PAGE410kv箱式變電站遠(yuǎn)傳設(shè)計(jì)摘要21世紀(jì)，隨著國(guó)家越來(lái)越強(qiáng)大，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)也隨之日益增強(qiáng)，各大企業(yè)以及個(gè)體用戶也增加了對(duì)電能的需求，這就使對(duì)變電站供電能力的要求更加嚴(yán)格，以減少微小故障的發(fā)生，否則將對(duì)電網(wǎng)的安全運(yùn)行造成極大的危害，并且對(duì)二級(jí)用戶日常生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)和三級(jí)用戶的日常生活造成損失與影響。變電站是電力系統(tǒng)電能傳輸?shù)闹匾糠郑梢愿淖冸妷捍笮?，并將各電網(wǎng)的電壓連接在一起。本文研究的是箱式變電站，簡(jiǎn)稱箱變，它的優(yōu)點(diǎn)是供電較可靠、體積小、價(jià)格低、構(gòu)思精密、操作便捷等。近些年來(lái)，箱式變電站的科技日益更新，在目前的配電網(wǎng)中使用的越來(lái)越廣泛，正在逐漸的淘汰傳統(tǒng)類型的變電站。第1章緒論1.1課題的研究背景及意義現(xiàn)今所研發(fā)的的箱式變電站主要分為歐式箱式變電站和美式箱式變電站。兩者相比較而言，歐式箱式變電站占地面積較大，對(duì)電源的負(fù)荷能力較高，供電可靠性強(qiáng)；美式的箱式變電站占地面積小，對(duì)電源的負(fù)荷能力不足，供電可靠性低。雖然我國(guó)本土面積較大，但是用電負(fù)荷較為密集，城市供電量需求較大，對(duì)電網(wǎng)的用電可靠性要求較高。目前近十年來(lái)，我國(guó)選用的是歐式箱式變電站。箱變所組成的變配電裝置是由一個(gè)或多個(gè)箱體所組成，箱體上面連接著有功、無(wú)功補(bǔ)償裝置、高低壓變壓器以及高低壓開關(guān)等。箱式變電站在城鄉(xiāng)電網(wǎng)中應(yīng)用普及的十分廣泛。在東北地區(qū)主要應(yīng)用于10kv配電網(wǎng)系統(tǒng)中。電壓的波動(dòng)、超負(fù)荷過電壓、電壓的諧波分量、三相不平衡以及電壓的突然下降和上升等都是由于二級(jí)用戶的大量使用電子設(shè)備和三級(jí)用戶大量使用家用電器所造成。通過這些問題會(huì)使電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成影響，嚴(yán)重會(huì)損壞負(fù)載用戶的設(shè)備。為了獲得更加準(zhǔn)確的信息，必須使供電質(zhì)量得到提高，我們不得不利用現(xiàn)有的技術(shù)對(duì)電量運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，從而做出正確的調(diào)整。配網(wǎng)電路設(shè)備在運(yùn)行中回受熱、電、自然環(huán)境以及機(jī)械的負(fù)荷等的影響下，都將減少設(shè)備的壽命，從而將設(shè)備的可靠性降低，以至于電網(wǎng)事故頻繁發(fā)生，危及用戶可靠持續(xù)性用電，造成經(jīng)濟(jì)損失。所以對(duì)電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是目前改善電網(wǎng)可靠運(yùn)行的當(dāng)務(wù)之急。通過對(duì)以上內(nèi)容所存在的問題，將各個(gè)參數(shù)指標(biāo)準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速地監(jiān)測(cè)出，并且分析從而找出其電力系統(tǒng)故障的原因，最終提出一個(gè)合理的解決方案，便是智能監(jiān)測(cè)裝置的體現(xiàn)。當(dāng)下，不能將電網(wǎng)的各數(shù)據(jù)做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不能第一時(shí)間對(duì)電力系統(tǒng)的故障進(jìn)行維修，是目前箱式變電站的檢測(cè)裝置所存在的問題。根據(jù)相關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)，我們總結(jié)了一下所遇到的問題。顯示面板上所能操作的功能十分單一。沒有排風(fēng)、功率、溫度、濕度、加熱等功能。箱式變電站所放置的地方非常危險(xiǎn)，所以會(huì)對(duì)工作人員的生命安全造成危害，沒有保護(hù)、報(bào)警等功能。各個(gè)二次設(shè)備之間的兼容性十分差，很難實(shí)現(xiàn)二次設(shè)備之間的相互通信。箱式變電站的監(jiān)測(cè)都是由人工完成，因此智能化差?？偨Y(jié)以上箱式變電站存在的問題，這就需要一個(gè)更加合理的解決方案，全面智能化箱式變電站的設(shè)計(jì)，就迫在眉睫。智能箱式變電站監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)傳裝置的產(chǎn)生，將會(huì)滿足無(wú)人值班的要求。監(jiān)測(cè)裝置還可以保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性、保證配電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。1.2國(guó)內(nèi)、外的現(xiàn)狀及其應(yīng)用1.2.1國(guó)外的研究現(xiàn)狀在20世紀(jì)60年代，歐美國(guó)家等的配電網(wǎng)中便開始使用箱式變電站。起初，配電網(wǎng)所能實(shí)現(xiàn)的功能較為簡(jiǎn)單，并且系統(tǒng)規(guī)模小，因而箱式變電站的運(yùn)行只能進(jìn)行大概的監(jiān)測(cè)，因?yàn)槠渲粨碛休^為基礎(chǔ)的智能監(jiān)測(cè)儀器，如：油溫表、壓力表、油溫計(jì)等。隨著時(shí)代的進(jìn)步，技術(shù)的提高，箱式變電站的監(jiān)測(cè)裝置也得到了猛烈的提高。隨之而來(lái)的便是配電網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)模日益變大，從而變得更加復(fù)雜。因此，歐美國(guó)家等的發(fā)展方向便是將箱式變電站的智能監(jiān)測(cè)裝置做到更加全面，使其可靠性更高。歐美等國(guó)家的箱式變電站在配電網(wǎng)中的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，根據(jù)有關(guān)資料顯示：歐洲國(guó)家的配電網(wǎng)中箱式變電站的普及率為70%，而北美國(guó)家的普及率已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了85%。1.2.2國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀在20世紀(jì)70年代，我國(guó)才開始初次使用箱式變電站，起初，我國(guó)的配電技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美等國(guó)家，正是因?yàn)槲覈?guó)電子技術(shù)剛起步的原因。