全绝缘母线监测数据集中单元设计

陈晓红 赵锐 李开灿

引言：变电站全绝缘母线连接处会因电磨损、机械操作和短路电动力引起的机械振动等原因，使接触条件恶化，接触电阻增加，引起接触点的温度升高，加剧接触表面的氧化，氧化的结果又导致接触电阻上升，形成恶性循环，最后，由于高温的影响有可能使相邻的绝缘部件性能劣化，甚至击穿，危害母线的安全运行，因而需要对全绝缘母线连接处进行温度监测。通过对母线接头温度实时监测作出早期预警，提高母线的智能化水平和运行的安全性是十分必要的。

一、系统设计方案和结构

1.1系统设计方案

本方案采用分布式无线测量技术，在每条母线接头處预埋温度测量传感器，利用总线技术把这些传感器连接在一起，由TMU参数测量单元启动总线上传感器进行温度测量和数据读取，采集的温度数据利用无线发出，由TCU监测数据集中单元接收、存储，通过RS-485传到监控中心。其中TMU参数测量单元采用电池供电（每年母线系统检修的时跟换新电池）。 1.2系统结构

本方案系统结构如下：

二、TCU监测数据集中单元硬件实现

2.1集中单元硬件功能框图

本系统微处理器主要的作用是无线接收子站上发的温度采集数据，然后存储，转发数据（转发主要指，把每个无线采集点上传的数据，重新打包封装，上传给主站），同时也转发主站对每温度采集点的参数设置。本系统也扩展了人机操作功能，方便工作人员现场浏览查询温度采集情况，这样TCU监测数据集中单元硬件框图为：

2.2监测数据集中单元电源选择

本系统工作在变电站，因此要考虑交直流供电，一般选择宽温开关电源模块（AC-DC）即可。技术指标：输入电压：AC220V±15%，50Hz或DC220V±20%，输出：+5V/+12V；本系统采用FAD10-05V/12-WFCI（Vin：85---265VAC）电源模块。

2.3无线数据传输单元

无线数据传输模块选用上海桑博电子科技有限公司的SM63小体积低功耗无线模块。该无线模块为透明传输，和TMU测量单元无线模块配置一致即可。无障碍传输距离800米。

满足系统工作需求。

2.4监测数据集中单元RS-485接口设计

本系统设计两个上行RS485通讯接口，两个功能完全一样。主要目的一主一辅，当一个出现故障时，可以用另一个工作，这种设计提高系统的稳定性。RS-485通讯接口和主CPU间用光电隔离。为节约成本用普通的光电耦合器隔离，但外围电路稍加变动，依然可以可靠工作在很高的速率上。

RS-485总线通常结构简单，使用便捷，在工业控制上大量使用，但有时不稳定，给很多系统带来困扰，为保证RS-485稳定工作，分别可以在总线A、B加上拉和下来，同时增加6.8V稳压管，保证电平在有效范围内。当然为防止雷击等意外干扰，在总线有时要适当的加TVS和自恢复保险等器件，一般根据现场实际情况自己决定。

2.5监测数据集中单元时钟和存储单元

时钟选择RX-8025芯片，内置时钟晶体，时钟误差小，两线操作，接口简单。

存储器选择ST公司45PE16V，16M位，每页256字节，总共8192页。满足一年内的数据存储需求。

2.6监测数据集中单元CPU单元

选择MICROCHIP公司16位的PIC24FJ128GA106单片机，16K数据存储器、128K内部程序存储器，同时具有多达4个硬件串口，这样外围只要增加少许电路就可以满足系统工作需求。同时该芯片支持IO口功能重新映射，比如串口功能口，可以根据需要定义在不同的口线上（当然指特定功能的口线上。不是任意的），所以在制作PCB板时就非常灵活。该芯片主要功能大致如下：

2.7监测数据集中单元人机接口

A、显示单元：192*68液晶显示和按键接口：

这个设计方案简单使用，但是显示驱动需要自己重新设计，开发周期长。工作量大。

B、选用显示模块LJD-ZN-4300KⅡ：

LJD-ZN-4300KⅡ是由北京蓝海微芯开发的显示模块，通过串口控制的彩屏显示模块。

使用简单，只要用RS-232控制显示即可，因为是彩屏显示，所以图形界面可以做的很漂亮。当然成本上稍贵些。

总结

以上是关于TCU监测数据集中单元的硬件设计，本系统设计也考虑以后的扩展功能，增加6组继电器输出，可以作为报警输出等。在整个系统调试中遇到一些硬件设计上问题，经过长时间老化测试，目前已经可以稳定工作，达到初步预期设计目标，当然还有一些不足，等在实际应用中慢慢去升级改动。

作者简介

陈晓红（1968.2）女 高级工程师 电气工程专业

赵锐（1982.1）男 工程师 电气工程及其自动化专业

李开灿（1983.11）女 工程师 电气工程及其自动化专业

（作者单位：济宁供电公司）