变电站地电位自动检测装置的研究和设计

摘要：为了实现变电站地电位自动监测系统，采用PC、单片机、光耦、电话线等设备组成自动检测系统，当地电位异常时，自动启动电路工作，采集、记录电位变化情况并上传至变电站中心控制室，在PC中保存地电位数据、绘制曲线，同时对串行数据通信设计了一种斩波式串行数据通信接口，使数据传输与远端电路馈电、话音(电话)传送共线，通过在变电站中的实验，得到监测系统可应用于变电站地电位自动检测的结果，同时为以后无线监测做好可能性的准备。
关键词：变电站；地电位；自动监测系统；斩波器；数据通信

0 引言
变电站地电位自动监测装置(以下简称为装置)应用于变电站地电位的无人值守自动监测与记录，尤其是当输电系统发生故障、雷击时地电位变化过程的记录，以便为电力系统运行、故障诊断、变电设施的设计改进等系列工作提供分析依据。根据某电力部门所拟定的设计任务和要求，本课题所研制的装置主要功能分为两大部分：在线监测站内地电位，当监测值达到预先设定的阈值时，自动启动采集记录电路，并将所记录的数据通过串行总线发送到附近中心控制室的PC上，PC接收数据以文件形式存盘并在屏幕上绘制出由该数据形成的变化过程曲线；通过一个光电式高压隔离电话接口与外界固定电话网络进行信息交流(包括平常的电话使用和Internet网络应用)，隔离接口主要为了防止变电站内电位异常升高时会将异常高压引到电信线路上。为求简捷方便且节省投资，电话通信线路与监检系统本身上、下位机间的数据通信线路共用，且仅用两线制普通电话线(采用原来敷设好的电话线，不再另外增加工程)，电话的使用与平常使用方法、操作习惯相同，在启动监测电路时能自动转换为传输监测数据。

1 装置的组成框图及基本工作过程
组成框图如图1所示，主要由外侧电话接口、内侧电话接口、通信接口、数据采集电路、光纤、传感器、PC等部分组成，总体工作的基本过程简述如下：

(1)数据传送状态。设计一个监测电路，用以监测传感器提供的“当量地电位”，只有在监测到“当量地电位”达到某一指定的阈值时，才自动启动A／D采集电路，这时单片机采集地电位数据并存入数据存储器，随后将数据包通过数据通信接口和变电站内部的通信线路(普通电话线)上传送入PC，PC在接收数据串时在屏幕上画出时域波形，同时将数据以文件形式存盘以便事后重新观察分析数据和绘制波形曲线。在数据上传的过程中，由单片机控制自动切断内侧电话接口，使得站内电话线路与电话外线断开，以达到传送数据时电话内线与电话外线无任何联系的目的，即数据通信具有高级别权限。
上位单片机设置了两个按钮，用于输入两个命令：“上传”和“调试”。“上传”命令能使数据采集系统所采集到的数据重新上传一遍，“调试”命令能使数据采集系统自动产生一组三角波数据并上传，其目的在于平时可以检验上下位单片机、通信接口、上传线路、接收系统的工作是否正常。
(2)常态。通常状态下，数据采集电路(下位单片机系统)没有投入工作，而上位单片机系统处于工作状态，它随时监测内部电话机的提机／挂机状态，一旦检测到有效的提机信号，即刻向下位单片机发出信息，这时下位单片机控制接通内侧电话接口，内侧电话接口开始工作并通过光纤向外侧电话接口送“呼出”信号，于是外侧电话接口自动实现模拟提机，这样就接通了外部电话线与内部电话机的音频信号通路，内部电话机就可以象普通电话一样与外界通信，包括DTMF拨号和语音通话。