該狀況一直持續(xù)到20世紀(jì)90年代末，我國(guó)第一臺(tái)無(wú)人值班箱式變電站誕生了，它是由河北電力設(shè)備廠研發(fā)出的，此后，智能箱式變電站才在我國(guó)得到普及。20世紀(jì)80年代后期，我國(guó)才開始研究智能監(jiān)測(cè)裝置，通過不斷地研究以及不斷的學(xué)習(xí)歐美等國(guó)家先進(jìn)的技術(shù)，我國(guó)智能監(jiān)測(cè)裝置逐漸成熟?，F(xiàn)今，我國(guó)的箱式變電站的監(jiān)測(cè)裝置采用相互獨(dú)立的通信裝置，因此各監(jiān)測(cè)裝置的通信不統(tǒng)一，各廠家所制造的箱式變電站的技術(shù)也參差不齊，而且我國(guó)的由于地理位置引起的晝夜溫差很大，氣候多樣，箱式變電站對(duì)周圍環(huán)境的適應(yīng)能力差。箱式變電站在城鄉(xiāng)建設(shè)的配電網(wǎng)中十分重要，普及量也很大，智能化的箱式變電站成為我國(guó)未來(lái)所努力的目標(biāo)。在21世紀(jì)新時(shí)代的到來(lái)，箱式變電站監(jiān)測(cè)裝置越來(lái)越趨于智能通信化，其主要表現(xiàn)于：1)智能化：對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行電量參數(shù)、一次設(shè)備開關(guān)狀態(tài)量的采集與處理、箱式變電站室內(nèi)溫度以及箱式變電站濕度,通過傳感器技術(shù)、微處理器技術(shù)、電力電子技術(shù)還有通信技術(shù)，進(jìn)而達(dá)到全方位實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的目的。2)通信化：為了解決二次設(shè)備之間通信協(xié)議不統(tǒng)一而造成通信質(zhì)量差、不穩(wěn)定等問題，從而實(shí)現(xiàn)箱式變電站監(jiān)測(cè)裝置之間信息共享以及與其監(jiān)控中心的雙向通信,最終實(shí)現(xiàn)了四遙(遙則、遙信、遙調(diào)、遙控)功能。1.2.3箱式變電站的應(yīng)用和推廣由于智能箱式變電站勞動(dòng)力低、操作便捷、組裝簡(jiǎn)單、智能通信化高等優(yōu)點(diǎn)，從而在城鄉(xiāng)配電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用，并有“世紀(jì)變電站建設(shè)的目標(biāo)模式”的贊美。箱式變電站在城鄉(xiāng)建設(shè)中的主要表現(xiàn)是：提高電能質(zhì)量由于我國(guó)技術(shù)不斷提高，無(wú)功補(bǔ)償技術(shù)也得到了提高，這大大降低了過補(bǔ)償?shù)漠a(chǎn)生，從而增大了電容器的投運(yùn)率，使電力系統(tǒng)的功率因數(shù)維持在0.96左右，因此，有效的提高了電能質(zhì)量。提高供電可靠性不同的箱式變電站之間是相互獨(dú)立的，當(dāng)有一個(gè)箱式變電站出現(xiàn)故障時(shí)，為了能夠繼續(xù)保持供電的正常運(yùn)行，將其它箱式變電站通過低壓線路連接起來(lái)形成環(huán)網(wǎng)，箱式變電站的低壓出線回路一般有8個(gè)，通過輸電線路分別向不同的二級(jí)用戶的各大型電子設(shè)備和三級(jí)用戶的居民電子設(shè)備使用等供電，因此，有效的提高了供電的可靠性。此外，在鐵路電力遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)中箱式變電站也得到了較為廣泛的應(yīng)用，為了保證鐵路運(yùn)行的安全性，因此，在鐵路線路上的各個(gè)信號(hào)樓都使用了雙回路供電，因此保證了兩路電源的正常運(yùn)行。在鐵路系統(tǒng)中使用箱式變電站作為車站的供電方案已經(jīng)被普及，從而保證了鐵路的安全需要。在我國(guó)的膠東沿線鐵路，該鐵路采用了各領(lǐng)域的綜合性先進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)在鐵路沿線的箱式變電站從整體的結(jié)構(gòu)世紀(jì)到組成裝置都得到了普及，設(shè)計(jì)了一個(gè)具有高可靠性的線路故障切除以及遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其中使雙電源監(jiān)測(cè)和10kv監(jiān)測(cè)的各個(gè)單元組合在一起，最終實(shí)現(xiàn)了電力線路故障切除的自動(dòng)化，而這是多年的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和保證運(yùn)行可靠性為前提所設(shè)計(jì)出來(lái)的。該設(shè)計(jì)的應(yīng)用保證了鐵路運(yùn)行的安全性、解決了因電源故障對(duì)鐵路造成的影響、使因此造成的經(jīng)濟(jì)損失也減少了，保證了運(yùn)輸生產(chǎn)的可靠性，推動(dòng)了箱式變電站監(jiān)測(cè)裝置的發(fā)展，使箱式變電站在城鄉(xiāng)配電網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。1.3全文研究?jī)?nèi)容及章節(jié)安排本文研究了箱式變電站遠(yuǎn)傳設(shè)計(jì)，分別對(duì)無(wú)功功率、電壓、有功功率、電流、溫度信號(hào)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，最終上傳到檢測(cè)中心。本文結(jié)構(gòu)如下：第一章：首先介紹了箱變的應(yīng)用和推廣、課題的研究背景及意義、國(guó)內(nèi)、外的研究現(xiàn)狀。第二章：本章介紹了箱式變電站的一次接線圖，確定了監(jiān)測(cè)裝置的功能配置和設(shè)計(jì)目標(biāo)。第三章：詳細(xì)介紹了監(jiān)測(cè)裝置硬件部分的總體設(shè)計(jì)方案，包括非電力參數(shù)測(cè)量單元、通信及人機(jī)交互單元的硬件電路、電力參數(shù)測(cè)量單元及各單元的電路圖及工作原理。第四章：給出了相應(yīng)的程序流程圖，并介紹了監(jiān)測(cè)裝置的軟件設(shè)計(jì)。第五章：總結(jié)。第2章箱式變電站智能監(jiān)測(cè)裝置設(shè)計(jì)方案2.1箱式變電站智能監(jiān)測(cè)裝置系統(tǒng)架構(gòu)箱式變電站具有的體積小、噪聲低、操作簡(jiǎn)單、通信智能化強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因而大大優(yōu)秀于傳統(tǒng)的普通變電站，箱式變電站它還可以將低壓配電裝置、高壓開關(guān)設(shè)備以及高低壓變壓器等一次設(shè)備和所需的二次設(shè)備連接在一起，從而形成配電設(shè)備，因此箱式變電站在電能的傳輸過程中起著重要的的作用，在電網(wǎng)的傳輸、配電中得到普及。