【摘要】 本集散系统是为安康水电站330千伏变电站封闭式组合电器(GIS)局部放电(PD)的监测研制开发的。该系统已正常运行半年。系统具有自校验，数据采集、处理，数据通信等功能。模拟信号在现场完成A/D转换，再以数字信号方式送到位于控制室的主计算机。由于在RS-485总线上加入了光电隔离电路，主计算机和各个数据采集单元电气上完全隔离。系统具有较高的抗干扰能力和可靠性。
【关键词】 封闭式组合电器，局部放电，集散监测系统，MCS-80c196单片机，RS-485总线
1 引言
分封闭式组合电器(GIS)具有占地小，运行可靠性高等突出优点，但随着运行台数增加，事故仍有发生。在各种事故中绝缘击穿故障占比例很高，而且后果十分严重，因此GIS的局部放电监测技术就应运而生，经过二十年的研究，试验和现场运行时日趋完善。国外一些公司已推出GIS局部放电实时监测系统，但价格十分昂贵。因此研制出国产的较低价格的GIS局部放电微机监测系统是十分必要的。
本文所介绍的监测系统是为西北电管局安康水电厂330千伏GIS共同研制的。该组GIS为国产产品，共有九个间隔并带有460多米长的输电管道。运行单位要求采用微机集中监测，显示，数据统计处理，局放定位，越限报警等。
由于设备的分布范围很大，有的设备距离控制室有几百米远。如果采用长距离的模拟信号传输会使信号严重衰减，在强烈的电磁场环境下，这种传输方式还会引进很大的干扰。变电站需要监测的设备和参数很多，传输电缆的根数和电缆的接头数目相应很多，因此使得系统维护困难，可靠性低。应用集散监测系统，可克服上述缺点。
2 集散监测系统的构成
系统各单元和连接如图1所示。
图1 集散监测系统的构成
2.1 RS-485总线
在本系统中，选用了RS-485串行总线作为主机与现场工作站的通信总线。
RS-485是用于长距离多站互连有较大噪音场地的通信总线，只需要两根信号线进行双向通信任务，采用的是平衡驱动和差分接收方法，从根本上消除了信号地，抗干扰能力强，适合于电磁干扰较强的高压变电站场所应用。通信速度快。
本系统选用了SN75176作为RS-485接口芯片。RS-485的多站互连的典型应用电路如图2所示。
图2 RS-485多站互连的典型应用电路图
用RS-485总线进行多站联网时，各个工作站的供电方式是一个应该注意的问题。如果不同站之间的共模电压太高，可能损坏发送器和接收器接口芯片。本系统的解决方法是：
(1) 所有工作站由接口箱提供220V交流电源，各个工作站再变压、整流、稳压产生出两组直流工作电源：一组是：+5V［1］，+6V［1］,+12V［1］，-12V［1］，另一组是+5V［2］。其中：
［1］组电源供给MCS-80c196及外围芯片；
［2］组供给光电隔离后级的RS-485接口芯片。［1］，［2］两组电源在电源变压器上是隔离的。
(2) 接口箱和工作站的RS-485接口部分采用光电隔离电路。这种设计使得RS-485总线及接口芯片与主机及各个工作站、传感器在电气上完全隔离。
由于采用了光电隔离器件，通信的速度有了一定的限制。本系统中选用TIL117光电隔离芯片，通信波特率可达9600bps。
2.2 接口箱
接口箱内部电路图如图3所示。
图3 接口箱内部电路图
IBM-PC或其兼容机都配有RS-232串行通信接口，但它最大的传输距离只有15米，而且只能点对点连接，不能实现长距离通信和组成总线网。为了和长距离的工作站通信和组网，本系统采用了接口箱实现RS-232信号和RS-485信号的互相转换。
在本系统中，由于选用了SN75176接口酒挥靡欢允菹撸型ㄐ挪捎冒胨し绞健Ｎ饩鲎芟呖刂坪妥芟呔赫侍猓谀骋皇笨讨辉市硪桓龉ぷ髡竞椭骰ㄐ牛蛑骰蛩泄ぷ髡敬拖嗤男畔ⅰＦ绞备鞴ぷ髡咀苁谴τ诮邮兆刺Ｃ恳桓龉ぷ髡径加懈髯缘恼镜刂罚骰确⑺凸ぷ髡镜刂罚挥斜谎≈械刂返墓ぷ髡鞠煊ΑＶ骰⑺兔睿ぷ髡净卮鹣煊π畔ⅰ＞咛骞ぷ鞴倘缦拢?BR> (1) 平时各工作站处于接收状态，RS-485总线处于空闲状态；
(2) 主机转为发送状态。主机向工作站发送命令或数据。如果主机发送的命令是共同命令，全部的工作站都响应，如自检、数据采集等。如果主机发送的是数据通信命令，则只有被选中地址的工作站响应，向主机发送采样的数据。
(3) 主机从工作站接收数据。主机转为接收状态，只有一个工作站为发送状态。
2.3 工作站
本系统中，由MCS-80c196单片机组成现场数据采集单元，该单元被称为现场工作站。工作站通过RS-485总线，把数据传送到控制室的计算机主机。工作站的原理图如图4所示。MCS-80c196 16位单片机是INTEL公司的产品，主要外设装置有：
(1) 全双工异步和同步串行口；
(2) 16位监视定时器(Watchdog)，用于提高系统的抗干扰能力；
(3) 8路、10位A/D转换器；
(4) 2个16位定时器，4个软件定时器；
(5) 16MHz晶振。
图4 工作站的原理图
2.4 传感器及前置放大器
GIS局部放电传感器是监测系统的关键技术。当前采用的主要有机械振动信号(加速度或超声式)和电信号两种方式。本系统选用特高频(UHF)式传感器(天线)，其优点是高灵敏度(可达10pC)，强抗电磁干扰和优良的定位能力。考虑到变电站已投入运行，运行单位为保持GIS可靠性，不愿意拆开设备装设灵敏度高(可达1pC)抗干扰性更强的体内传感器，故采用体外传感器。前置放大器为UHF带通式。应用该种技术已在高压开关制造厂及变电站检测出多种局放故障，包括各种金属颗粒，绝缘子表面污秽，互感器绝缘等，定位误差不大于1米。并找出几处在GIS体外的局放源，并确定其位置。本系统的工作站A/D输入通道带有放大器，放大倍数可以调节，输入电压范围0—5V。传感器采用+6V单电源供电，由工作站提供。
3 主机系统软件
本系统主机上的软件的主要功能有：
(1) 与各个工作站进行数据通信。实现系统自检；
(2) 数据采样，信号波形显示，数据处理，数据统计，数据库管理；
(3) 局部放电定位；
(4) 判断设备的状态；
(5) 监测设备诊断报告的显示与打印。
4 监测系统的现场试验及运行
该系统自1997年现场安装后到现在已正常运行半年。现正在累积数据及经验。系统的现场安装方案如下：
(1) 主机、接口箱安装在变电站的控制室里，由UPS供电；
(2) 传感器安装在各个需要监测设备的附近。每一个工作站配四个传感器，本系统最多可接入32个工作站，128个传感器；
(3) 选用屏蔽双芯电缆作为RS-485总线电缆，长度不超过1200米；
安康水电厂330kV GIS平面图及检测到的局放信号幅值如图5所示。
图5 GIS平面图及检测到的局放信号幅值
(4) 为了进一步提高本系统的可靠性和抗干扰能力，在RS-485总线上可加入光纤通信环节。
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