電壓監(jiān)測儀檢測裝置系統(tǒng)結構設計分析

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關鍵詞：電壓監(jiān)測儀；檢測裝置；系統(tǒng)架構

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

1電壓監(jiān)測儀檢測裝置的系統(tǒng)構成

本裝置的主要功能是實現單相電壓監(jiān)測儀的遠程實時檢測，具有系統(tǒng)一體性、高精度性等特點，設備的電源供給通過DDS（直接數字頻率合成技術）所產生的呈正弦波形的數字電壓信號實現，進而能夠實現電壓信號頻率及幅值的實時調整。其供能原理是：將電源信號引入16位D/A數模轉換模塊和濾波模塊，進而得出與需求相同頻率和幅度相同的模擬正弦波形數字電壓信號，再通過功率放大電路將其變成0.05級精度50Hz的220V標準電壓作為電源。在設備的控制系統(tǒng)中裝高精度的工頻交流數據采集裝置（該裝置由FPGA和12位高速AF模數轉換模塊構成），同時系統(tǒng)中還設置有GPRS/GSM遠程通訊模塊，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備電源供給情況，進而進行實時調整。在日常工作過程中，電壓監(jiān)測設備需要進行檢測時，控制中心通過GPRS/GSM模塊開關命令到FPGA控制器，實現電壓監(jiān)測設備在市電和標準電源之間進行任意轉換[2]。

2電壓監(jiān)測儀檢測裝置的主要功能及特點

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

3電壓監(jiān)測儀檢測裝置的構成及性能指標

3.1電壓監(jiān)測儀檢測裝置的構成

電壓監(jiān)測裝置的基本結構中有GPRS/GSM遠程通訊模塊，從而能夠有效實現裝置遠程通訊的需求；裝置具有RS232接口，能夠實現裝置與PC之間、電壓監(jiān)測裝置本身的數據傳輸功能；裝置的輸入能源為0.05級的標準電壓，并且能夠在一定范圍內進行調整；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，可以實現手動調節(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，實現市政電壓和標準輸入電壓之間的隨時切換；裝置還有AD模數轉換模塊（12位），能夠對輸入電壓進行實時收集；裝置裝有模擬放大電路，能夠實現對由FPGA所產生的正弦信號功率進行放大。

3.2電壓監(jiān)測儀檢測裝置的性能指標

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

4電壓監(jiān)測儀檢測裝置的結構及工作流程

4.1電壓監(jiān)測儀檢測裝置的系統(tǒng)結構

在電壓監(jiān)測裝置的系統(tǒng)構成中，最為關鍵的部分是0.05級單相程控電壓源和GPRS/GSM遠程通訊模塊；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數模轉換模塊、濾波電路及功率放大電路構成，而裝置中的（12位）A/D模數轉換模塊則用于收集輸出端220V標準電壓，并通過GPRS/GSM遠程通訊模塊將數據傳回控制中，進而進行監(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)測裝置能夠對市政電壓進行檢測，控制中心能夠利用服務器發(fā)送數據查詢命令給監(jiān)測裝置，電壓監(jiān)測裝置通過遠程通訊模塊將命令傳遞給執(zhí)行模塊，進而控制裝置進行電壓檢測，并利用模塊切換將裝置監(jiān)測的電壓轉換到裝置終端的標準電壓輸出端，此時再利用裝置的RS232接口把檢測到的數據實時傳輸出去。當遠程檢測裝置收到數據后，裝置就會把傳輸數據與監(jiān)測數據進行比較。若比較結果的誤差在系統(tǒng)允許的范圍內表示該裝置處于正常工作狀態(tài)，此時裝置所傳輸回的結果可認定為“合格”；若比較結果的誤差在系統(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果認定為“不合格”。與此同時，這些比較結果都會被傳輸到控制中心服務器中，工作人員就能夠按實際需求對電壓檢查裝置的精度進行校準[5]。檢測裝置在將校表狀態(tài)和電壓數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號快速定位到出現異常的裝置，從而進行及時的、有針對性的處置，這樣就省去了排查異常設備所耗損的人員和物資成本，進而提高了電壓監(jiān)測裝置的工作效率，避免錯檢、漏檢情況的出現。

參考文獻

[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].電力設備管理,2018,9.

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

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

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

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

作者：沐欣欣 王海麗 尹波 魯鷹 單位：南方電網玉溪供電局