目前市場(chǎng)上的箱式變電站主要分為歐式箱式變電站和美式箱式變電站。相比之下，歐式箱式變電站占地面積較大，對(duì)電源的負(fù)荷能力較高，供電可靠性強(qiáng)；美式的箱式變電站占地面積小，對(duì)電源的負(fù)荷能力不足，供電可靠性低。并且歐式箱式變電站具備環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，即使某一處線路受到損壞，其它線路也可以繼續(xù)為下面的設(shè)備供電，這樣不僅大大提高了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同樣也提高了電能供電的可靠性。由于我國(guó)本土面積較大，而且用電負(fù)荷較為密集，城市供電量需求較大，因此對(duì)電網(wǎng)的用電可靠性要求較高。從而歐式箱式變電站的應(yīng)用更為廣泛。由于以上因素，本設(shè)計(jì)將采用歐式變電站，設(shè)計(jì)出一套較為智能的箱式變電站監(jiān)測(cè)裝置。一般示意圖如圖2-1所示。圖2-1箱式變電站監(jiān)測(cè)裝置整體示意圖箱式變電站監(jiān)測(cè)裝置從功能上主要可以分為三個(gè)部分：（1）由電壓信號(hào)采集電路、電流信號(hào)采集電路、有功功率信號(hào)采集電路、無(wú)功功率信號(hào)采集電路等組成的電量監(jiān)測(cè)部分。（2）由變壓器的溫度信號(hào)采集電路、箱式變電站內(nèi)部環(huán)境的濕度信號(hào)采集電路、箱式變電站內(nèi)部環(huán)境的溫度采集電路等組成的非電量監(jiān)測(cè)部分。（3）由LED顯示、監(jiān)測(cè)裝置與調(diào)度中心的通信等組成的通信與人機(jī)交互部分。2.1.1箱式變電站一次接線圖為了提高供電可靠性和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性，箱式變電站中通常采用環(huán)網(wǎng)供電方式，而在10kv的配電網(wǎng)中，其電能所輸送的大多數(shù)是容量較小的用戶和用電量較低的居民等，因此環(huán)網(wǎng)供電方式滿足了該負(fù)荷所需的供電要求。而單環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)是現(xiàn)在箱式變電站中應(yīng)用最廣的，單環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)的典型接線圖如圖2-2所示：其中：10kv環(huán)網(wǎng)上的熔斷器：FU1、FU2；10kv環(huán)網(wǎng)上的負(fù)荷開關(guān)：QL1、QL2；變壓器高壓進(jìn)線側(cè)的負(fù)荷開關(guān)：QL3；變壓器高壓進(jìn)線側(cè)的熔斷器：FU3；低壓側(cè)母線的進(jìn)線斷路器：QF；低壓出線側(cè)的斷路器：QF1、QF2、QF3、QF4、QF5、QF6、QF7、QF8。圖2-2單環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)的典型接線圖2.1.2監(jiān)測(cè)對(duì)象根據(jù)單環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)的接線圖（箱式變電站的一次接線圖），可知本設(shè)計(jì)中的具體監(jiān)測(cè)對(duì)象，如下圖表2-1所示：表2-1檢測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)對(duì)象2.2箱式變電站智能監(jiān)測(cè)裝置功能分析當(dāng)箱式變電站在運(yùn)行過程中發(fā)生故障時(shí)，將會(huì)影響箱式變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)降低電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和配電網(wǎng)的供電可靠性，故障如：箱式變電站中發(fā)生短路和斷路、箱式變電站中發(fā)生短路和斷路、變壓器會(huì)因溫度過高而引發(fā)火災(zāi)、易引起火災(zāi)、基礎(chǔ)下空間部分漏油，箱式變電站內(nèi)部溫度過高、箱式變電站內(nèi)部過于潮濕發(fā)生導(dǎo)電現(xiàn)象等。為了使箱式變電站更加通信智能化，并減輕工作人員的工作量，以及快捷正確的掌握箱式變電站中的運(yùn)行情況，本設(shè)計(jì)將根據(jù)所存在的安全問題一一做出相對(duì)應(yīng)的解決措施。短路對(duì)應(yīng)報(bào)警功能、箱式變電站溫度過高對(duì)應(yīng)排風(fēng)功能、箱式變電站溫度過低對(duì)應(yīng)加熱功能、以及瓦斯保護(hù)功能。2.2.1報(bào)警功能本設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)裝置有報(bào)警、合閘和分閘功能，對(duì)于不同的事故，都具有較好的保護(hù)措施，面對(duì)箱式變電站突然發(fā)生的故障和事故，將箱式變電站的實(shí)際運(yùn)行情況快速、正確的告知給工作人員，從而降低因事故而帶來(lái)的各種各樣的損失。下面簡(jiǎn)單介紹一下預(yù)告報(bào)警和事故報(bào)警。預(yù)告報(bào)警當(dāng)箱式變電站出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)行、內(nèi)部溫度過高、內(nèi)部溫度過低等非正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，短時(shí)間內(nèi)不會(huì)對(duì)箱式變電站造成影響，但是若不及時(shí)對(duì)事故做出相應(yīng)的處理，時(shí)間久了將會(huì)嚴(yán)重危機(jī)到箱式變電站，從而造成不必要的損失。為了解決這個(gè)問題，因而在箱式變電站的內(nèi)部安裝了報(bào)警裝置是十分必要的，用來(lái)監(jiān)測(cè)箱式變電站內(nèi)部所出現(xiàn)的非正常運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)變壓器溫度異常、變壓器濕度異常、變壓器產(chǎn)生輕瓦斯現(xiàn)象、箱式變電站內(nèi)部溫度異常、箱式變電站內(nèi)部濕度異常等，都將產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。事故跳閘當(dāng)箱式變電站出現(xiàn)變壓器溫度過高而引發(fā)的火災(zāi)、線路短路等事故狀態(tài)時(shí)，會(huì)立刻影響到箱式變電站的正常運(yùn)行，嚴(yán)重將會(huì)影響電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，危機(jī)電網(wǎng)供電的可靠性，造成大規(guī)模停電等，為了避免該問題的產(chǎn)生，因而在箱式變電站的內(nèi)部安裝了報(bào)警裝置是十分關(guān)鍵的，用來(lái)監(jiān)測(cè)箱式變電站內(nèi)部所出現(xiàn)的事故。