基于DSP的配電變壓器在線監(jiān)測儀的研究

摘要：應用數(shù)字信號處理器（DSP）的特殊資源，采用DSP+AT89C51的雙CPU結(jié)構(gòu),充分發(fā)揮了DSP的數(shù)據(jù)處理能力，通過對實時數(shù)據(jù)的計算和分析實現(xiàn)了對配電變壓器的監(jiān)測。
　　關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理器DSP變壓器監(jiān)測儀
　　 1引言
　　電力變壓器是具有兩個或多個繞組的靜止設(shè)備，為了傳輸電能，在同一頻率下，通過電磁感應將一個系統(tǒng)的交流電壓和電流轉(zhuǎn)換為另一個系統(tǒng)的電流和電壓。在電力系統(tǒng)中變壓器是一個主要的設(shè)備。隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，越來越多的配電變壓器投入使用，對于配電變壓器的運行狀況進行監(jiān)測的工作量也越來越大，以往傳統(tǒng)的離線監(jiān)測方式已經(jīng)不能滿足要求，所以我們開發(fā)了一種便攜式的配電變壓器在線監(jiān)測儀。
　　 2監(jiān)測儀的總體方案設(shè)計
　　變壓器運行的重要參數(shù)包括電壓、電流、有功功率、無功功率等，還有故障時的錄波數(shù)據(jù)，根據(jù)錄波數(shù)據(jù)判斷有無故障出現(xiàn)。在故障判斷中我們采用了目前較為先進的小波變換技術(shù)，需要硬件中數(shù)字信號處理器的支持，相應的我們在硬件中采用了美國TI公司的帶有片上A/D轉(zhuǎn)換器的TMS320C240數(shù)字信號處理器，在系統(tǒng)功能中它主要完成數(shù)據(jù)的采集和處理（計算），系統(tǒng)采用DSP+AT89C51的雙CPU結(jié)構(gòu)，AT89C51用來完成鍵盤、結(jié)果顯示及結(jié)果打印及與上位機通信的功能，DSP與AT89C51之間采用雙口RAM（IDT7132）交換數(shù)據(jù)，系統(tǒng)總體方案如圖1所示。
　　
　　圖1監(jiān)測儀總體方案圖
　　其中EEPROM采用ATMEL公司生產(chǎn)的AT93C46，具有三線制串行接口，操作指令集包括讀、寫、擦除、全部擦除、寫禁止、解除寫禁止及寫所有地址。它還提供一個可以改變芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)的引腳ORG，當ORG接高電平時，選擇16位存儲器結(jié)構(gòu)，對芯片的各種操作以字為單位，若接地或懸空，即選擇8位存儲器結(jié)構(gòu)，對芯片的各種操作以字節(jié)為單位。我們將ORG接高電平，使DSP可以一次讀取或?qū)懭胍粋€字。
　　鍵盤我們選用通用鍵盤，包括16個鍵。除了10個數(shù)字鍵還有：確認鍵、取消鍵、選擇鍵、打印鍵、開始鍵、復位鍵。我們選擇8279芯片作為鍵盤接口芯片，它能自動完成鍵盤的掃描輸入，能自動清除按鍵抖動，并實現(xiàn)多鍵同時按下的保護，減輕了單片機的軟件負擔。
　　 LCD我們選擇了帶有接口芯片T6963C的點陣式液晶顯示器，它可以直接與AT89C51連接，可以圖形方式、文本方式及圖形和文本合成方式顯示，具有內(nèi)部字符發(fā)生器，可管理64K顯示緩沖區(qū)及字符發(fā)生器，允許單片機隨時訪問顯示緩沖區(qū)。
　　我們預留了打印機接口和與上位機的通信接口，以備作進一步功能擴展之用。
　　 3DSP交流采樣實時算法
　　根據(jù)電工原理，周期性變化的電流、電壓的有效值公式：
　　
　　
　　以上兩式離散化得：
　　
　　
　　功率的離散化公式為：
　　
　　當采樣點數(shù)時，上述運算表達式具有較高的計算精度。
　　監(jiān)測儀除了檢測電流、電壓、功率這些運行參數(shù)之外，還對變壓器的絕緣情況進行監(jiān)測，常規(guī)的電力變壓器局部放電檢測方法有脈沖電流法、DGA法、超聲波法、RIV法、光測法、射頻檢測法和化學方法等。我們在研究了各種局放檢測方法后，選擇了射頻檢測法，利用羅果夫斯基線圈從變壓器中性點處測取信號，測量的信號頻率可以達到3萬千赫茲。
　　 4監(jiān)測儀軟件設(shè)計
　　其中DSP負責數(shù)據(jù)采集和處理（計算），其軟件流程圖如圖2所示。
　　
　　圖2DSP程序流程圖
　　 DSP輸出結(jié)果即告訴AT89C51可以取結(jié)果了，AT89C51可以將結(jié)果顯示、打印或上傳。
　　 5監(jiān)測儀的抗干擾措施
　　監(jiān)測儀的工作環(huán)境有各種各樣的干擾，回影響其工作可靠性和精度，我們采取了以下抗干擾措施：
　　（1）我們采取的抑制差模干擾的方法有對輸入信號進行數(shù)字濾波，采用雙絞屏蔽線。對輸入信號進行數(shù)字濾波，不但可以減少差模干擾的影響，而且不增加硬件開銷，可靠性高，無阻抗匹配問題。
　　（2）抑制共模干擾的方法有對信號的輸入采用對稱輸入和浮地輸入。
　　（3）對互感器的外部設(shè)有屏蔽罩，避免互感器的電磁波干擾其他模擬數(shù)字電路。
　　（4）在電路中加多個去耦電容。
　　 6結(jié)論
　　傳統(tǒng)的變壓器監(jiān)測是離線監(jiān)測，變壓器在線監(jiān)測是發(fā)展方向，本文所設(shè)計的監(jiān)測儀是在此方向上的一個探索，相信在此基礎(chǔ)上增加系統(tǒng)功能，比如利用現(xiàn)場總線技術(shù)組成局部網(wǎng)絡(luò)，并將數(shù)據(jù)上傳，建立變壓器實時數(shù)據(jù)庫和歷史數(shù)據(jù)庫及故障診斷專家系統(tǒng)是未來的發(fā)展方向，我們的工作也會在這個方向下繼續(xù)。
　　參考文獻
　　 [1]國家技術(shù)監(jiān)督局，“中華人民共和國國家標準變壓器試驗方法”，1996
　　 [2]章云等．DSP控制器及其應用．北京：機械工業(yè)出版社．2001.8
　　 [3]王幸之等．單片機應用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)．北京航空航天大學出版社．2000.2
　　 [4]吳祖航．光纖技術(shù)在電力變壓器絕緣監(jiān)測中的應用．高壓電器.2001,37(2).32～35
　　作者簡介：
　　劉增良（1959-），男，漢族，河北清苑人，副教授，研究方向為電力系統(tǒng)及其自動化。