库电力监测仪

摘要：应用数字信号处理器（DSP）的特殊资源，采用DSP+AT89C51的双CPU结构,充分发挥了DSP的数据处理能力，通过对实时数据的计算和分析实现了对配电变压器的监测。 关键词：数字信号处理器 DSP 变压器 监测仪 　　1引言　　电力变压器是具有两个或多个绕组的静止设备，为了传输电能，在同一频率下，通过电磁感应将一个系统的交流电压和电流转换为另一个系统的电流和电压。在电力系统中变压器是一个主要的设备。随着我国经济的发展，越来越多的配电变压器投入使用，对于配电变压器的运行状况进行监测的工作量也越来越大，以往传统的离线监测方式已经不能满足要求，所以我们开发了一种便携式的配电变压器在线监测仪。　　2 监测仪的总体方案设计　　变压器运行的重要参数包括电压、电流、有功功率、无功功率等，还有故障时的录波数据，根据录波数据判断有无故障出现。在故障判断中我们采用了目前较为先进的小波变换技术，需要硬件中数字信号处理器的支持，相应的我们在硬件中采用了美国TI公司的带有片上A/D转换器的TMS320C240数字信号处理器，在系统功能中它主要完成数据的采集和处理（计算），系统采用DSP+AT89C51的双CPU结构，AT89C51用来完成键盘、结果显示及结果打印及与上位机通信的功能，DSP与AT89C51之间采用双口RAM（IDT7132）交换数据，系统总体方案如图1所示。图1 监测仪总体方案图　　其中EEPROM采用ATMEL公司生产的AT93C46，具有三线制串行接口，操作指令集包括读、写、擦除、全部擦除、写禁止、解除写禁止及写所有地址。它还提供一个可以改变芯片内部结构的引脚ORG，当ORG接高电平时，选择16位存储器结构，对芯片的各种操作以字为单位，若接地或悬空，即选择8位存储器结构，对芯片的各种操作以字节为单位。我们将ORG接高电平，使DSP可以一次读取或写入一个字。　　键盘我们选用通用键盘，包括16个键。除了10个数字键还有：确认键、取消键、选择键、打印键、开始键、复位键。我们选择8279芯片作为键盘接口芯片，它能自动完成键盘的扫描输入，能自动清除按键抖动，并实现多键同时按下的保护，减轻了单片机的软件负担。　　LCD我们选择了带有接口芯片T6963C的点阵式液晶显示器，它可以直接与AT89C51连接，可以图形方式、文本方式及图形和文本合成方式显示，具有内部字符发生器，可管理64K显示缓冲区及字符发生器，允许单片机随时访问显示缓冲区。　　我们预留了打印机接口和与上位机的通信接口，以备作进一步功能扩展之用。　　3 DSP交流采样实时算法　　根据电工原理，周期性变化的电流、电压的有效值公式：　　 　　 　　以上两式离散化得：　　 　　 　　功率的离散化公式为：　　 　　当采样点数时，上述运算表达式具有较高的计算精度。　　监测仪除了检测电流、电压、功率这些运行参数之外，还对变压器的绝缘情况进行监测，常规的电力变压器局部放电检测方法有脉冲电流法、DGA法、超声波法、RIV法、光测法、射频检测法和化学方法等。我们在研究了各种局放检测方法后，选择了射频检测法，利用罗果夫斯基线圈从变压器中性点处测取信号，测量的信号频率可以达到3万千赫兹。　　4 监测仪软件设计　　 其中DSP负责数据采集和处理（计算），其软件流程图如图2所示。图2 DSP程序流程图　　DSP输出结果即告诉AT89C51可以取结果了，AT89C51可以将结果显示、打印或上传。　　5 监测仪的抗干扰措施　　监测仪的工作环境有各种各样的干扰，回影响其工作可靠性和精度，我们采取了以下抗干扰措施：　　（1）我们采取的抑制差模干扰的方法有对输入信号进行数字滤波，采用双绞屏蔽线。对输入信号进行数字滤波，不但可以减少差模干扰的影响，而且不增加硬件开销，可靠性高，无阻抗匹配问题。　　（2）抑制共模干扰的方法有对信号的输入采用对称输入和浮地输入。　　（3）对互感器的外部设有屏蔽罩，避免互感器的电磁波干扰其他模拟数字电路。　　（4）在电路中加多个去耦电容。　　6 结论　　传统的变压器监测是离线监测，变压器在线监测是发展方向，本文所设计的监测仪是在此方向上的一个探索，相信在此基础上增加系统功能，比如利用现场总线技术组成局部网络，并将数据上传，建立变压器实时数据库和历史数据库及故障诊断专家系统是未来的发展方向，我们的工作也会在这个方向下继续。　　参 考 文 献　　[1] 国家技术监督局，“中华人民共和国国家标准 变压器试验方法”，1996　　[2] 章云等．DSP控制器及其应用．北京：机械工业出版社．2001.8　　[3] 王幸之等．单片机应用系统抗干扰技术．北京航空航天大学出版社．2000.2　　[4] 吴祖航．光纤技术在电力变压器绝缘监测中的应用．高压电器.2001,37(2).32～35　　作者简介：　　刘增良（1959-），男，汉族，河北清苑人，副教授，研究方向为电力系统及其自动化。

