高速數(shù)據(jù)傳輸，在環(huán)境因素復雜的測控現(xiàn)場，為了簡化裝置連線，提高裝置抗干擾能力，Wi-Fi通信技術開始廣泛應用于監(jiān)測系統(tǒng)中，本裝置采用USR-C322 Wi-Fi模塊，為智能移動終端提供Wi-Fi網絡熱點，實現(xiàn)監(jiān)測裝置與智能移動終端的通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示。

4  結語

本文介紹了一種試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置，對獲得試驗設備試驗結果實時監(jiān)測提供了可行方案，本裝置可廣泛應用于電力設備試驗儀器現(xiàn)場監(jiān)測。由于工業(yè)現(xiàn)場的應用環(huán)境 ,試驗數(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)生產研發(fā)過程中，增加不同的產品硬件配置以及軟件界面功能設計，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)采集與監(jiān)測裝置的多元化應用，將對配網自動化建設帶來可觀收益。

本文來源：《企業(yè)科技與發(fā)展》：http://www.00559.cn/w/qk/21223.html