變電站地電位自動檢測裝置的研究和設計

摘要：為了實現變電站地電位自動監測系統，采用PC、單片機、光耦、電話線等設備組成自動檢測系統，當地電位異常時，自動啟動電路工作，采集、記錄電位變化情況并上傳至變電站中心控制室，在PC中保存地電位數據、繪制曲線，同時對串行數據通信設計了一種斬波式串行數據通信接口，使數據傳輸與遠端電路饋電、話音(電話)傳送共線，通過在變電站中的實驗，得到監測系統可應用于變電站地電位自動檢測的結果，同時為以后無線監測做好可能性的準備。
關鍵詞：變電站；地電位；自動監測系統；斬波器；數據通信

0 引言
變電站地電位自動監測裝置(以下簡稱為裝置)應用于變電站地電位的無人值守自動監測與記錄，尤其是當輸電系統發生故障、雷擊時地電位變化過程的記錄，以便為電力系統運行、故障診斷、變電設施的設計改進等系列工作提供分析依據。根據某電力部門所擬定的設計任務和要求，本課題所研制的裝置主要功能分為兩大部分：在線監測站內地電位，當監測值達到預先設定的閾值時，自動啟動采集記錄電路，并將所記錄的數據通過串行總線發送到附近中心控制室的PC上，PC接收數據以文件形式存盤并在屏幕上繪制出由該數據形成的變化過程曲線；通過一個光電式高壓隔離電話接口與外界固定電話網絡進行信息交流(包括平常的電話使用和Internet網絡應用)，隔離接口主要為了防止變電站內電位異常升高時會將異常高壓引到電信線路上。為求簡捷方便且節省投資，電話通信線路與監檢系統本身上、下位機間的數據通信線路共用，且僅用兩線制普通電話線(采用原來敷設好的電話線，不再另外增加工程)，電話的使用與平常使用方法、操作習慣相同，在啟動監測電路時能自動轉換為傳輸監測數據。

1 裝置的組成框圖及基本工作過程
組成框圖如圖1所示，主要由外側電話接口、內側電話接口、通信接口、數據采集電路、光纖、傳感器、PC等部分組成，總體工作的基本過程簡述如下：

(1)數據傳送狀態。設計一個監測電路，用以監測傳感器提供的“當量地電位”，只有在監測到“當量地電位”達到某一指定的閾值時，才自動啟動A／D采集電路，這時單片機采集地電位數據并存入數據存儲器，隨后將數據包通過數據通信接口和變電站內部的通信線路(普通電話線)上傳送入PC，PC在接收數據串時在屏幕上畫出時域波形，同時將數據以文件形式存盤以便事后重新觀察分析數據和繪制波形曲線。在數據上傳的過程中，由單片機控制自動切斷內側電話接口，使得站內電話線路與電話外線斷開，以達到傳送數據時電話內線與電話外線無任何聯系的目的，即數據通信具有高級別權限。
上位單片機設置了兩個按鈕，用于輸入兩個命令：“上傳”和“調試”。“上傳”命令能使數據采集系統所采集到的數據重新上傳一遍，“調試”命令能使數據采集系統自動產生一組三角波數據并上傳，其目的在于平時可以檢驗上下位單片機、通信接口、上傳線路、接收系統的工作是否正常。
(2)常態。通常狀態下，數據采集電路(下位單片機系統)沒有投入工作，而上位單片機系統處于工作狀態，它隨時監測內部電話機的提機／掛機狀態，一旦檢測到有效的提機信號，即刻向下位單片機發出信息，這時下位單片機控制接通內側電話接口，內側電話接口開始工作并通過光纖向外側電話接口送“呼出”信號，于是外側電話接口自動實現模擬提機，這樣就接通了外部電話線與內部電話機的音頻信號通路，內部電話機就可以象普通電話一樣與外界通信，包括DTMF撥號和語音通話。