摘 要：介绍了一种基于32位ARM单片机的变压器在线监测智能采集装置，采用CANbus通讯方式，大大提高通讯的速度和可靠性；硬件锁相环技术的应用，有效地防止了频谱泄漏；系统软件参数可根据变压器的实际工况调节，以适应不同的变电站系统。
关键词：变压器在线监测；电流录波；CANbus；锁相环；ARM单片机
在线监测技术在电力系统中的应用，克服了以往预防性事故维修和状态检修中存在的损失大、维修过度和维修不足等缺点，近年来取得了长足的发展。而变压器作为电气设备中最重要的设备，其事故的影响范围深远，可能引起大面积、长时间停电。同时变压器结构较为复杂，发生故障之后的维修时间长、维修工作量大、维修的费用高。因此对变压器的监测显得尤为重要。对变压器各端口波形进行采集，并对其进行波形分析和传递函数分析是发现其故障的一个有效手段。为提高监测的有效性，监测系统由传统的集中式向大型分布式系统过渡，监测的参量向多元化发展，本文介绍的就是一种具有较高精度的变压器在线监测智能采集装置，即可作为一个单独的采集监测系统，也可通过CAN总线或RS485总线很好的融合到电力系统其它监测系统中。
1硬件实现
1.1实现原理
首先采用超微晶材料，双层电磁屏蔽的高精度、穿芯式电流互感器取得电流信号，信号经信号调理，而后送A/D转换进行数据转换，最后由ARM40807进行数据的保存和传输。图1介绍了系统的整体结构框图。
1.2芯片选型
为保证系统的高精度和高密度采集的特点，系统选用了ATMEL公司AT9140807芯片，它是一款32位的ARM微处理器，集成了ARM7TDMI ARM THUMB 处理器内核，内部资源丰富，有 8个优先级，可单独屏蔽控制的向量中断控制器,又两USATR口，8KB 片内 SRAM，可编程的看门狗定时器等，大大节省了外围芯片。
A/D芯片采用美信公司的14位MAX126芯片，精度可达1/8192，同时MAX126是一个完整的单片数据采集系统，它能自动完成所有输入通道的数据同步采集而无需CPU的干预，从而大大提高了数据采集能力。选用SJA1000和PAC82C250分别作为独立的CAN控制器和CAN总线接口控制器，实现CAN总线通讯，又通过自身MCU两个串口接MAX232和抗浪涌的75184芯片实现RS232和 RS485多口通讯，从而使系统具有了良好的扩展性，既可单独作为一集中式的数据采集系统，同时也可通过CAN或485总线接入到分布式系统中去，同时RS232可实现参数现场整定。另外采用了双片64K的61C1024 作为片外的RAM，数据以16位形式进行存储，DS1286作为并行时钟芯片，使系统的定时精度高达1/100；采用具有硬件看门狗功能的X5163作为E2PPROM，另外系统具有LED显示、声光报警，继电保护控制等功能。
1.3A /D 采集锁相控制电路
被测输入信号经低频滤波去除一个周波信号中由于含有高次谐波而可能产生的多余过零点，再经过零检测电路将信号变成方波信号，这个方波信号的频率就和电网的基频相同。然后对这个方波信号由CD4046进行锁相和4020进行512或者1024倍频，得到频率为512f1/1024f1的脉冲信号，用这个脉冲信号去控制信号通道中的采样保持器和A／D转换器。这样可以使采样脉冲的频率fs严格地跟踪电网基频f1，且每一个电网基频周期内的采样点数N＝fs／f 1为恒定常数。保证每一个工频周期都能采样512/1024个点，有效的防止后序电路数字信号处理中的频谱泄漏问题。
1．4CAN接口电路
由于SJ1000数据总线为TTL电平，通过74ALVC162425实现与ARM总线匹配，PCA82C250为CAN控制器提供差动接收和发送能力，不仅可以起到增大通信距离，保护总线，而且可以提高系统的瞬间抗干扰能力的作用。
2软件实现
通过单片机与控制主机通讯，触发阈值VA-VALUE、监测时间间隔T等参数信息首先存于X5163 E2PROM中，根据变压器的特点、使用年限、使用环境设定相关参数,并且参数可通过上位机与ARM40807的通讯，实现系统控制参数的在线修改.，同时系统还具有接受GPS校时的功能。而为变压器的个性化监测提供可能，为上层程序实现故障跟踪提供了良好的底层程序接口。
2.1功能与参数设定
为节省时间，提高ARM的采样效率，采用查表法实现电流有效值的计算。
2.2过电流数据处理流程图
过电流的一次数据处理过程如图2所示，A/D采集的电流值首先经阈值判断，如果未过电流同时过电流标志位Flag为0，则将数据以循环队列的形式动态刷新保存，否则将数据进行过电流数据保存，如果为过电流的第一点，则将过电流的时间和相位记录，同时过电流标志为Flag置1, 然后判断是否完成规定采集点数，如果完成产生一次过电流事故记录并清掉过电流标志位Flag=0。
2.3底层C语言实现
程序开发选用英蓓特公司的EMBESTIDE集成开发环境，内部集成了丰富的库函数，同时低层程序采用C语言开发，大大的缩短了软件开发的周期,CAN总线通讯协议满足CAN2.0B，采用具有29位标志符的扩展帧，串口0数据发送程序：
3运行效果及结论
通过实验验证和现场运行，实践证明此录波装置波形数据采集准确、系统运行可靠度高，现已经成功应用于湖南泰通电力科技有限公司变压器监测模块中,主要技术参数达到以下标准：采样速率：51.2K～102.4K；分辨率：1/8192; 录波时长：－20 ms～400 ms;时标：GPS定时精确到1/100 s, CAN最高通讯位频：0.9Mbit/s
参考文献
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