當(dāng)變壓器產(chǎn)生特高溫、變壓器發(fā)生重瓦斯、變壓器壓力釋放閥等，都將引發(fā)跳閘動(dòng)作，從而引發(fā)報(bào)警信號(hào)。2.2.2排風(fēng)功能箱式變電站雖然有體積小、結(jié)構(gòu)緊、空間小、密閉好等特點(diǎn)，但是這些特點(diǎn)還是有弊處的，在一個(gè)密閉的金屬外殼箱體中安裝一個(gè)變壓器，形成箱式變電站，它會(huì)導(dǎo)致箱式變電站內(nèi)部的熱量增加，從而散熱能力很差。例如：（1）我國(guó)四季分明，夏季溫度很高，而箱式變電站通常放置于較于廣闊的地方，從而使箱式變電站處于一個(gè)高溫的狀態(tài)，而又因?yàn)槠渖峁δ茌^差，將會(huì)嚴(yán)重影響箱式變電站的正常運(yùn)行；（2）箱式變電站中的元件若出現(xiàn)過電壓、過電流等非正常運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，時(shí)間久了，將會(huì)引起元件表面的溫度上升，當(dāng)溫度達(dá)到一定的極限值，若不及時(shí)處理，將會(huì)損壞元件，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)對(duì)電子器械造成影響，這樣損失將是無(wú)法估量的。根據(jù)上述所例舉出的事故，在本設(shè)計(jì)中當(dāng)溫度達(dá)到極限值時(shí)，便會(huì)出發(fā)排風(fēng)功能，及時(shí)對(duì)發(fā)熱設(shè)備進(jìn)行降溫處理，因此保證配電網(wǎng)的正常運(yùn)行，與箱式變電站變壓器溫度監(jiān)測(cè)和箱式變電站內(nèi)部的溫濕度監(jiān)測(cè)相配合，強(qiáng)有力的保證了箱式變電站的穩(wěn)定運(yùn)行。2.2.3加熱功能箱式變電站所工作的地方十分惡劣，常常被安置于低洼、深山、海邊等較為潮濕的地方，再加上我國(guó)天氣變化多端，常伴有大雨、小雨、霧霾、大雪、霜凍、凝霜等自然因素，都會(huì)影響到箱式變電站的正常運(yùn)行，若箱式變電站長(zhǎng)期處于潮濕的狀態(tài)下，不僅會(huì)對(duì)元件壽命造成影響，嚴(yán)重將會(huì)發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象，從而造成不必要的損失，也給工作人員增添了許多負(fù)擔(dān)。因此想要避免此類事故，不讓箱式變電站在長(zhǎng)期處于一個(gè)潮濕的狀態(tài)運(yùn)行，本設(shè)計(jì)中當(dāng)箱式變電站內(nèi)部潮濕度較高時(shí)，若此時(shí)內(nèi)部溫度過低，便要啟動(dòng)加熱保護(hù)和排風(fēng)保護(hù)，同時(shí)作用，以保證潮濕度和溫度恢復(fù)到安全范圍內(nèi)；當(dāng)箱式變電站內(nèi)部潮濕度較低時(shí)，若此時(shí)內(nèi)部溫度也過低，此時(shí)只需啟動(dòng)加熱保護(hù)，待潮濕度和溫度恢復(fù)到安全的范圍內(nèi)即可。因此保障了配電網(wǎng)的正常運(yùn)行，由于我國(guó)各個(gè)地區(qū)的自然環(huán)境不同，只需在加熱裝置上設(shè)置出適合自己區(qū)域的加熱值即可。2.2.4瓦斯保護(hù)瓦斯保護(hù)對(duì)鐵芯故障、變壓器匝間短路、套管內(nèi)部故障、油面下降、變壓器繞組間短路、絕緣劣化、繞組內(nèi)部斷線等都可以迅速做出反應(yīng)，所以變壓器內(nèi)部故障的主保護(hù)就是瓦斯保護(hù)。圖2-3氣體繼電器安裝圖輕瓦斯：當(dāng)在運(yùn)行時(shí)，或者發(fā)生輕微故障時(shí)，由油分解的氣體上升進(jìn)入瓦斯繼電器，繼電器的開口杯隨油面而落下，氣壓使油面下降，輕瓦斯干簧接點(diǎn)在接通后，發(fā)出信號(hào)，在輕瓦斯的內(nèi)部氣體過多時(shí)，通過瓦斯繼電器的氣塞將氣體放出。重瓦斯：當(dāng)變壓器發(fā)生嚴(yán)重的內(nèi)部故障時(shí)，（尤其是匝間短路等其他變壓器保護(hù)不能快速動(dòng)作的故障）產(chǎn)生的強(qiáng)烈氣體推動(dòng)油流沖擊擋板，重\t"/item/%E7%93%A6%E6%96%AF%E7%BB%A7%E7%94%B5%E5%99%A8/_blank"瓦斯干簧接點(diǎn)被擋板上的磁鐵所吸引，使接點(diǎn)接通，然后跳閘。圖2-4氣體繼電器示意圖及實(shí)物圖2.2.5“四遙”功能遙測(cè)YC，遙信YX，遙調(diào)YT和遙控YK統(tǒng)稱為四遙功能。遙信：實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門位置、警告信號(hào)、斷路器位置等遠(yuǎn)方電力設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)視。遙測(cè)：實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)方電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率、頻率、相角、有功電能量及無(wú)功電能量等被測(cè)量數(shù)據(jù)的傳輸與監(jiān)視，此外，還有水位及溫度等非電量。遙控：實(shí)現(xiàn)操作斷路器使之投入或斷開等遠(yuǎn)方運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)的命令。遙調(diào)：實(shí)現(xiàn)對(duì)改變變壓器分接頭位置、改變發(fā)電機(jī)輸出功率的設(shè)定值等具有兩個(gè)以上狀態(tài)的運(yùn)行設(shè)備的控制或參數(shù)設(shè)置。第3章箱式變電站智能監(jiān)測(cè)裝置硬件設(shè)計(jì)箱式變電站遠(yuǎn)傳設(shè)計(jì)硬件電路主要可以分為三個(gè)部分：（1）電量參數(shù)測(cè)量部分：利用交流采樣法對(duì)高壓側(cè)電壓、高壓側(cè)電流、低壓側(cè)電壓、低壓側(cè)電流、有功功率、無(wú)功功率等電量參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，然后通過通信功能將所測(cè)得的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃CD中顯示出來(lái)，不但可以降低工作人員的工作量，而且可以第一時(shí)間讓工作人員掌握各電量參數(shù)的實(shí)時(shí)變化，從而做到對(duì)電流、電壓、功率等電量參數(shù)做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。