徐凤侠

(安徽省路港工程有限公司 港航设计院，安徽 合肥 230601)

0 引言

随着电力系统建设的发展，供电服务范围不断扩大，电力负荷大幅增长，电网布局日趋复杂，用户对电能质量、供电可靠性的要求不断提高，早期的人工运行维护方式不能再适应现有复杂的电网，对电网数据进行智能监控，成为必然趋势。为了实现对电网的监视和控制，首先必须获得表征电网实时运行状态的遥测量值和遥信状态，以便对这些信息进行加工处理，得到控制电网稳定、安全、经济的运行命令。加快智能电网建设，研发配电自动化测控终端，遥测各种电网参数并实时通讯，掌握配电网的运行状况并遥控电气设备至关重要。

1 配电自动化测控终端概述

该配电自动化测控终端是基于先进的32位DSP内核以及高速工业网络技术研制的新型配电终端，结构采用插板式前接线设计，它集遥测、遥信、遥控、保护和通信等功能于一体，可以广泛适用于配电室、开闭所或环网柜等多回线路集中监控的应用场合，可与通信系统配合组成各种环网及非环网的配电自动化系统，配合配电子站、主站实现配电线路的运行状态监视、故障识别、故障隔离和非故障区域恢复供电等配电自动化功能。

2 测控终端硬件原理框图

配电自动化测控终端硬件原理框图如图1所示。系统数字信号处理器采用TI公司浮点型DSP，该器件具有精度高，功耗小，成本低，高性能，外设集成度高，数据以及程序存储量大等特点；AD转换器采用8通道16位同步采样芯片；系统通信功能强，有2个以太网通信、2个RS485通信、2个RS232通信、1个CAN通信、1个USB通信，适应性强；遥信输入和遥控输出，设计合理，系统抗干扰性能更好；还扩展了DataFlash、SRAM、EEPROM存储器、实时时钟、硬件看门狗、电源管理等功能。

图1 测控终端硬件原理框图

3 测控单元模块功能介绍

测控终端采用模块化、插件式结构，分别由功能独立的遥测、遥控、遥信、数据处理、电源单元构成，具有易扩展，适应性强的特点。图2为测控终端外形图。

3.1 数据处理插件(核心板)

数据处理单元以高速数字信号处理器DSP为主处理器，负责所有插件的数据采集、数据处理以及控制执行任务，具有POWER、RUN、Error及通信传输状态多个指示灯，现场观测比较直观。含多种通信接口(2个以太网通信、2个RS485通信、2个RS232通信、1个CAN通信、1个USB通信)，通过主站对配电网的运行参数和设备运行状态进行采集和分析，形成图表和曲线，进行远方监测，实现遥测和遥信；也可通过主站进行远方控制，实现遥控。图3为通信接口示意图。

图2 测控终端外形图

图3 通信接口示意图

[1]DSP(digital signal processor)是以数字信号来处理大批信息的微处理器，具有强大数据处理能力和高运行速度。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、强化、删除，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它具有可编程性，实时运行速度可达每秒数万条复杂指令程序，超过通用的微处理器，是数字化世界中日趋重要的芯片。此数据处理插件选用高性能32位CPU-TMS320F28335PGFA，具有单精度浮点单元(FPU)、16×16双MAC、16×16和32×32介质访问控制(MAC)运算、Harvard总线架构、6通道DMA处理器、2个控制器局域网CAN模块、3个SCI(UART)模块、一个SPI模块、一个内部集成电路(I2C)总线等功能。测量芯片采用高精度电网监控芯片MAX11046，具有16位转换性能，能满足严格的电力行业标准，8路同步采样使得相位匹配到效率所需的最佳功率因数，硬件设计简便;1GΩ的高阻抗输入简化了电路板设计，箝位±20mA，可防电涌信号，外部保护电路简化。以太网通讯选用两片多功能网络接口芯片W5100，内部集成10/100Mbps的以太网控制器。W5100能实现没有操作系统的Internet连接[3]，其与IEEE802.3u10BASE-T和802.3u100BASE-TX兼容，内部集成TCP/IP协议栈、以太网介质传输层(MAC)和物理层(PHY)，还集成16KB存储器用于数据传输。使用W5100不需要考虑以太网的控制，只需要进行简单的端口编程。

