基于微型计算机控制技术的检测设备方案设计

1概述

发电厂、变电站中的直流系统正常情况下给控制、保护电路供电，事故情况下，在交流电源全停时，要保证1～2h的供电时间，而且要求提供给直流母线的电压不低于额定值的90％。该备用容量由蓄电池组提供，蓄电池组的使用寿命和有效容量取决于充电机的技术指标（稳压精度、稳流精度、纹波系数）。在充电机长达10～20年的使用中，技术指标不可避免地会发生变化，严重时会造成蓄电池组充电容量不足，在变电站交流停电时，蓄电池组不能可靠地供电，而导致全站保护及开关拒动，造成主设备损坏、电网瓦解等重大事故。

目前电力系统中运行的直流充电设备达到的技术指标，都是由生产厂家在设备出厂试验时提供的数据。现场检修维护人员因不具备相应的测试手段，难以确认设备的技术指标是否满足要求。而且随着运行时间的推移，设备的技术指标会发生偏移，典型的后果是因充电机指标下降，稳压、稳流、纹波系数超标，造成蓄电池失效，直接威胁电网的安全运行。

因此，有必要研制一种采用微型计算机控制技术的检测设备，通过对充电机等被测设备的交流输入电压、输出负载按标准规定的设定值进行调节，同时检测装置自动进行采样计算，组成一个可移动的自动化检测系统，以便对直流电源设备的技术指标进行现场的全面测试。

2总体方案

2.1系统结构

系统结构图如图1所示。

图1系统结构图

2.2技术指标

三相交流输入电压380V，50Hz；

三相交流输出电压342V、380V、418V；

直流输出稳压时电流0～50A；

直流输出稳流时电压180～300V；

纹波峰峰值范围为1.5～5.5V；

测量精度

测量稳压精度时，直流电压测量精度≤±0.5％，纹波电压精度≤±0.5％；

测量稳流精度时，直流电流测量精度≤±0.5％。

3主要技术问题及解决

3.1采集精度

3.1.1采集精度的要求

电压、电流信号采集是本系统一切控制、测量及计算的基础，对充电机输出直流电压波形进行高速采集，且采集精度高，是该系统能否研制成功的关键。

3.1.2保证采集精度的措施

1）电流、电压采样元件选用高质量霍尔传感器，具有高波形保真率、快速响应，良好的电气隔离等特点。

2）来自传感器的电压，电流信号经同相放大、有源滤波等模拟信号电路处理后，送至A／D转换器，转换后的数字量由数据总线送入中央处理器。由于A/D的时钟为工频整倍数，所以能抑制工频干扰。模拟信号处理电路选用高精度、低温度漂移系数、耐干扰性能好的器件组成。

3）纹波电压信号经带通滤波、峰值保持等处理后，到高速A/DTLC2543进行模数转换,转换时间<10μs，转换后的数字量由数据总线送入中央处理器，进行处理。

3.2抗干扰

由于该监控系统工作于强电磁辐射环境，很容易受到各种干扰的影响。干扰一旦串入系统，轻则会引起误报，严重时就会导致整个系统瘫痪，甚至造成重大事故。为此，本系统从硬件和软件两方面考虑抗干扰措施，以保证监控系统的可靠运行。

3.2.1硬件抗干扰措施

1）光电隔离在输入和输出通道上，采用光电耦合器件进行信号隔离传输，这样一来可以较好地防止串模干扰，干扰单片机的正常工作。

2）去耦电路在电源进线端加去耦电路，消除各类高频干扰。

3）合理布置地线系统中的数字地与模拟地分开，最后在一点相连，避免了模拟信号对数字信号的干扰。

3.2.2软件抗干扰措施

1）利用可编程逻辑看门狗将单片机从死循环和跑飞状态中拉出，使单片机复位。

2）对模拟量的采样和处理，采用数字滤波技术。

3）采用指令冗余和软件陷阱，防止程序跑飞。

3.3模块化结构

为方便运输与搬运，交流调压装置及负载调整装置均设计为模块化组装结构。该系统由以下几个模块组成：

1）交流调压模块；

2）负载调整模块；

3）检测(系统主机)模块。

4直流监测系统主机

该部分是整体设备的测量控制中心，其主要是以串行口控制电动调压器以及负载调整装置，使充电机达到测试所需的状态；测量被测充电机的有关输出量并对结果实施分析计算，最终得出稳压精度、稳流精度、纹波系数三大参数。采用触摸液晶显示器、微型打印机作为人机界面，用于参数的设定、调整及结果的显示。

4.1数据采集

4.1.1充电电压

采集电压通过共扼线圈滤除杂波后，经由CPU控制的模拟开关到达运放，由精密四运算放大器TL052构成精密运放器，输入到TC7109CPL进行A/D变换。

4.1.2充电电流

采集电压通过共扼线圈滤除杂波后，经由CPU控制的模拟开关到达运放器，输入到TC7109CPL，进行A/D变换。

4.1.3纹波系数

取直流输出的交流分量，首先通过共扼线圈，滤除干扰信号，再通过由精密运放TL052构成的带通滤波器（只允许接近工频范围