（2）非電量參數(shù)測(cè)量部分：對(duì)箱式變電站內(nèi)部的濕度、開關(guān)設(shè)備（隔離開關(guān)、斷路器、瓦斯開關(guān)、接地刀閘）、溫度等非電量參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理，箱式變電站中的繼電器可以控制與其相對(duì)應(yīng)的開關(guān)設(shè)備，從而控制開關(guān)設(shè)備的斷開和閉合，保證了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。（3）通信及人際交互部分：可以在液晶顯示屏上對(duì)溫度報(bào)警值、濕度報(bào)警值、排風(fēng)報(bào)警值、加熱報(bào)警值進(jìn)行設(shè)定，還可以對(duì)電量參數(shù)測(cè)量部分和非電量參數(shù)測(cè)量部分所測(cè)得的電量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，做到通信智能化，為工作人員提供便捷。通過以上模塊化的想法，設(shè)計(jì)出了箱式變電站遠(yuǎn)傳裝置的硬件方案圖，如圖3-1所示。圖3-1箱式變電站遠(yuǎn)傳裝置硬件方案圖3.1電力參數(shù)測(cè)量電路設(shè)計(jì)電力測(cè)量部分主要是利用交流采樣法對(duì)高壓側(cè)電壓、高壓側(cè)電流、低壓側(cè)電壓、低壓側(cè)電流、有功功率、無(wú)功功率等電量參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理。由圖3-1箱式變電站智能監(jiān)測(cè)裝置硬件方案圖可知，本裝置主要測(cè)量元件為主控CPU，主控CPU選用的是STM32F407VET6，該設(shè)備只有兩個(gè)直流采樣通道，因此直流采樣通道數(shù)量有限，所以不能同時(shí)實(shí)時(shí)對(duì)電壓、電流、有功功率、無(wú)功功率等電力參數(shù)信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，所以與該設(shè)備芯片內(nèi)部的串行外設(shè)接口（SPI）連接一個(gè)三相電能專用計(jì)量芯片ATT7022B，用這個(gè)芯片對(duì)低壓側(cè)進(jìn)線三相電流和低壓側(cè)進(jìn)線三相電壓進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，從而做到對(duì)低壓側(cè)電流、低壓側(cè)電壓信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，低壓側(cè)是最貼近人民生活的，使用該芯片可以提高信號(hào)采集的精確度，保證了配電網(wǎng)的供電可靠性，高壓進(jìn)線側(cè)的測(cè)量與低壓側(cè)同理，將高壓側(cè)電流、電壓與低壓側(cè)電流、電壓的端子進(jìn)行調(diào)整即可。3.1.1主控CPU最小系統(tǒng)由于本設(shè)計(jì)中要采集的數(shù)據(jù)較多，所涉及的數(shù)據(jù)十分重要，因而需要選擇一個(gè)內(nèi)部?jī)?chǔ)存器容量足夠大且性價(jià)比較高的主控CPU，在眾多的選項(xiàng)中，找到一個(gè)最有利于市場(chǎng)需求的主控CPU，根據(jù)以上種種要求，本設(shè)計(jì)主控制器選擇了STM32F407VET6，下面是該控制器的特點(diǎn)：STM32F407VET6：共有100個(gè)引腳，時(shí)鐘頻率為168Mhz，電源電壓為1.80V（min），ARMCortex-M432位MCU+FPU，210DMIPS，512KBFlash/192KBRAM，USBOTGHS/FS，17個(gè)TIM，3個(gè)ADC，15個(gè)通信接口、攝像頭。微處理器STM32F407VET6的最小系統(tǒng)電路圖見附錄A。（1）復(fù)位電路將RESET和控制器的內(nèi)部引腳NSRT相連，當(dāng)NSRT的引腳被拉低時(shí)，發(fā)生外部復(fù)位是本課程設(shè)計(jì)中所采用的復(fù)位方式，為了避免出現(xiàn)跑飛現(xiàn)象，要借用軟件將IWDG復(fù)位。圖3-2外部系統(tǒng)復(fù)位（2）時(shí)鐘電路STM32F407ZGT6微處理器的時(shí)鐘電路由外部高速時(shí)鐘電路和外部低速時(shí)鐘電路組成，外部高速時(shí)鐘電路由22pF的負(fù)載電容和25MHz的晶振組成，從而做到驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)時(shí)鐘。外部低速時(shí)鐘電路由6pF的負(fù)載電容和32.768KHz的晶振組成，從而為看門狗和實(shí)時(shí)時(shí)鐘提供時(shí)鐘源。其中晶振的作用是為最小系統(tǒng)提供最基本的時(shí)鐘信號(hào)，電容的作用是保證晶振輸出的震蕩頻率更加穩(wěn)定。如果整個(gè)系統(tǒng)中沒有晶振電路，那么整個(gè)系統(tǒng)電路將不工作。圖3-3微處理器的時(shí)鐘電路（3）調(diào)試接口電路本設(shè)計(jì)所采用的微處理器可以進(jìn)行SWD（串行線調(diào)試），它有兩個(gè)引腳分別是SWCLK和SWDIO。如圖3-4所示是SWD接口電路圖。3.1.2監(jiān)測(cè)裝置供電電路通過電源模塊將220V交流大電壓轉(zhuǎn)換成24V、5V的直流小電壓，從而滿足了主控CPU以及相關(guān)的各個(gè)元件所需的電壓等級(jí)，本設(shè)計(jì)所采用的AD供電等級(jí)有直流24V、直流5V、直流3.3V。因此本設(shè)計(jì)的電源模塊采用的是LH40-10D0524-06。DC-DC模塊：體積小、可靠性高、性能價(jià)格比高、多種輸入和輸出電壓、輸出穩(wěn)壓精確度高（精度可達(dá)±3）、電磁兼容特性較低、內(nèi)部裝有輸入濾波器、具有六面屏蔽、鋁殼磨沙容易氧化等特點(diǎn)。典型應(yīng)用：工業(yè)儀表、衛(wèi)星導(dǎo)數(shù)字電路、遙感、遙測(cè)、電子通信設(shè)備、地面通訊以及科研設(shè)備等領(lǐng)域。所以，本設(shè)計(jì)采用了多個(gè)DC-DC模塊，用來(lái)滿足該監(jiān)測(cè)裝置的所有的供電需求。如圖3-5所示為電源轉(zhuǎn)換原理圖： 圖3-5電源轉(zhuǎn)換原理圖3.1.3電壓、電流信號(hào)采集電路本設(shè)計(jì)的目的是為了使箱式變電站的各個(gè)參數(shù)監(jiān)測(cè)精準(zhǔn)、全面，在設(shè)計(jì)過程中對(duì)箱式變電站的高壓進(jìn)線側(cè)、低壓進(jìn)線側(cè)、環(huán)網(wǎng)側(cè)、低壓出線側(cè)等電壓信號(hào)進(jìn)行采集，同時(shí)也對(duì)其電流信號(hào)進(jìn)行采集與處理。為了滿足所采集的信號(hào)滿足單片機(jī)所允許的范圍內(nèi)，利用電壓互感器將配電網(wǎng)中10KV的大電壓轉(zhuǎn)換為100KV的小電壓，將配電網(wǎng)中10KV中的大電流轉(zhuǎn)換為5A的小電流，然后將所測(cè)得的數(shù)據(jù)分別通過電壓變換器和電流變換器傳輸?shù)街骺谻PU中，通過模擬數(shù)據(jù)采集口（AD口）進(jìn)行采樣。