全云海
（浙江科技学院 计算机与电子工程学系，浙江 杭州310012）
摘 要：在农村，由于线路绝缘老化、电气维修误操作或触电等造成的漏电事故时有发生，对于线路漏电发生的地点、故障时间、漏电流的大小缺乏有效准确的监测。通常，系统监测采用RS－485通信、现场总线技术等，铺设网络费用高，通信距离短，很难实现漏电远程监测。然而，利用嵌入式Modem通过电话网（PSTN）跟远方监测部门组成网络，不存在费用和距离的限制，能迅速找到故障线路的地点、故障的原因等，从而可以迅速排除漏电故障，保证电网的安全运行。
关键词：嵌入式Modem；电话网；微控制器；EEPROM
随着电力事业的迅猛发展，电力在农村中得到了广泛的应用。但由于线路绝缘老化、电气维修误操作或触电等造成的漏电事故也屡有发生，农忙时发生更频繁。有的漏电保护装置只是把发生触电、漏电的线路分断，以保人身的安全，而对于线路漏电发生的地点、故障时间、漏电流的大小缺乏监测，因此，对于故障的排除仍有困难，对于事故的原因也无从得知。为此，迫切需要开发一种漏电监测系统对线路的上述参数进行监测［1］。
农村地处偏僻，要跟远方的监测部位建立网络，若采用RS－485通信、现场总线技术等，则铺设网络费用高，通信距离短，很难实现；然而，利用Modem通过电话网（PSTN）跟远方监测部门组成网络，则不存在费用和距离的限制，而且采用有情况上报的机制，上报数据量少，Modem传输速率不高的缺点也不成为问题，从而有很强的实用性。
基于上述情况开发的漏电监测系统，可以利用Modem通信技术把漏电线路的故障时间、漏电流的大小等参数上传到供电监测部门。由于系统对线路进行了编号，对于线路的实际地址进行了存储和分类管理，因 此，能够迅速找到故障线路的地点、故障的原因等，从而可以迅速排除漏电故障，保证电网的安全运行［2］。
1 系统的组成
系统组成原理如图1所示。本系统由远端计算机监控中心、漏电监测单元、Modem调制解调器三部分组成。
1．1 远端计算机监控中心
本部分属于上位机控制中心，安装在电网控制部门的监控计算机上。主要提供以下功能：①对整个系统所辖的线路采用16位编号，理论上可监测216个前端漏电监测单元，组成的网络覆盖范围广。而且扩充简单方便，只要 在需监测的线路接入漏电监测单元，并在控制中心添加线路的编号即可。②对于线路的位置分类管理。详细记录线路的位置，存储线路管理人的联系方法，从而便于快速查找故障的地点，及时通知相关人员排除故障。③设置各个电路的漏电流的限值。可以主动查询每一个线路的运行情况，自动接收、识别、记录前端线路上的上传报警信息数据［3］。④对所辖线路的漏电监测单元提供对时功能，使各个漏电单元具有统一的时间。⑤实行声光报警。对于Modem的响应振铃采用特殊的序列，使用户可以很容易区分正常的电话和线路故障。建立电子地图系统，录入线路的地理信息，故障发生时自动显示相应线路的地理信息，从而帮助控制中心的管理人员及时发现故障，并对故障线路迅速定位［4］。⑥负责整个系统的管理工作。对报警信息、恢复信息、测试信息等数据进行管理，用户可以通过操作界面进行查询，打印。
监控中心按照模块设计，分为通信模块和数据管理模块，其构成如图2所示。
1．2 漏电监测单元
智能控制模块与多路采集模块共同构成一个漏电监测单元，如图3所示。其中多路采集模块跟智能控制模块的CPU通过串行总线通信，完成漏电流限值的设定、漏电参数数据的集中。智能控制模块采用嵌入式Modem，需要传输数据时通过微控制器的数据接口直接向相应的寄存器读写即可［1］。编程方便快捷，比传统的串行传输数据的Modem具有更强的抗干扰能力。本模块数据传输格式采用电力系统配电 自动化远方终端单元（RTU）中最常用的国际标准IEC68070－5－101（101规约）协议，并提供RS－485接口。现有的变电站自动化系统大多采用485网络，在靠近变电站的情况下，可通过跳线插针选择使用485通信接口，利用现成的变电站485网络跟远端监控中心通信［5］。随着技术的发展甚至可以纳入到采用101规约的变电站自动化系统中。本单元主要包括以下模块。
1．2．1 多路采集模块
本模块负责采集线路的漏电参数，设计有专用的母板插槽，可以根据用户的需要选择所需路数。通常六路插板组成一个采集模块，其中插板的模块如图4所示。调理单元对漏电信号进行放大、分档，转换成A／D转换器能够处理的信号，送入A／D器件进行转换，转换完的结果经过CPU拟合、修正后按照预定的算法跟设定的漏电流值进行比较，根据比较结果得 出相应的开关量控制线路的保护动作，实现对线路的保护功能。
1．2．2 智能控制模块
该模块是多路采集模块和Modem的桥梁，也是本系统漏电监测单元的核心。如图5所示，它主要完 成如下功能：①多路采集模块漏电流限值的设定。此功能也可由
