基于arm的输电线路雷击监测系统的设计

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1、基于ARM的输电线路雷击监测系统的设计1 引言   输电线路遭受雷击后跳闸率高，已严重影响了电网的安全、可靠运行。雷害不仅是国家电网系统的重要隐患，也是当前影响主网线路安全运行的主要因素之一。雷击事故是危及设备安全、系统稳定及供电可靠性的重要因素。然而对线路雷击跳闸事故的查找和分析时候，难以对故障地点和类型准确定位，对雷电流的幅值和波形也无法有效的观察。因此，有必要研制一套输电线路雷击在线监测系统，实时监测避雷线和各相绝缘子串雷电闪络后的电流波形、幅值、极性等雷电参数，对遭受雷击的杆塔和雷击形式直接做出判断。2 总体设计   输电线路雷击数据处理与传输系统的结构图如图1所

2、示。主要由以下五部分构成：雷电流传感器；雷击信号采样单元；数据处理和传输单元；设备供电电源和上位机软件。当雷击发生时，雷击信号传感器及采样装置对杆塔避雷线和绝缘子上的雷击取样电流进行高速数据采样，雷击数据处理和传输系统将其处理和无线传输，给远端计算机提供雷击闪络数据，以实现快速对雷击杆塔所引起的闪络现象的远端无线监测和“反击”、“绕击”的相别、位置等的判定。图1 输电线路雷击在线监测系统结构图3 硬件设计   硬件设计从可靠性、可扩展性、灵活性、实时性、测量高精度的要求出发，围绕以下几部分展开：   （1）雷电流传感器。本文所研制电流传感器采用了传统型罗氏线圈结构，用直径

3、为1.0mm的漆包线绕制而成，在保证较大的自感系数的同时尽量减小线圈的内电阻，采样电阻可以取得较小（如1Ω）。   （2）雷击信号采样部分。信号采集由“雷击信号采样设备”实现，其原理框图如图2所示。“高速数据采集通道”对应杆塔避雷线和绝缘子上的雷击取样电流的各通道，按并行方式工作（按6路设计，1路备用）。高速数据采集通道的采样方式是：8位双极性采样、10MHz采样速率。“低速数据采集通道”考虑扩展测试环境温湿度、绝缘子串泄漏电流等（设计预留位置）。图2中的单片机微控制器实现各通道的采样控制和采样数据的转存、实时时钟（带GPS校时）、串口发送等。这部分是系统正常工作的核心。

4、信号采样电路使用了高速采样芯片TLC5540。图中的键盘和液晶显示器接口供调试用。RS232通信口用于与数据接收和GPRS传输设备通信，实现采样数据的异步传输。当雷击事件发生后，触发采样板开始采样，采样结束后，采样板将数据通过串口发送出去。图2 雷击信号采集装置结构图   （3）系统电源设计。设备供电电源由“光电池＋蓄电池”系统构成。在独立的光伏系统中，产生的电能不能完全满足用电负载的需求时，需要用储能装置进行能量调节。电压调整器由DC/DC模块构成，以满足设备的供电需要。DC/DC模块使用了HZD20-12D02N02，输入电压为12V，输出电压为+5V，-5V，分别给

5、雷击信号采样板、ARM板供电。其结构图如图3所示。光电池选用功率40W的高效太阳能电池板，蓄电池为19Ah容量；夏天有太阳时6h可充满电，充满电后无光照情况下可连续工作3天。图3 系统供电部分结构图   （4）ARM核心板的设计。从微处理器内核、工作主频、片内外围电路这几个方面考虑，选择AT91RM9200芯片，此微处理器是一款由ATMEL设计生产的嵌入式ARM微处理器，采用208脚PQFP封装和256脚BGA封装，内含一个ARM920T核和以下片内、外围电路。   电源、晶振、以及复位电路。AT91RM9200的内核电压VDDCORE，晶振工作电压VDDOSC，锁相环电

6、压VDDPLL为1.65～1.95V。外设I/O电压VDDIOP，存储器I/O电压VDDIOM电压为1.65～3.6V。对这两种电压等级，本文选用的电压分别是1.8V和3.3V。ARM的输入电压为5V。选用LM1117作为电压转换芯片。此芯片是一个低压差电压调节器系列。其压差在1.2V输出，负载电流为800mA时为1.2V。LM1117有5个固定电压输出（1.8V、2.5V、2.85V、3.3V和5V）。LM1117提供电流限制和热保护。电路包含1个齐纳调节的带隙参考电压以确保输出电压的精度在±1%以内。输出端需要一个至少10uF的钽电容来改善瞬态响应和稳定性。   SD

7、RAM和Flash电路的设计。这里使用两片HY57V281620组成了数据宽度为32比特的32M字节的SDRAM。图4是HY57V281620与AT91RM9200总线连接图。从图中可以看出，AT91RM9200通过数据总线、地址总线和控制总线，将两片字长为16bits，容量为16MB的HY57V281620芯片，连接成一个30MB，字长为32bits的SDRAM。对于Flash，采用是Samsung公司生产的K9F1208。它是具有512Mb（64M×8位）NANDFlash存储器。该存储器的工作电压为2.7～3.6V，内部