1、空[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/bp][color=#3333ff]气质[/color][/url]量与污染源废气监测专用仪器 TSP采样器（大、中流量） PM10采样器（大、中流量） PM2.5采样器 粗（PM2.5-10）细（PM 2.5）颗粒物双道采样器 空气颗粒物分级采样器 粉尘采样器 酸雨自动采样器 气体采样器 气体监测仪（SO2、NOx、CO、O3、HCL、CL2、CH等） 环境空气地面自动监测系统 烟尘采样器 烟气采样器 烟尘在线自动监测系统 烟气SO2在线自动监测系统 烟气NOx在线自动监测系统 烟气参数O2、湿度、压力、流速等在线自动监测系统 区域（如机场、交通干线、工业区）及重点污染源（如电厂、冶炼厂、建材厂的烟囱）连续监测系统 汽车尾气监测仪 光化学烟雾监测系统2、环境水质与污水监测专用仪器 水质采样器 污水采样器 COD测定仪 BOD5测定仪 油份浓度仪 溶解氧测定仪 色度计 浊度计 盐度计 总有机碳（TOC）测定仪 总氮测定仪 总磷测定仪 氨测定仪 氰化物测定仪 游离氯测定仪 环境水质的自动监测系统 污水测流和在线连续监测系统 有机污染物自动连续监测系统3、环境污染事故应急监测仪器 便携式[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]（带PID检测器，可在野外现场监测大部分有机污染物） 车载式X射线-荧光光谱仪（可用于土壤、固废现场金属污染调查） 车载式GC-MS仪 便携式分光光度计 有毒有害气体监测器（CL2、CO、可燃气、CH4、苯系物等） 报警装置（CO、CH4、CL2、H2S、汽油泄漏等） 简易快速检测管 快速BOD测定仪 便携式溶解氧测定仪 流动监测车4、其它要素监测仪器 噪声监测仪 噪声自动监测系统 振动监测仪 场强仪 全向宽带场强仪 宽带电磁场强仪 工频场强仪 大面积屏栅电离室α谱仪 全身计数器 环境辐射剂量率仪 生态环境的遥感遥测系统 环保治理设施、监测仪器运行状态监视仪5、实验室通用分析仪器及其设备（1）光学类仪器 可见分光光度计 紫外分光光度计 荧光分光光度计 火焰光度计 [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]分光光度计 原子荧光光度计 等离子发射光谱仪 X-设线荧光光谱仪（2）电化学仪器 pH计 离子计 电位计 示波极谱仪 阳极溶出仪 库仑仪 电位滴定仪 电导仪（3）色谱类仪器 [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url] [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url] 高压液相色谱仪 [url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]-质谱联机 液相色谱-质谱联机 色谱-富里埃红外光谱联机（4）生物监测仪器 生物显微镜 生化培养箱 体视显微镜 生物样品处理设备及化学成分分析仪器（5）标准计量仪器及器具 分析天平（包括万分之一、十万分之一、百万分之一和微电子天平） 标准温度计 标准压力计 标准气体流量校正仪（如大流量用的罗茨流量计、孔板流量计；中流量用的钟罩式流量计，小流量用的皂膜流量计） 环境标准样品 标准玻璃量器（6）实验室常用的辅助设备 冰箱 干噪箱 恒温箱 马弗炉 空压机 土壤、固废样品加工设备 土壤、固废样品消解设备 环境样品分离与富集设备