上位机实现，下位机再次设置此功能是为了监测单元模块灵活方便地根据具体情况随时设定线路漏电流的限值。②嵌入式Modem的初始化。要使Modem能正常工作，其内部的寄存器必须经过正确的初始化，智能控制模块在系统上电复位后立即对Modem进行初始化，以保证出现报警时能及时上传数据。③故障线路的上传报警、本地报警。本地报警和上传报警共同保证了 故障的及时发现和排除。④智能控制模块设置了人机接口模块，此模块提供故障线路参数的本地显示和故障查询等功能。⑤手动调整实时时钟单元的时间。实时时钟由监控中心统一对时，当时钟走时不准时，可以手动调整［2］。
本单元微控制器采用ATMEL公司的89C52芯片，其内部自带8 K字节的EPROM，256字节的RAM，使系统不需要任何外扩展资源就可以满足要求。参数采用I2C接口的AT24系列2 K字节的EEPROM，参数包括用户设置的基本信息和采集模块上报的漏电信息，基本信息在系统上电时自动调入。实时时钟采用Philips公司的I2C接口的时钟芯片Pcf8563。该时钟芯片走时准确、极低功耗，保证系统提供精确时钟；看门狗采用MAXIM公司的MAX813L，提供系统上电复位、电压监测和程序监视，保证了系统的可靠稳定工作［6］。
1．3 嵌入式Modem
普通Modem通过电话网将监控中心计算机的控制命令下达给智能控制模块的CPU，嵌入式Modem并将智能控制模块的报警数据上传给远端计算机控制中心，从而完成远程通信功能［7］。漏电监测单元的Mo－dem采用天石公司开发的嵌入式Modem模块，该Modem具有14．4～56 KBS的传输速率，支持V32BIS、V．34、V．90标准，支持AT命令集拨号／自动应答功能，具有普通Modem的大部分技术参数及功能，可方便地嵌入到微控制器设计中。而远端计算机控制中心的Modem采用通用的Modem，价格便宜从而节省费用。
2 系统的工作模式
2．1 下位机故障上报工作模式
在正常的工作条件下，多路采集模块不间断地采集线路的漏电流情况，数据处理后跟存储在本机中的漏电流限值比较，如果超限则设置相应的标志位，并将本次漏电值连同标志位一起存储在固定的地址单元中，同时控制相应的继电器动作保护本线路。智能控制模块的CPU按照一定的时间间隔，定时轮询线路漏电流采集模块的漏电流情况，如果监测到某一线路的漏电流超过限值，则记录漏电流发生的时刻和此时的漏电流值到EEPROM中，并通过Modem向监控中心上位机报告本次故障情况，当地亦可显示漏电流情况。如果没有检测到故障，则当地显示线路的正常漏电流情况，为当地维护人员提供参考。
2．2 监控中心定时查询下位机模式
系统正常工作后，如果线路没有发生故障，智能控制模块跟多路采集模块组合在一起构成漏电监测单元，其功能相当于一个多路的漏电测试仪表，但不向监控中心上报任何数据。当故障发生时，向监控中心上报故障情况，这主要是为了避免网络拥挤的情况发生，并降低用户的网络费用。如果某一时刻同时有不同区域的几条线路发生漏电故障，故障线路多次上报仍然没有得到监控中心的响应，这时该故障线路不可能长时间重复报警，只能将故障数据存储到EEPROM中，并且当地显示报警（这种情况相当少）。这样上位监控中心的数据有可能错过一些线路的故障数据，因此，在监控中心的软件中设置了定时查询功能，监控软件按照一定的日期定时查询下位线路的情况，如果发现有未记录的漏电故障数据，则保存到数据库中，并启动报警功能，为分析线路的绝缘等参数提供帮助。
2．3 控制中心手动查询下位机模式
监控软件在设置定时自动查询功能的同时，也设置了手动查询功能，操作人员可以启动该功能查询线路的故障电流情况。查询时上传的数据跟已存储的数据比较，如果没有该数据则将其记录到数据库中，并提示操作人员线路有故障发生。
3 结束语
笔者研发的漏电监测系统实现了对线路漏电流参数的监测功能，不仅为分析排除漏电故障提供了方便，而且减少了线路损耗、节省了电力能源，同时可以替代线路中大量使用的漏电保护器，解决了现在的漏电保护器功能单一、保护值不可变的问题，可以在农村电网、小区供电系统中得到广泛应用。
参考文献
［1］王福瑞．微控制器测控系统设计大全［M］．北京：北京航空航天大学出版社，1999．
［2］迟 岩，庄 谐．低压配电监控系统在智能住宅中的应用［J］．工业控制计算机，2003，16（4）：42－44．
［3］石东海．微控制器数据通信技术从入门到精通［M］．西安：西安电子科技大学出版社，2002．
［4］熊志金，陈三宝．基于嵌入式Internet的电力线在线监控系统设计［J］．电子设计应用，2003，（9）：49－51．
［5］何立明．I2C总线应用系统设计［M］．北京：北京航空航天大学出版社，2000．
［6］李中华．一种远程数据采集模块设计［J］．计算机测量与控制，2003，5（11）：368－370．
［7］黄 军．DELPHI串口通信编程［M］．北京：人民邮电出版社，2001．
摘自《浙江科技学院学报》
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