一種鐵心閉合沒有氣隙的變壓器是電流變換器。它的缺點(diǎn)是在電流非周期分量作用下容易飽和，線性度差；優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)鐵芯不飽和時(shí)，二次電流波形與一次側(cè)相同。電流變換器在微機(jī)保護(hù)中應(yīng)用十分廣泛。電流變換器可以在微機(jī)保護(hù)裝置中對(duì)輸入電流的電壓形成回路。其作用是：（1）使電路的干擾能力變大，將監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)部的微小電路與檢測(cè)裝置外部的電路隔離開，充分體現(xiàn)了隔離作用。（2）將所大電流通過電流變換器轉(zhuǎn)變成小電流，使數(shù)據(jù)在可采集的允許范圍內(nèi)。下圖3-6為電流變換器的原理接線圖。圖3-6電流變換器原理接線圖電壓變換器的作用是將大電壓通過電壓變換器轉(zhuǎn)變成小電壓，使數(shù)據(jù)在可采集的允許范圍內(nèi)。下圖3-7為電壓變換器的原理接線圖。圖3-7電壓變換器原理接線圖由于電壓型變換器是并聯(lián)在電路中，一次匝數(shù)很多，而電流型變換器是串聯(lián)在電路中一次匝數(shù)很少。因此，在本設(shè)計(jì)中采用了電流型電壓變換器，將所采集到的電壓信號(hào)通過電阻R轉(zhuǎn)變成電流信號(hào)，之后通過模擬數(shù)據(jù)采集（AD采樣）。3.1.4直流偏置電路本設(shè)計(jì)的主控CPU所能采集到的量程為0V~3.3V，在電壓和電流進(jìn)行模擬信號(hào)采樣（AD采樣）時(shí)，由于電壓是電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過來(lái)的模擬電壓信號(hào)，電流是電流轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換過來(lái)的模擬電流信號(hào)，模擬信號(hào)通道只能采集到正半軸的信號(hào)，而之前所轉(zhuǎn)換過來(lái)的模擬信號(hào)存在于電路圖的正半軸和負(fù)半軸，因此負(fù)半軸的模擬信號(hào)無(wú)法被識(shí)別到，因此需要借助一個(gè)偏置電壓AVREF將所測(cè)得的模擬量控制在量程允許的范圍內(nèi)，所以本設(shè)計(jì)還需設(shè)計(jì)一個(gè)偏置電路，如圖3-8所示。圖3-8直流偏置電壓原理圖3.1.5高壓側(cè)電壓、電流信號(hào)調(diào)理電路本設(shè)計(jì)的調(diào)理電路是由瞬態(tài)抑制兩階RC低通濾波器、二極管和電壓跟隨器組成，如圖3-9信號(hào)調(diào)理模塊原理圖所示。圖3-9信號(hào)調(diào)理模塊原理圖能夠?qū)崿F(xiàn)輸出電壓跟隨輸入電壓變化的一類元件稱為電壓跟隨器，它的電壓放大倍數(shù)恒小于且接近于1。電壓跟隨器的特點(diǎn)是輸入阻抗高，最高可以達(dá)到幾兆歐姆，并且輸出阻抗低，一般只有幾歐姆，甚至可以更低。在此電路中主要起到抗干擾的作用。3.1.6低壓側(cè)電壓、電流調(diào)理電路由進(jìn)線側(cè)和出線側(cè)組成了低壓側(cè)信號(hào)，由于模擬數(shù)據(jù)采集通道數(shù)量有限，因此本文的進(jìn)線側(cè)信號(hào)調(diào)理電路由電能計(jì)量芯片ATT7022B進(jìn)行采集，與此同時(shí)，也提高了采樣的精準(zhǔn)度。出線側(cè)信號(hào)調(diào)理電路與高壓側(cè)調(diào)理電路相同。低壓進(jìn)線側(cè)調(diào)理電路的電流互感器（CT）輸出的三相電流信號(hào)和電壓互感器（PT）輸出的三相電壓信號(hào)通過變換后傳輸?shù)诫娏啃酒珹TT7022B中的模擬數(shù)據(jù)采樣通道，然后，通過串行外設(shè)接口（SPI）獲取由計(jì)量芯片ATT7022B所測(cè)得的電壓進(jìn)線側(cè)電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率、溫度、濕度等數(shù)據(jù)，因此做到了對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。保證了配電網(wǎng)的供電可靠性，高壓進(jìn)線側(cè)的測(cè)量與低壓側(cè)同理，將高壓側(cè)電流與低壓側(cè)電流的端子進(jìn)行調(diào)整，將高壓側(cè)電壓與低壓側(cè)電壓的端子進(jìn)行調(diào)整即可。圖3-10為ATT7022B的內(nèi)部框圖。圖3-10ATT2022B內(nèi)部框圖ATT7022B（1）三相電能專用計(jì)量芯片，具有高精度，用于三相三線和三相四線應(yīng)用；（2）集成了參考電壓電路、有效值、所有功率、能量、功率因數(shù)、六路二階sigma-deltaADC以及頻率測(cè)量的數(shù)字信號(hào)處理等電路；（3）可以對(duì)各相的無(wú)功功率、有功功率、視在功率、無(wú)功能量以及有功能量進(jìn)行測(cè)量，還可以對(duì)各相電壓和電流相角、有效值、頻率、功率因數(shù)等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量；（4）支持全數(shù)字域的增益和相位校正；（5）可以與外部MCU之間進(jìn)行參數(shù)傳遞，通過SPI接口讀出所有參數(shù)；（6）使通電和斷電時(shí)不影響正常運(yùn)行，所以內(nèi)部含有電壓監(jiān)測(cè)電路。如圖3-11為ATT7022B典型應(yīng)用圖。圖3-11ATT2022B典型應(yīng)用圖3.1.7模擬選擇電路本設(shè)計(jì)采用的是單刀四擲低阻模擬開關(guān)芯片CH444，CH444為雙通道低阻寬帶雙向模擬開關(guān)芯片。如圖3-12是CH444硬件電路圖。CH444包含兩通道SPQT單刀四擲模擬開關(guān)，它的特點(diǎn)是高帶寬，低導(dǎo)通電阻。

