電壓監(jiān)測儀檢測裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

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關(guān)鍵詞：電壓監(jiān)測儀；檢測裝置；系統(tǒng)架構(gòu)

本文所研究的電壓監(jiān)測儀，主要參考《DL500-2009》中關(guān)于電壓監(jiān)測儀使用技術(shù)條件的相關(guān)要求，并參照電力執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)中對于電壓監(jiān)測設(shè)備在精度方面的要求，設(shè)計了一套能源供給和監(jiān)測載體一體的檢測設(shè)備。本文所設(shè)計的檢測設(shè)備，充分利用現(xiàn)代電子技術(shù)、計算機技術(shù)、遠(yuǎn)程通訊技術(shù)等當(dāng)代前沿科技實現(xiàn)對于單相電壓監(jiān)測儀的遠(yuǎn)程檢測[1]。

1電壓監(jiān)測儀檢測裝置的系統(tǒng)構(gòu)成

本裝置的主要功能是實現(xiàn)單相電壓監(jiān)測儀的遠(yuǎn)程實時檢測，具有系統(tǒng)一體性、高精度性等特點，設(shè)備的電源供給通過DDS（直接數(shù)字頻率合成技術(shù)）所產(chǎn)生的呈正弦波形的數(shù)字電壓信號實現(xiàn)，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)電壓信號頻率及幅值的實時調(diào)整。其供能原理是：將電源信號引入16位D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和濾波模塊，進(jìn)而得出與需求相同頻率和幅度相同的模擬正弦波形數(shù)字電壓信號，再通過功率放大電路將其變成0.05級精度50Hz的220V標(biāo)準(zhǔn)電壓作為電源。在設(shè)備的控制系統(tǒng)中裝高精度的工頻交流數(shù)據(jù)采集裝置（該裝置由FPGA和12位高速AF模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊構(gòu)成），同時系統(tǒng)中還設(shè)置有GPRS/GSM遠(yuǎn)程通訊模塊，控制中心就可以通過GPRS/GSM模塊向FPGA發(fā)送相應(yīng)的命令從而實時控制輸出電壓的值；同時，GPRS/GSM模塊還能將設(shè)備輸出端的電壓情況實時反饋給控制中心，從而使監(jiān)測人員能夠隨時掌握設(shè)備電源供給情況，進(jìn)而進(jìn)行實時調(diào)整。在日常工作過程中，電壓監(jiān)測設(shè)備需要進(jìn)行檢測時，控制中心通過GPRS/GSM模塊開關(guān)命令到FPGA控制器，實現(xiàn)電壓監(jiān)測設(shè)備在市電和標(biāo)準(zhǔn)電源之間進(jìn)行任意轉(zhuǎn)換[2]。

2電壓監(jiān)測儀檢測裝置的主要功能及特點

本裝置能夠?qū)崿F(xiàn)實時遠(yuǎn)程控制輸出電壓的值，調(diào)解控制范圍在標(biāo)準(zhǔn)輸出值±10%之間，進(jìn)而實現(xiàn)對市政用電不同的監(jiān)測需求；本裝置能夠把電壓的上、下超限時間進(jìn)行詳細(xì)記錄，從而能夠為電力部門對市政電網(wǎng)的統(tǒng)計監(jiān)測提供有效參考；本裝置的接口中有RS232接口，能夠便捷實現(xiàn)電壓監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)通訊，同時裝置的系統(tǒng)中擁有數(shù)據(jù)比較分析功能，能夠把電壓監(jiān)測裝置所監(jiān)測到的數(shù)據(jù)利用RS232模塊傳輸給設(shè)備，再將實測數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，即能發(fā)現(xiàn)所監(jiān)測電壓的工作狀態(tài)是否正常。本裝置擁有遠(yuǎn)程的通訊功能，裝置本身裝有GPRS/GSM通訊模塊，利用該模塊的遠(yuǎn)程通訊功能實現(xiàn)設(shè)備對于輸出電壓的實時條件，進(jìn)而對電壓監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)；本裝置使用的供能電源能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程程序控制，輸入電源的頻率和幅度都能夠進(jìn)行調(diào)節(jié)，且其諧波畸變率比較低；本裝置的輸入電壓可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為45Hz~55Hz，且其線性度較好。

3電壓監(jiān)測儀檢測裝置的構(gòu)成及性能指標(biāo)

3.1電壓監(jiān)測儀檢測裝置的構(gòu)成

電壓監(jiān)測裝置的基本結(jié)構(gòu)中有GPRS/GSM遠(yuǎn)程通訊模塊，從而能夠有效實現(xiàn)裝置遠(yuǎn)程通訊的需求；裝置具有RS232接口，能夠?qū)崿F(xiàn)裝置與PC之間、電壓監(jiān)測裝置本身的數(shù)據(jù)傳輸功能；裝置的輸入能源為0.05級的標(biāo)準(zhǔn)電壓，并且能夠在一定范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整；裝置還配備有LED顯示系統(tǒng)[3]，實時顯示監(jiān)測裝置輸出電壓的頻率和幅值；裝置還配備鍵盤接入端口，可以實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)監(jiān)測裝置輸出電壓頻率和幅值；裝置配備電壓切換模塊，實現(xiàn)市政電壓和標(biāo)準(zhǔn)輸入電壓之間的隨時切換；裝置還有AD模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊（12位），能夠?qū)斎腚妷哼M(jìn)行實時收集；裝置裝有模擬放大電路，能夠?qū)崿F(xiàn)對由FPGA所產(chǎn)生的正弦信號功率進(jìn)行放大。

