單工藝　李清武

[摘要]針對配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸可靠性和實(shí)時性的要求，探討一種無線通信的配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，提出基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的配電變壓器遠(yuǎn)程監(jiān)控的解決方案。

[關(guān)鍵詞]GPRS 配電變壓器 遠(yuǎn)程監(jiān)控

中圖分類號：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0310013－02

一、引言

隨著科技的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)中低壓配電網(wǎng)的自動化監(jiān)控已成為可能。中低壓配電網(wǎng)作為輸配電系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，其實(shí)現(xiàn)自動化的程度與供用電的質(zhì)量和可靠性密切相關(guān)。為此，本文對中低壓配電網(wǎng)自動化的必要性及其實(shí)現(xiàn)方案作簡單的討論。

二、基礎(chǔ)知識準(zhǔn)備

（一）GPRS知識

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡稱，采用的是基于GSM系統(tǒng)的無線高速數(shù)據(jù)分組傳輸技術(shù)，是GSM移動電話用戶可用的一種移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。它經(jīng)常被描述成“2.5G”，也就是說這項技術(shù)位于第二代(2G)和第三代(3G)移動通訊技術(shù)之間。它通過利用GSM網(wǎng)絡(luò)中未使用的TDMA信道，提供中速的數(shù)據(jù)傳遞。

GPRS和以往連續(xù)在頻道傳輸?shù)姆绞讲煌?，是以封?Packet)式來傳輸，因此使用者所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用是以其傳輸資料單位計算，并非使用其整個頻道，理論上較為便宜。這項全新技術(shù)可以令您在任何時間、任何地點(diǎn)都能快速方便地實(shí)現(xiàn)連接，同時費(fèi)用又很合理。簡單地說：速度上去了，內(nèi)容豐富了，應(yīng)用增加了，而費(fèi)用卻更加合理。

目前，在遠(yuǎn)距離的通信中，主要采用專線接入、光纖接入、GSM短消息等方式。GSM短消息方式可以實(shí)現(xiàn)主動發(fā)送，但是按條收費(fèi)，運(yùn)行費(fèi)用高，而且在節(jié)假日短消息中心服務(wù)器繁忙時延時相當(dāng)長。專線接入、光纖接入等通信穩(wěn)定可靠，但是成本投入大。而GPRS通信則避免了這些問題，數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分組發(fā)送和接受，按流量計費(fèi)，傳輸速度56～115Kbps，完全能滿足的配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的通信要求。

（二）RTU知識

RTU(remote terminal unit)是一種遠(yuǎn)端測控單元裝置，負(fù)責(zé)對現(xiàn)場信號、工業(yè)設(shè)備的監(jiān)控和控制。與常用的可編程控制器PLC相比，RTU通常要具有優(yōu)良的通訊能力和更大的存儲容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環(huán)境，提供更多的計算功能。正是由于RTU完善的功能，使得RTU產(chǎn)品在SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition，數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）系統(tǒng)中得到了大量的應(yīng)用。

遠(yuǎn)程終端設(shè)備(RTU)是安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場的電子設(shè)備，用來監(jiān)視和測量安裝在遠(yuǎn)程現(xiàn)場的傳感器和設(shè)備。RTU將測得的狀態(tài)或信號轉(zhuǎn)換成可在通信媒體上發(fā)送的數(shù)據(jù)格式。它還將從計算機(jī)發(fā)送來得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成命令，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的功能控制，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離控制和監(jiān)視。

遠(yuǎn)程終端設(shè)備(RTU)可以用各種不同的硬件和軟件來實(shí)現(xiàn)，這取決于被控現(xiàn)場的性質(zhì)、系統(tǒng)的復(fù)雜性、對數(shù)據(jù)通信的要求、實(shí)時報警報告、模擬信號測量精度、狀態(tài)監(jiān)控、設(shè)備的調(diào)節(jié)控制和開關(guān)控制。

（三）SCADA知識

SCADA，即Supervision Control and Data Acquisition（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制），組態(tài)軟件，又稱監(jiān)控組態(tài)軟件。組態(tài)軟件的應(yīng)用領(lǐng)域很廣，它可以應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制以及過程控制等諸多領(lǐng)域。

