中高压断路器在线监测装置的设计与实现

摘要：为了对开关设备的重要参数能进行长期连续的监测，设计出一种采用DSP处理器加CPLD结构的在线监测系统，详细分析了行程信号采集、线圈电流信号采集、数据存储、通信和实时RTC等主要硬件模块的设计方案。系统实现了对高压断路器状态的在线监测和机械故障的诊断，为开关设备状态监测提供了一种可行的解决方案。
关键词：DSP；CPLD；在线监测；硬件设计

高压断路器是电力系统中的重要设备之一，在电站设备中数量多、投资大，在电网中起着控制分配电能和保护设备的双重任务，其性能的可靠性直接关系到电力系统的安全运行。当它发生故障时会引起电网事故或扩大事故，造成很大的经济损失及社会影响。高压断路器的在线监测和故障诊断可以及时发现故障，从而提高其运行可靠性。此外，当电力设备由定期维修转变为状态维修时，高压断路器的在线监测对开关设备的重要参数能进行长期连续的监测，不仅可以提供设备现有的运行状态，而且还能分析各种重要参数的变化趋势，判断有无存在故障的先兆，为设备的状态维修提供依据，从而增大设备的维修保养周期，提高设备的利用率，减少维修保养费用。因此，研究高压断路器状态的在线监测和机械故障的诊断，尽量提前发现潜在故障，将现有的定期检修制度推向状态检修，对避免设备故障及事故的发生和发展，降低设备故障率，有效提高断路器的可靠性，增强电力系统的安全性、可靠性、经济性都具有十分重要的意义。

1 总体方案设计
1．1 处理器介绍
本系统采用TMS320F28335型数字信号处理器，这是TI公司的一款TMS320C28X系列浮点DSP控制器。与以往的定点DSP相比，该器件的精度高，成本低，功耗小，性能高，外设集成度高，数据以及程序存储量大，A／D转换更精确快速等。TMS320F28335具有150 MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，6个DMA通道支持ADC、McBSP和EMIF，有多达18路的PWM输出，其中有6路为TI特有的更高精度的PWM输出(HRPWM)12位16通道ADC。得益于其浮点运算单元，用户可快速编写控制算法而无需在处理小数操作上耗费过多的时间和精力，与前代DSC相比，平均性能提高50％，并与定点C28x控制器软件兼容，从而简化软件开发，缩短开发周期，降低开发成本。
此外，本设计使用的MAX3128A系列是Altera公司推出的3．3 V低价格EEPROM工艺PLD，是满足大批量，成本敏感应用的非易失性CPLD理想的解决方案，是Altera公司销量最大的产品，属于主流器件。MAX3128A器件支持在系统可编程能力，能够轻松地实现现场配置。每个MAX312 8A宏单元都可以独立的配置成顺序或组合逻辑操作。
1．2 系统总体结构
系统的整体框图如图1所示。TMS320F28335上运行嵌入式UCOS II操作系统，实现整个监测系统的任务调度；MAX3128A配合以太网控制芯片RTL8019AS和A／D采样芯片AD7864完成数据的采集和以太网通信功能。