3.2電壓監(jiān)測儀檢測裝置的性能指標(biāo)

輸入的標(biāo)準(zhǔn)電壓源精度為0.05級；輸出的標(biāo)準(zhǔn)電壓源為220V，其調(diào)節(jié)范圍在標(biāo)準(zhǔn)值的±10%之間，且其調(diào)節(jié)的細(xì)度應(yīng)小于0.01%；本裝置的標(biāo)準(zhǔn)電壓頻率為50Hz，其頻帶寬度為45Hz~55Hz，其調(diào)節(jié)的細(xì)度為0.01Hz；電壓相位調(diào)節(jié)范圍為0.00~359.990，且其調(diào)節(jié)的細(xì)度為0.010；本裝置的系統(tǒng)時間能夠依據(jù)手動或者遠(yuǎn)程遙控手段進(jìn)行即時設(shè)定，而且在一般正常工作狀態(tài)下裝置的時間精度應(yīng)小于0.2秒/天，在斷電狀態(tài)下時間精度應(yīng)小于1秒/天；裝置能夠設(shè)置具體電壓進(jìn)行測試。如果電壓的調(diào)節(jié)出現(xiàn)問題，則可通過裝置中的遠(yuǎn)程校準(zhǔn)模塊進(jìn)行電壓調(diào)節(jié)，通過監(jiān)測電壓和校準(zhǔn)返回電壓之間進(jìn)行比對，若其誤差不超過設(shè)定電壓的±10%，則測試成功。

4電壓監(jiān)測儀檢測裝置的結(jié)構(gòu)及工作流程

4.1電壓監(jiān)測儀檢測裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在電壓監(jiān)測裝置的系統(tǒng)構(gòu)成中，最為關(guān)鍵的部分是0.05級單相程控電壓源和GPRS/GSM遠(yuǎn)程通訊模塊；裝置中的程控電壓源則由程控信號發(fā)生器（主要為FPGA控制控制器）、（16位）D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、濾波電路及功率放大電路構(gòu)成，而裝置中的（12位）A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊則用于收集輸出端220V標(biāo)準(zhǔn)電壓，并通過GPRS/GSM遠(yuǎn)程通訊模塊將數(shù)據(jù)傳回控制中，進(jìn)而進(jìn)行監(jiān)測比對[4]。

4.2檢測裝置的工作流程

在正常工作狀態(tài)下，電壓監(jiān)測裝置能夠?qū)κ姓妷哼M(jìn)行檢測，控制中心能夠利用服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)查詢命令給監(jiān)測裝置，電壓監(jiān)測裝置通過遠(yuǎn)程通訊模塊將命令傳遞給執(zhí)行模塊，進(jìn)而控制裝置進(jìn)行電壓檢測，并利用模塊切換將裝置監(jiān)測的電壓轉(zhuǎn)換到裝置終端的標(biāo)準(zhǔn)電壓輸出端，此時再利用裝置的RS232接口把檢測到的數(shù)據(jù)實時傳輸出去。當(dāng)遠(yuǎn)程檢測裝置收到數(shù)據(jù)后，裝置就會把傳輸數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。若比較結(jié)果的誤差在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)表示該裝置處于正常工作狀態(tài)，此時裝置所傳輸回的結(jié)果可認(rèn)定為“合格”；若比較結(jié)果的誤差在系統(tǒng)允許的范圍外表示該裝置處于異常狀態(tài)，此時裝置所傳輸回的結(jié)果認(rèn)定為“不合格”。與此同時，這些比較結(jié)果都會被傳輸?shù)娇刂浦行姆?wù)器中，工作人員就能夠按實際需求對電壓檢查裝置的精度進(jìn)行校準(zhǔn)[5]。檢測裝置在將校表狀態(tài)和電壓數(shù)值傳回控制中心的同時，還會把該裝置的機器ID號傳回，此時若該裝置的工作狀態(tài)存在異常，工作人員就能夠通過ID號快速定位到出現(xiàn)異常的裝置，從而進(jìn)行及時的、有針對性的處置，這樣就省去了排查異常設(shè)備所耗損的人員和物資成本，進(jìn)而提高了電壓監(jiān)測裝置的工作效率，避免錯檢、漏檢情況的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]王莆,楊子力,等.便攜式電壓監(jiān)測儀智能檢測裝置工作原理及使用注意事項[J].電力設(shè)備管理,2018,9.

[2]臧景茹,王晶晶,等.關(guān)于電壓監(jiān)測儀全自動檢測平臺的研究[J].華北電力技術(shù),2017,9.

[3]郭晶,季愛明.NRSEC3000在電壓監(jiān)測儀安全防護(hù)中的應(yīng)用[J].電子設(shè)計工程,2015,17.

[4]盛占石,劉赫,等.基于GPRS技術(shù)的智能電壓監(jiān)測儀的研制[J].儀表技術(shù)與傳感器,2009.8.

[5]孔湧,段崢輝.GSM短信電壓監(jiān)測儀的應(yīng)用分析[J].電力設(shè)備,2005,12.

作者：沐欣欣 王海麗 尹波 魯鷹 單位：南方電網(wǎng)玉溪供電局