中国工程院院士魏复盛等说：　　从全国的环境监测数据来看，我国的环境污染恶化的趋势已得到基本控制，环境质量有所改善，但是污染仍处于相当高的水平。　　面对这种严峻的环境污染和生态环境恶化的形势，对环境质量、生态环境现状及变化趋势进行实时、准确的大量监测，对污染源及其治理进行监督监测，是摆在全国环境保护工作者面前最艰巨的任务之一。因此迫切需要大量的现代化的环境监测仪器，特别需要优质的自动监测系统和污染源在线连续监测系统。　　环境监测仪器的现状与问题　　环境监测仪器主要包括以下几个方面：　　(1)通用的实验室分析仪器：包括光学类仪器，如可见紫外分光光度计、荧光光度计、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收[/color][/url]光度计、等离子体光谱仪、X-射线荧光光谱仪和红外光谱仪；电化学类仪器，如PH计、电导仪、库仑计、电位滴定仪、离子活度计和各种极谱仪；色谱类的仪器，如[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/3p][color=#3333ff]离子色谱仪[/color][/url]、[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱仪[/url]、高压液相色谱仪、色谱/质谱联机和液谱/质谱联机等。凡分析实验室应有的仪器环境科学与监测实验室均需要。　　(2)专用监测仪器：空气—TSP、PM10、MP25采样器及其监测仪器(β—射线吸收，晶体震荡天平)；气体自动采样器：SO2、NO2、NO、NOX、O3和CO监测仪；水质监测方面：测汞仪、测油仪、CODcr测定仪、D0仪、污水流量计和比例自动采样器等。　　(3)自动监测系统：空气地面自动监测系统；环境水质自动监测系统；工业污染源在线连续自动监测系统；道路交通噪声自动监测系统等。　　国产环境科学监测仪器存在的主要问题　　国产专用监测仪、采样器数量上占有优势，基本可用，但附加值低。高质量的分析仪、专用监测仪器和自动监测系统多是国外引进的，因此国产仪器占的份额很小。究其原因：一是大型国营企业运行机制问题，未发挥好骨干作用；二是小企业蜂拥而上，缺乏技术缺乏资金，低水平重复的较多，仪器的质量和性能均不能与国外进口仪器抗衡；三是研究院校与企业缺乏紧密合作机制，有技术创新的、有资金脱节的，不能快速实现产业化；四是政府对开发研制环境科学仪器的投资和风险投资不足。　　环境科学监测仪器的未来市场需求　　(1)环境质量监测：全国环保系统及各部门、行业、企业已建监测站4000多个，从业人员6万多人，还有几万个环境科研院所。近几年正是环境科学和监测分析仪器、装备更新换代和提高水平时期，中央、地方政府和企业每年投资购买仪器装备约两亿人民币。国家环保局计划在“十五”期间要装备400多个国家网络监测站；350多个环境信息中心：100个城市空气地面自动监测系统。项目包括：PM10、S02、N02、O3；、CO、风向、风速、温度、湿度；约100个国控水质监测断面自动监测系统。项目包括：PH、温度、电导、浊度、溶解氧、氨氮、总氮、总磷、CODcr、高锰酸盐指数，初步计划投资15亿人民币，其中国家投资三分之二，地方投资三分之一。这不包括行业、地方和企业的监测站能力建设的投资，各部门、各地方根据环境保护任务的需要另有自己的投资计划。　　(2)污染源监测：国家要对全国1.8万个重点污染企业实施主要污染物排放总量控制和消减，以改善环境质量，因此要求1.8万个污染大户要逐步安装在线连续自动监测系统。污水监测主要包括：污水流量计、自动比例采样器、PH、CODcr，矿物油、氰化物和氨氮等项目的自动监测系统，并实现计算机联网管理。废气监测主要包括：工业粉尘、烟尘、烟气S02、N02、CO和烟气流速在线连续监测系统，实现计算机联网管理，加强实时监控，这些都是较新的。成熟的国产仪器系统很少，而需求量比环境质量监测要大得多，主要由污染企业购买。行业主要是电力、石油化工、建材、冶金、造纸、食品和城市污水处理厂等，潜在的市场有数十亿至数百亿元。　　(3)遥感遥测仪器仪表：国家提出环境污染防治与生态环境保护并重的方针，要加强生态环境保护，必须对我国生态环境进行监测。包括对荒漠、草原、森林、海洋、农业生态环境进行监测，也需要对大气污染、水域污染（如海洋赤潮、溢油污染）及污染源进行遥感遥测，还要建立卫星地面接受系统及卫星图片解析系统，对环境生态质量现状及变化趋势进行分析，为国家环境生态保护与建设提供决策的科学依据。　　(4)研制开发重点领域：　　 a)环境质量（空气、水质、噪声）自动监测系统，内容已如前所述。　　 b)污染源排放：污水、废气、污染源主要污染物排放总量的在线连续自动监测系统。　　 c)提高现场采样监测仪器的质量水平和更新换代，研制开发便携式现场污染事故应急监测仪器，研制开发流动监测车和监测船，为环境污染事故和污染源监督监测提供快速响应的现代化的手段。　　 d)研制开发：机载、车载、船载、星载遥感仪器仪表，如激光测污雷达等。