組態(tài)軟件是指一些數(shù)據(jù)采集與過程控制的專用軟件，它們是在自動控制系統(tǒng)監(jiān)控層一級的軟件平臺和開發(fā)環(huán)境，使用靈活的組態(tài)方式，為用戶提供快速構(gòu)建工業(yè)自動控制系統(tǒng)監(jiān)控功能的、通用層次的軟件工具。

組態(tài)軟件應(yīng)該能支持各種工控設(shè)備和常見的通信協(xié)議，并且通常應(yīng)提供分布式數(shù)據(jù)管理和網(wǎng)絡(luò)功能。對應(yīng)于原有的HMI（人機(jī)接口軟件，Human Machine Interface）的概念，組態(tài)軟件應(yīng)該是一個使用戶能快速建立自己的HMI的軟件工具或開發(fā)環(huán)境。在組態(tài)軟件出現(xiàn)之前，工控領(lǐng)域的用戶通過手工或委托第三方編寫HMI應(yīng)用，開發(fā)時間長，效率低，可靠性差；或者購買專用的工控系統(tǒng)，通常是封閉的系統(tǒng)，選擇余地小，往往不能滿足需求，很難與外界進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，升級和增加功能都受到嚴(yán)重的限制。組態(tài)軟件的出現(xiàn)，把用戶從這些困境中解脫出來，可以利用組態(tài)軟件的功能，構(gòu)建一套最適合自己的應(yīng)用系統(tǒng)。隨著它的快速發(fā)展，實(shí)時數(shù)據(jù)庫、實(shí)時控制、SCADA、通訊及聯(lián)網(wǎng)、開放數(shù)據(jù)接口、對I/O設(shè)備的廣泛支持已經(jīng)成為它的主要內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內(nèi)容。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)目標(biāo)是建立一個安全可靠，能提供各種高級服務(wù)，并有為應(yīng)用程序的執(zhí)行和實(shí)施提供較強(qiáng)功能的開放式平臺和運(yùn)行在該平臺的多個相對獨(dú)立的應(yīng)用子系統(tǒng)組成的系統(tǒng)，成為一個符合配電系統(tǒng)現(xiàn)代化管理要求的分布式、開放式、模塊化、可擴(kuò)充的配電變壓器綜合管理系統(tǒng)。

配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)除提供基本的硬件技術(shù)內(nèi)核外，還提供諸如數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、信息傳遞、人機(jī)界面、實(shí)時環(huán)境應(yīng)用程序等基礎(chǔ)服務(wù)?；诖嘶A(chǔ)之上的各應(yīng)用功能包括：配電變壓器管理、線損管理、諧波數(shù)據(jù)、購電量管理、數(shù)據(jù)查詢、自動報表、圖表和與其它系統(tǒng)的接口等。這些子系統(tǒng)之間在開放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)有機(jī)的橫向和縱向集成，形成一個完整的配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)。

配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)分為三個部分，分別是監(jiān)控中心、通訊、終端監(jiān)控。監(jiān)控中心主要完成人機(jī)交互工作，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路建立和數(shù)據(jù)收發(fā)處理；通訊是利用GPRS協(xié)議轉(zhuǎn)換器完成信息的上送與下發(fā)；監(jiān)控終端主要完成數(shù)字量與模擬量的采集以及監(jiān)控中心發(fā)出指令的執(zhí)行。

四、系統(tǒng)設(shè)計

（一）遠(yuǎn)程終端的設(shè)計

配電變壓器遠(yuǎn)程終端包括以下功能單元電路：單片機(jī)存儲器擴(kuò)展電路、遙測電路、開關(guān)量輸入電路（遙信）、脈沖量輸入電路、遙控電路、通訊接口電路。這些單元電路構(gòu)成整個遠(yuǎn)程終端系統(tǒng)。

（二）系統(tǒng)軟件的設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé)對遠(yuǎn)程終端設(shè)備的監(jiān)控、控制和管理，其主要功能包括：通信管理、遠(yuǎn)程終端管理、設(shè)備監(jiān)控三部分。

