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本文對智能開關柜監測系統進行了介紹，從硬件和軟件兩方面入手對智能高壓開關柜監測系統進行了設計和研究，并對其防干擾措施進行了分析，對高壓開關柜的智能化發展具有一定的借鑒意義。

1.1 高壓開關柜監測系統的總體架構

圖1 高壓開關柜監測系統結構圖

1.2 開關柜監測裝置硬件設計

在系統出現過載時，及時向斷路器發送過載保護信號。監測裝置采用雙CPU結構，其主要包括1#主控保護單片機以及2#監測保護單片機，兩個CPU通過雙口RAM存儲器實現了內存空間的共享，監測裝置的硬件結構圖如下圖所示。

當有故障發生時，裝置根據計算分析，執行故障保護以及報警信號的發出等動作。1#主控保護單片機在2#單片機完成信號采集功能后，將存儲器中的數值取出從而對當前電壓和電流值進行計算，并在LCD上顯示。此外1#單片機還負責CAN通信功能。電壓模塊為裝置提供運行所需的5V和±12V電壓。

裝置的電流測量采取磁傳感器矩陣法，TMR傳感器的信號需進行調理和轉換后才能進行運算處理。由于傳感器的輸出信號電壓大約在±600mV之間，需要對其進行放到大處理，放大7倍到4.2V，剩余部分電壓余量作為過載電流以及沖擊電流的報警區間。由于系統的運行環境干擾較為嚴重，因此放大器應安裝在傳感器探頭中，并采用12V電壓供電。

本文采用模擬低通濾波電路，其原理圖如下圖所示。

1.3 監測系統軟件整體設計

系統主控CPU程序流程如下圖所示。監測保護單片機的采集程序運行后，只有在監測到系統出現短路等重故障跳閘保護后或者主控CPU發出停止中斷命令后才會中斷采集。

監測單元的雙CPU架構雖然硬件配置較低，但可以進行多任務監測，為確保兩個CPU的協調，CPU之間需約定握手協議，兩個CPU之間通過通信口和外部中斷完成通信和握手。2#CPU通向1#CPU有采集完成中斷和故障報警中斷兩個中斷，1#CPU到2#CPU有一個停止中斷信號。

在自檢確認完成以后，1#CPU向2#CPU發送信號采集啟動命令，系統開始運行，否則將有相應的故障報警顯示。CPU自檢中斷握手流程如如下所示。

首先對CPU聯機調試，采用在程序中進行脈沖觸發計時的方式計算各功能模塊的運行時間。我們記錄系統在一個采集周期內能否實現有效值完成一次計算、LCD屏幕兩次刷新、數據上傳一次、按鍵響應一次，同時不會對監測保護CPU的中斷響應造成影響。經測試得出系統各功能模塊的極限消耗時間如下表所示。

然后對系統功能進行測試，測試電流采用大電流發生器供應，羅氏線圈提供電流標準值，并對監測裝置的電流值進行記錄。橫坐標為標準電流有效值，縱坐標為顯示電流有效值，在測試中系統量程分為峰值0-50A和50-1200A兩種，測試結果如下圖所示。

為了進一步驗證裝置的可靠性，對系統在不同的天氣狀況下又進行了多次測試，其最大誤差結果如下表所示。系統仍能滿足0.2級監測的要求，重復性較好。

需要注意的是隨著功能的復雜化，可能需要選擇運算速率更快的單片機芯片，以提高系統運行速率，滿足執行效率的要求。通過裝置的通訊接口和變電站的智能監控系統組網，即可實現高壓柜的遠程監控。

高壓開關柜是電力系統保護和控制的核心設備。隨著智能電網建設，高壓開關柜運行狀態的智能監測變得愈發的重要，本文結合以往的工作經驗，從硬件和軟件兩方面入手，設計了一款智能高壓開關柜監測系統，針對系統運行的環境特點，對系統的抗干擾措施進行了分析，并通過測試對系統測量精度進行了檢驗，對高壓開關柜的智能化監測系統的設計應用具有一定的借鑒意義。

來源：電氣技術

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