基于GPRS配电网故障报警装置中数据采集模块的设计

姜久超，刘 日韦，李爱宁，李国顺，崔海良，刘婉慈

（1.河北省高校水利自动化与信息化应用技术研发中心，河北省沧州市浮阳南大道6号 061001；2.渤海理工职业学院，河北省黄骅市北海路1号 061199）

配电网络作为区域供电的网络，是电力网最末端的一部分，它直接与区域的用电设备相连，配电网络自动化程度的高低，直接影响了用电设备供电的安全可靠性和供电质量。如何有效监测配电网故障并进行及时报警，现行配电网中已经有许多方法和装置在应用，本文就基于无线通信GPRS的配电网故障报警中参数的采集模块设计进行了主要的阐述。

1 GPRS配电网故障报警系统简介

配电网中如何实现故障准确定位报警、快速隔离是提高配电网供电质量和可靠性亟待解决的问题，也是实现配电网自动化必须面对的问题。随着计算机电子技术的迅速发展，通信技术也在迅猛发展，把先进的通信技术应用在配电网中，为配电网自动化的实现开辟了一条新道［1］。

GPRS具有覆盖面广、支持TCP／TP协议可以访问整个Inter net、传输速率高、容易扩展和维护、连接速度快、可靠性高、价格低等优点，非常适宜配电网络中点对多点的输出传输，如图1所示为基于GPRS的配电故障报警系统组成图，该系统把移动无线GPRS通信系统与配电网结合起来，实现中心站对配电网终端设备实时的数据采集、传输和控制。图1中，终端为安装在配电网线路上的报警装置，GPRS是信息传输通道，由运营商管理，主站是安装在变电所的控制中心。

2 故障报警终端

故障报警终端装置是安装在配电网线路杆柱上的，其控制核心是P89C668单片机，以GPRS为通信中心与控制中心进行信息与数据传输。配电网络的三相电流和电压经过变换处理后，由数据采集模块进行存储并与上传报警终端，由报警终端读取数据后上传至控制中心。同时报警终端还要完成相应控制任务。故障报警终端框图如图2所示。

3 数据采集模块的设计

数据采集是否准确决定了系统对故障的判断是否准确，所以数据采集是本装置中至关重要的一部分。数据采集部分主要完成电压和电流信号的采集并计算出电压、电流、有功和无功功率以及功率因数的数值，并在故障时记录故障数据。如图3所示为数据采集模块的框图。

3.1 工作过程

配电网线路的电压和电流分别经过电压互感器和电流互感器传输到滤波、放大电路，再经过模数转换器后，送至单片机进行处理和传输。单片机作为数据采集模块的核心，完成数据采集和计算后，通过串行接口把数据上传。

3.2 ADUC812单片机简介

图3 数据采集模块框图

ADUC812是美国Analog Devices公司生产的一款微控制器，内部集成了一个完全可以编程的高精度模拟数据采集系统，转换速度快，精度高，其主要功能有3方面［2］。

（1）模拟量处理功能

1）8通道12位高精度ADC；

2）高速率200k Sps；

3）2通道12位电压输出DAC；

4）片内温度传感器。

（2）存储器功能

1）8kb片内闪存／电可擦程序存储器；

2）640b片内闪存／电可擦数据存储器；

3）256b片内数据存储RA M。

（3）与8051内核兼容功能

1）额定工作频率12 MHz（最高16 MHz）；

2）3个16为定时器／计数器；

3）9个中断源，2个优先级。

3.3 模拟量接口电路

数据采集的电压电流信号是三相电路，所以每相的电压电流信号经过电压和电流互感器转换后，再通过滤波和放大电路进行模数转换，共有6路模拟量输入电路。如图4所示为模拟量接口电路。

在图4中通过R1，R2把输入电压衰减到0～5 V，R3，R4，R5和前级运算放大器构成放大电路对信号进行适当放大，D1，D2构成限幅电路，防止电压超出0～5 V而对模数转换器造成损坏，R6，R7，C1，C2和后级运算放大器构成滤波电路。

3.4 模数转换

ADUC812内部包含有8通道、精度12位、转换时间5μs的A／D转换器，其工作时转换与采集时间、工作模式和掉电模式是通过ADCCON1特殊功能寄存器控制，通道选择通过ADCCON2特殊功能寄存器控制，ADCCON3对用户软件给出ADC忙的状态进行指示［3］。

3.5 串行通信

ADUC812通过MAX232接口把上传的数据转换成RS232电平与报警终端中的单片机串口相连接，如图5所示。

4 结束语

实践运行证明，该系统能够很好实现配电网络的电压、电流的检测和相应参数计算，并能与上位机进行数据通信，实现了数据采集的快速、准确和实时性，在实现配电网故障报警、运行监视，保障配电网的供电可靠性上起到了应有的作用。

［1］ 罗政.配电网自动化实用技术［M］.北京：中国电力出版社，1998.

［2］ 郭上华，刘保玉，王焕文，等.GPRS网络在配电自动化中的应用［J］.继电器，2005（08）：57－60.

［3］ 石高峰.基于GPRS的配电网故障传输报警装置的设计［D］.济南：山东大学，2006.