如圖3-13是CH444雙通道低阻帶寬雙向模擬開關(guān)原理圖。圖3-12CH444硬件電路圖圖3-13CH444雙通道低阻帶寬雙向模擬開關(guān)原理圖3.2非電力參數(shù)測(cè)量電路設(shè)計(jì)3.2.1箱式變電站溫度監(jiān)測(cè)目前，在我國(guó)的城鄉(xiāng)建設(shè)中對(duì)箱式變電站的應(yīng)用日益增多，也意味著電力負(fù)荷日益增長(zhǎng)，再加上我國(guó)地勢(shì)四季分明，夏季過于炎熱，使箱式變電站長(zhǎng)期處于高溫狀態(tài)，從而損壞箱式變電站中某些元件，造成不必要的損失，嚴(yán)重將引發(fā)事故，為了防止出現(xiàn)不必要的事故，因此對(duì)箱式變電站的溫度監(jiān)測(cè)工作就顯得尤為重要。本設(shè)計(jì)采用PT100溫度傳感器對(duì)箱式變電站進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)，該傳感器可以將溫度變量轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)，因而將所測(cè)得的溫度信號(hào)傳輸?shù)街骺谻PU進(jìn)行處理，從而做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證了配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了供電的可靠性。溫度的采集范圍可以在-200℃～+850℃。它的工作原理：當(dāng)PT100=0℃時(shí)，阻值為100Ω，它的阻值與溫度成正比（隨溫度而上升）。如圖3-14為溫度-阻值函數(shù)。圖3-14溫度-阻值函數(shù)本設(shè)計(jì)使用電橋電路來(lái)模擬采樣測(cè)溫的方式，測(cè)試電路原理圖如3-15所示。工作原理：通過電橋電路（R8、R9、R10、TL431AILP）可以得到一個(gè)電壓：U1=（1+R9/R10）*2.5圖3-15溫度測(cè)試電路原理圖測(cè)量電路是由R1、R2、R3、PT100組成的電橋電路所構(gòu)成的，因此可知R1=R2。PT100的阻值是隨溫度的變化而變化的，當(dāng)PT100中有電流流過時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生一定的電壓，但是電橋的另一邊保持不變，所以測(cè)量電路將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)微小的電壓，但是這個(gè)電壓時(shí)微安級(jí)的，此電壓值很小，不在采樣允許的范圍內(nèi)，為了不影響采樣的精確度，所以在輸出端增添了一個(gè)差動(dòng)放大電路，將所采集到的微小的電壓放大到允許的范圍內(nèi)。在此電路中R4=R5、R6=R7，放大倍數(shù)則為：R6/R4。因此可得溫度測(cè)量電路的輸出電壓為：U2=U1*（Rt/（Rt+R1）-R3/（R2+R3））*R6/R43.2.2箱式變電站的濕度測(cè)量由于箱式變電站所工作的地方十分惡劣，常常被安置于低洼、深山、海邊等較為潮濕的地方，再加上我國(guó)天氣變化多端，常伴有大雨、小雨、霧霾、大雪、霜凍、凝霜等自然因素，都會(huì)影響到箱式變電站的正常運(yùn)行，因此做到對(duì)箱式變電站濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。本設(shè)計(jì)采用HS1101濕度傳感器對(duì)箱式變電站進(jìn)行濕度監(jiān)測(cè)，將所測(cè)得的濕度信號(hào)傳輸?shù)街骺谻PU進(jìn)行處理，從而做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證了配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，提高了供電的可靠性。HS1101濕敏電容傳感器在電路中與電容元件相同，它的電容值與空氣的濕度成正比，為了將所測(cè)得的信號(hào)轉(zhuǎn)換為信號(hào)采集允許的范圍內(nèi)，通常采用555振蕩電路，從而所得的電壓頻率信號(hào)與所測(cè)電路的電容值成反比，其周期則需在示波器中展現(xiàn)。圖3-16為HS1101濕度傳感器原理圖和實(shí)物圖。圖3-16為HS1101濕度傳感器原理圖和實(shí)物圖HS1101的充放電電路由R2、R4和HS1101構(gòu)成，在555芯片內(nèi)部DIS端與地形成短路，形成HS1101的放電電路，多諧振蕩器是由TR和TH端相連形成片內(nèi)比較器，R3為保護(hù)電阻，防止輸出短路，R1為平衡溫度系數(shù)，空氣中濕度與電壓頻率見圖3-17。圖3-17空氣中濕度與電壓頻率3.2.3監(jiān)測(cè)裝置的開關(guān)量輸入、輸出將外部的物理開關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)便是開關(guān)輸入量，從而傳輸給主控CPU進(jìn)行顯示與處理；將主控CPU的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號(hào)便是開關(guān)輸出量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制其他設(shè)備的功能。圖表3-1為監(jiān)測(cè)裝置開關(guān)輸入、輸出量。表3-1監(jiān)測(cè)裝置開關(guān)輸入、輸出量圖3-18開關(guān)輸入量原理圖如圖3-18為開關(guān)輸入量的原理圖，利用24V的直流電供電，通過限流電阻R1為光電耦合器提供電流，OUT2電平的高低可以得到開關(guān)是否導(dǎo)通。在KG1發(fā)生改變時(shí)，經(jīng)過電-光-電信號(hào)轉(zhuǎn)換后，控制其導(dǎo)通和斷開，從而將外部開關(guān)信號(hào)與主控CPU進(jìn)行電氣隔離。圖3-19開關(guān)量輸出原理圖開關(guān)量輸出電路圖如圖3-19所示，合閘動(dòng)作：當(dāng)發(fā)出信號(hào)使光電耦合器導(dǎo)通時(shí)，繼電器K1通電吸合，電容為分合閘線圈提供了一個(gè)瞬時(shí)電流，從而完成了合閘動(dòng)作，反之即為分閘動(dòng)作。3.3通信及人機(jī)交互電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的控制芯片為STM32F103VET6，該芯片有100個(gè)引腳，工作頻率最高可達(dá)72MHZ；32位Cortex內(nèi)核；存儲(chǔ)器由512KB的Flash和64KB的SRAM組成；有216位高級(jí)定時(shí)器和2個(gè)16位基本定時(shí)器；通訊方式有2個(gè)I2C、2個(gè)SPI、1個(gè)SDIO、5個(gè)USART、1個(gè)CAN通信、1個(gè)USB；12位ADC三路共有16個(gè)通道；12位DAC

