电压监测仪检测装置系统结构设计分析

关键词：电压监测仪；检测装置；系统架构

本文所研究的电压监测仪，主要参考《DL500-2009》中关于电压监测仪使用技术条件的相关要求，并参照电力执行标准中对于电压监测设备在精度方面的要求，设计了一套能源供给和监测载体一体的检测设备。本文所设计的检测设备，充分利用现代电子技术、计算机技术、远程通讯技术等当代前沿科技实现对于单相电压监测仪的远程检测[1]。

1电压监测仪检测装置的系统构成

本装置的主要功能是实现单相电压监测仪的远程实时检测，具有系统一体性、高精度性等特点，设备的电源供给通过DDS（直接数字频率合成技术）所产生的呈正弦波形的数字电压信号实现，进而能够实现电压信号频率及幅值的实时调整。其供能原理是：将电源信号引入16位D/A数模转换模块和滤波模块，进而得出与需求相同频率和幅度相同的模拟正弦波形数字电压信号，再通过功率放大电路将其变成0.05级精度50Hz的220V标准电压作为电源。在设备的控制系统中装高精度的工频交流数据采集装置（该装置由FPGA和12位高速AF模数转换模块构成），同时系统中还设置有GPRS/GSM远程通讯模块，控制中心就可以通过GPRS/GSM模块向FPGA发送相应的命令从而实时控制输出电压的值；同时，GPRS/GSM模块还能将设备输出端的电压情况实时反馈给控制中心，从而使监测人员能够随时掌握设备电源供给情况，进而进行实时调整。在日常工作过程中，电压监测设备需要进行检测时，控制中心通过GPRS/GSM模块开关命令到FPGA控制器，实现电压监测设备在市电和标准电源之间进行任意转换[2]。

2电压监测仪检测装置的主要功能及特点

本装置能够实现实时远程控制输出电压的值，调解控制范围在标准输出值±10%之间，进而实现对市政用电不同的监测需求；本装置能够把电压的上、下超限时间进行详细记录，从而能够为电力部门对市政电网的统计监测提供有效参考；本装置的接口中有RS232接口，能够便捷实现电压监测装置的数据通讯，同时装置的系统中拥有数据比较分析功能，能够把电压监测装置所监测到的数据利用RS232模块传输给设备，再将实测数据与监测数据进行对比分析，即能发现所监测电压的工作状态是否正常。本装置拥有远程的通讯功能，装置本身装有GPRS/GSM通讯模块，利用该模块的远程通讯功能实现设备对于输出电压的实时条件，进而对电压监测设备进行调节；本装置使用的供能电源能够实现远程程序控制，输入电源的频率和幅度都能够进行调节，且其谐波畸变率比较低；本装置的输入电压可以进行调节，调节范围为45Hz~55Hz，且其线性度较好。

3电压监测仪检测装置的构成及性能指标

3.1电压监测仪检测装置的构成

电压监测装置的基本结构中有GPRS/GSM远程通讯模块，从而能够有效实现装置远程通讯的需求；装置具有RS232接口，能够实现装置与PC之间、电压监测装置本身的数据传输功能；装置的输入能源为0.05级的标准电压，并且能够在一定范围内进行调整；装置还配备有LED显示系统[3]，实时显示监测装置输出电压的频率和幅值；装置还配备键盘接入端口，可以实现手动调节监测装置输出电压频率和幅值；装置配备电压切换模块，实现市政电压和标准输入电压之间的随时切换；装置还有AD模数转换模块（12位），能够对输入电压进行实时收集；装置装有模拟放大电路，能够实现对由FPGA所产生的正弦信号功率进行放大。

3.2电压监测仪检测装置的性能指标

输入的标准电压源精度为0.05级；输出的标准电压源为220V，其调节范围在标准值的±10%之间，且其调节的细度应小于0.01%；本装置的标准电压频率为50Hz，其频带宽度为45Hz~55Hz，其调节的细度为0.01Hz；电压相位调节范围为0.00~359.990，且其调节的细度为0.010；本装置的系统时间能够依据手动或者远程遥控手段进行即时设定，而且在一般正常工作状态下装置的时间精度应小于0.2秒/天，在断电状态下时间精度应小于1秒/天；装置能够设置具体电压进行测试。如果电压的调节出现问题，则可通过装置中的远程校准模块进行电压调节，通过监测电压和校准返回电压之间进行比对，若其误差不超过设定电压的±10%，则测试成功。

4电压监测仪检测装置的结构及工作流程

4.1电压监测仪检测装置的系统结构

在电压监测装置的系统构成中，最为关键的部分是0.05级单相程控电压源和GPRS/GSM远程通讯模块；装置中的程控电压源则由程控信号发生器（主要为FPGA控制控制器）、（16位）D/A数模转换模块、滤波电路及功率放大电路构成，而装置中的（12位）A/D模数转换模块则用于收集输出端220V标准电压，并通过GPRS/GSM远程通讯模块将数据传回控制中，进而进行监测比对[4]。

4.2检测装置的工作流程

在正常工作状态下，电压监测装置能够对市政电压进行检测，控制中心能够利用服务器发送数据查询命令给监测装置，电压监测装置通过远程通讯模块将命令传递给执行模块，进而控制装置进行电压检测，并利用模块切换将装置监测的电压转换到装置终端的标准电压输出端，此时再利用装置的RS232接口把检测到的数据实时传输出去。当远程检测装置收到数据后，装置就会把传输数据与监测数据进行比较。若比较结果的误差在系统允许的范围内表示该装置处于正常工作状态，此时装置所传输回的结果可认定为“合格”；若比较结果的误差在系统允许的范围外表示该装置处于异常状态，此时装置所传输回的结果认定为“不合格”。与此同时，这些比较结果都会被传输到控制中心服务器中，工作人员就能够按实际需求对电压检查装置的精度进行校准[5]。检测装置在将校表状态和电压数值传回控制中心的同时，还会把该装置的机器ID号传回，此时若该装置的工作状态存在异常，工作人员就能够通过ID号快速定位到出现异常的装置，从而进行及时的、有针对性的处置，这样就省去了排查异常设备所耗损的人员和物资成本，进而提高了电压监测装置的工作效率，避免错检、漏检情况的出现。

参考文献

[1]王莆,杨子力,等.便携式电压监测仪智能检测装置工作原理及使用注意事项[J].电力设备管理,2018,9.

[2]臧景茹,王晶晶,等.关于电压监测仪全自动检测平台的研究[J].华北电力技术,2017,9.

[3]郭晶,季爱明.NRSEC3000在电压监测仪安全防护中的应用[J].电子设计工程,2015,17.

[4]盛占石,刘赫,等.基于GPRS技术的智能电压监测仪的研制[J].仪表技术与传感器,2009.8.

[5]孔湧,段峥辉.GSM短信电压监测仪的应用分析[J].电力设备,2005,12.

作者：沐欣欣 王海丽 尹波 鲁鹰 单位：南方电网玉溪供电局