3.2 交流采样YC插件

将来源于AC380V主干线的PT、CT的二次测的电压电流信号通过测量用微型PT(2 mA/2 mA)、测量用微型CT(5 A/2.5 mA)转化为小电流信号，交流被测量进入测量芯片前，带有杂波干扰信号，需要滤波线路将其滤除，滤除杂波后进单芯片CMOS器件ADG1311YRUZ端口。ADG1311YRU内置四个采用CMOS工艺设计的独立可选开关,核心板根据采集需要,对各路CMOS选择性连通进入核心板上的电网监控芯片MAX11046。将结合现场线路实际回路路数情况，每个测控终端最多可配置4块交流采样插件，每个YC插件可采集16个电流量(四条线路的ABC三相电流和零序电流)，也可采集12个电流量(四条线路的ABC三相电流或A、C、零序电流)和4个电压量(A、B、C三相电压以及零序电压)，交流信号经电压互感器、电流互感器隔离后，送AD高速采样。更改配置信息，每组电压量可与任意一组电流量进行组合。经数据处理后的信号已成标幺值，无法表明该遥测量的大小，需要进行标度变换，将其变成数值，计算出各配电回路的视在功率、功率因数、有功功率、无功功率等，以便操作人员进行监视与管理。

3.3 遥信(YX)输入遥控(YK)输出插件

每块输入DI板有YX1-YX32 32个输入量,32个触点输入首先经过光电隔离及过压保护措施，再经数据缓冲器输入给CPU，消除了开关量的状态误报、避免雷击损坏装置，提高了装置的可靠性。每块输出D0板有16个数字量输出信号经光电隔离输出，提高了输出控制的可靠性和抗干扰性。每路的数字量输出均由输出使能和相应的数字输出控制位控制，只有当输出使能和数字输出控制位为通时，数字量输出有效，大大提高了操作的正确性。在线路设计中，给定D0端口初始电平状态，确保YK板上每个微型继电器的初始状态是断开的，避免上电调试过程中，出现误动的状态。通用配置，每台测控终端配3块YX板插件和2块YK板插件，每块YX插件含32路遥信输入,每块YK插件含16路遥控输出,可根据实际现场需求选配YX/YK路数，灵活性大。

3.4 电源插件

电源插件为测控单元的电源接入接口，根据需要可选用DC24V或DC48V两种模式，经滤波电路、DC/DC转换(P25WDC36S05D15)、滤波输出两路5V电源，给测控单元的其他插件供电。电源插件除提供基本供电功能以外，还具备智能电源管理功能。可采集装置电源的状态，如：输入失电、活化状态、电池欠压、电源故障；也可实现对电源管理的控制输出，如启动活化、退出活化、退出电池；还有两路直流量采集，可接外部设备或实时采集电池电压等直流量。

测控终端支持PT取电，DC110V/220V直流电源为装置提供工作电源。测控终端可根据需要配置相应容量的蓄电池组，以保证失电后装置能正常工作。在外部交流电源通电的情况下，蓄电池处于充电状态。在外部交流电源失电的情况下蓄电池自动投入运行，当蓄电池电压降到放电关断点时,电源模块自动切断蓄电池输出,以避免蓄电池过放电。现场使用时，终端根据电源系统运行情况适时对蓄电池进行维护，以保证电池性能，延长使用寿命。在现场线路数较多，对控制路数、遥信采集要求较多的场合，电源插件的下部扩展了8个遥信输入和4个遥控输出。

4 电磁兼容性设计

核心板上芯片布线密集、有高速电路和数模混合电路，故采用四层板，其他线路板采用双面板，背板由于承受插拔力度大，加大板厚。线路板布局上，按不同电路功能进行分区，模拟和数字分开、高速线路和低速线路分开、光电耦合器两边线路严格保证安全隔离间距避免信号串扰。[2]布线上，晶振线路尽可能短而粗，增加抗干扰性能，滤波电容尽量靠近器件管脚，外来线路走势上先通过电容滤波，再进芯片管脚。I/O信号尽量短，不要走过长距离，以免耦合上干扰信号。电源板地线的走势严格按照滤波顺序铺设，以保证电源的稳定。靠近接口的地面分割出来，作为EMC地，与线路板上安装螺丝孔的铜箔可靠连接以便和金属机壳连接。

5 结语

此配电自动化测控终端是运用微处理技术、自动控制技术、电子技术、通信技术等技术手段，对配电网进行离线与在线的智能化监控管理，使配电网始终处于安全、可靠、优质、经济、高效的最优运行状态。电力巡检方便高效。