兩路共有2個(gè)通道；操作電壓在2.0-3.6V之間。通信及人機(jī)交互是由STM32F103VET6最小系統(tǒng)、SPI通信接口、人機(jī)交互電路和RS485通信接口電路共同組成。3.3.1RS485通信接口電路為了做到對(duì)箱式變電站內(nèi)部的溫度信號(hào)和濕度信號(hào)做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，本設(shè)計(jì)將通過RS485通信接口電路將所測(cè)得的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)街骺谻PU上。RS485是半雙工通信，輸送距離遠(yuǎn)，支持節(jié)點(diǎn)多，傳輸速率高；抗干擾能力強(qiáng)。在總線型網(wǎng)絡(luò)中不能使用星型和環(huán)網(wǎng)型網(wǎng)絡(luò)，但可以使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)型網(wǎng)絡(luò)，如果沒有接電阻的情況下，將會(huì)有多個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)從發(fā)送端發(fā)送出來(lái)，從而使數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)隔離是由2組不共地電源分別是VDD_5V和5V經(jīng)過2組高速光耦6N137和1組低速光耦TLP521組合所實(shí)現(xiàn)的。上拉電阻為R7，下拉電阻為R9，匹配電阻則為120Ω的R8。3.3.2SPI通信接口電路SPI串行外設(shè)接口,是一種全雙工，高速的，同步的通信總線，它在PCB的布局上十分的節(jié)省空間，芯片管腳上占用四根線，節(jié)省了芯片引腳。在眾多的設(shè)計(jì)中得到了普遍應(yīng)用。本設(shè)計(jì)的通信道路是通過STM32內(nèi)部的SPI接口與電能計(jì)量芯片ATT7022B完成的，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力參數(shù)測(cè)量部分的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。圖3-20為SPI的接線圖。圖3-20SPI的接線圖SPI的接口信號(hào)有：（1）MOSI–主器件\t"/item/SPI%E6%8E%A5%E5%8F%A3/_blank"數(shù)據(jù)輸出，從器件數(shù)據(jù)輸入；（2）MISO–主器件數(shù)據(jù)輸入，從器件數(shù)據(jù)輸出；（3）SCLK–\t"/item/SPI%E6%8E%A5%E5%8F%A3/_blank"時(shí)鐘信號(hào)，是主設(shè)備的輸出，從設(shè)備的輸入；（4）NSS–片選引腳，從器件使能信號(hào)，由主器件控制,有的IC會(huì)標(biāo)注為CS(Chipselect)。3.3.3人機(jī)交互電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)是由液晶顯示屏、按鍵和LED指示燈組成了人機(jī)交互電路，從而實(shí)現(xiàn)了閾值設(shè)定、斷路器分、合操作以及數(shù)據(jù)顯示等功能。圖3-21為人機(jī)交互面板示意圖。圖3-21為人機(jī)交互面板示意圖按鍵電路的設(shè)計(jì)箱式變電站的溫度報(bào)警值、箱式變電站的濕度報(bào)警值、箱式變電站的加熱閾值、箱式變電站的排風(fēng)閾值、就地操作以及復(fù)位系統(tǒng)都可以通過按鍵來(lái)進(jìn)行操作。圖3-22為按鍵原理接線圖。圖3-22按鍵原理接線LED顯示電路的設(shè)計(jì)高壓開關(guān)狀態(tài)、低壓開關(guān)狀態(tài)、排風(fēng)設(shè)備、加熱設(shè)備、報(bào)警類型等的運(yùn)行狀態(tài)都可以通過LED顯示出來(lái)。如圖3-23為L(zhǎng)ED接口電路圖。如圖3-23LED接口電路圖數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)及鍵盤控制芯片的選用本設(shè)計(jì)采用了CH452內(nèi)置時(shí)鐘振蕩電路，可以動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)8位數(shù)碼管或者64個(gè)LED，具有光柱譯碼、閃爍、BCD譯碼、段位尋址、移位等功能,并且可以對(duì)單片機(jī)提供上電復(fù)位信號(hào)。如圖3-24為CH452和CPU連接圖。圖3-24CH452和CPU連接圖CPU通過4線串行接口來(lái)控制CH452芯片，因?yàn)?線串行接口是由硬件所控制的，所以即使CPU多次對(duì)4線串行接口進(jìn)行操作，也不會(huì)影響到該芯片的工作效率，64鍵鍵盤與LED顯示之間是相互獨(dú)立的。CH452可以向單片機(jī)提供上電復(fù)位。（4）液晶顯示電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)所采用的液晶屏型號(hào)為L(zhǎng)CD240*128。它的里面有T6963C控制器，可顯示八排漢子在屏幕上，每排顯示15個(gè)16*16點(diǎn)陣漢字，支持文字對(duì)齊功能;支持4/8-bitsLCD驅(qū)動(dòng)接口和4/8-bits的6800/8080MPU接口。液晶屏的接口電路原理接線及實(shí)物圖如圖3-25所示,其中管腳2-3所接的是直流5V電壓,管腳5控制寫操作,管腳6控制讀操作,管腳7是片選信號(hào),管腳9為復(fù)位引腳,管腳10-17是數(shù)據(jù)口,管腳15控制復(fù)位操作。圖3-25LCD屏接口電路及顯示實(shí)物圖CH240128B液晶顯示模塊的特點(diǎn)為：能在邏輯電壓=3.3V的情況下應(yīng)用，另外要備注配置。能在LCM內(nèi)的貼片電位器中使用，并且可以與LCD進(jìn)行對(duì)比度調(diào)節(jié)，而且可以固定。能在LCM中溫度補(bǔ)償電路中選擇使用。能在內(nèi)部邏輯電源點(diǎn)亮背光進(jìn)行使用。CH240128B液晶顯示屏支持單排接口CON1，也支持雙排接口CON2，同時(shí)也支持FFC鍵盤接口。RA8806內(nèi)部含有觸摸功能，可以直接安裝觸摸屏進(jìn)行使用。第四章箱式變電站智能監(jiān)測(cè)裝置軟件設(shè)計(jì)為了保證箱式變電站監(jiān)測(cè)裝置具有較高的可靠性、便于工作人員的操作、使用起來(lái)足夠通暢等，箱式變電站智能監(jiān)測(cè)裝置軟件設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。那些出色的設(shè)計(jì)軟件一般在硬件電路方面只有一些微小的改動(dòng)，為了使系統(tǒng)更滿足所需要求，其重點(diǎn)就放在了軟件設(shè)計(jì)上面，因?yàn)檐浖O(shè)計(jì)相比而言更加靈活、更容易操作與改變。將軟件部分中需要的子程序更改一下或者換一下，便可以滿足用戶的需求，從而使監(jiān)測(cè)裝置的軟件部分更加具有可讀性，修改和替換也更加容易，對(duì)軟件系統(tǒng)的保護(hù)也更加方便，從而將箱式變電站監(jiān)測(cè)裝置的軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期也變短了很多。本設(shè)計(jì)采用分層化的設(shè)計(jì)思想，將軟件部分劃分為電量測(cè)量部分、非電力測(cè)量部分和通信及人際交互部分，共三個(gè)板塊。在設(shè)計(jì)時(shí)要先清楚整個(gè)任務(wù)是干什么的，然后將任務(wù)進(jìn)行層次劃分，再將每個(gè)層次更細(xì)致一些的劃分，在軟件任務(wù)中，每一層下的各個(gè)子程序都應(yīng)要相互獨(dú)立，盡量的減少彼此之間的關(guān)聯(lián)性。在實(shí)際編寫軟件的過程中，要按剛剛所劃分的層次反過來(lái)編寫，所以要先編寫子程序，然后利用各層的邏輯關(guān)系將它們