通信管理模塊主要用于管理和計算機(jī)相連的通信設(shè)備，連接、斷開設(shè)備以及對收到的信息進(jìn)行管理等。該模塊包括通信參數(shù)設(shè)置、通信信息管理和其他信息管理。

遠(yuǎn)程終端管理模塊包括遠(yuǎn)程終端設(shè)置、遙測參數(shù)設(shè)置、遙信遙控參數(shù)設(shè)置、定時傳送設(shè)置等。遠(yuǎn)程終端設(shè)置：系統(tǒng)所管理的每個遠(yuǎn)程終端設(shè)備都必須在此增加，該單元用于增加、修改或刪除遠(yuǎn)程終端設(shè)備，設(shè)置的項目包括：設(shè)備編碼、設(shè)備名稱、規(guī)格型號、所在臺區(qū)、SIM卡號、報警卡號等。遙測參數(shù)設(shè)置：該單元的功能是設(shè)置遠(yuǎn)程終端設(shè)備遙測參數(shù)的上限值、下限值、標(biāo)準(zhǔn)值；TV、TA變比系數(shù)；電量脈沖系數(shù)和底數(shù)等。遙信遙控參數(shù)設(shè)置：系統(tǒng)有8個狀態(tài)量和2路遙控。該單元用于設(shè)置每個狀態(tài)量的類型和名稱，以及每路遙控對應(yīng)的開關(guān)項。定時傳送設(shè)置：遠(yuǎn)程終端設(shè)備定時向監(jiān)控中心上傳遙測、遙信數(shù)據(jù)，該單元設(shè)置遠(yuǎn)程終端設(shè)備向監(jiān)控中心自動傳送數(shù)據(jù)的時間間隔和監(jiān)控中心的電話號碼。

設(shè)備監(jiān)控模塊包括臺區(qū)設(shè)備監(jiān)控、事故（事件）查詢、歷史數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備遙控等。臺區(qū)設(shè)備監(jiān)控：該單元通過查看每個遠(yuǎn)程終端設(shè)備上傳的最新遙測、遙信、SOE數(shù)據(jù)，監(jiān)控臺區(qū)變壓器的運(yùn)行狀況。

五、系統(tǒng)基本功能

配電變壓器監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)配電變壓器的遠(yuǎn)程監(jiān)控，可及時、準(zhǔn)確、有效地獲得配電變壓器的全面連續(xù)的信息，從而為系統(tǒng)的分析、預(yù)測提供可靠的依據(jù)。它應(yīng)具備以下基本功能：

1．采集功能：采集包括變壓器的ABC三相電壓、ABCN四線電流、三相功率（負(fù)荷）、三相無功功率、三相不平衡電流、功率因數(shù)、諧波、脈沖表的電度、變壓器的溫度等，還要采集設(shè)備開關(guān)狀態(tài)、箱門狀態(tài)、報警狀態(tài)及通訊狀態(tài)等開關(guān)量等。

2．分析功能：可對各種數(shù)據(jù)分類管理，根據(jù)這些原始數(shù)據(jù)分析計算，生成線損、相損，用戶用電曲線等報表或圖表數(shù)據(jù)，并可檢測系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及異常用戶狀況。

3．控制功能：遠(yuǎn)方或就地進(jìn)行切合開關(guān)的控制；根據(jù)預(yù)定的判據(jù)對無功補(bǔ)償電容進(jìn)行自動投切控制。

4．故障檢測與報警：系統(tǒng)異常、故障報警與記錄，故障定位，報警遠(yuǎn)程提示。

六、系統(tǒng)參考配置

系統(tǒng)由選擇國內(nèi)外知名廠商的產(chǎn)品組成，應(yīng)保證其具有可靠性高、綜合性價比高、開放性好、易擴(kuò)展、易維護(hù)、易安裝等特點(diǎn)。

假定測一個變壓器，基本配置設(shè)備清單如下：

監(jiān)控中心：

工控計算機(jī)1臺打印機(jī) 1臺

UPS電源 1臺組態(tài)軟件 1套

現(xiàn)場：

GRPS DTU數(shù)傳裝置1臺GPRS SIM 卡1張

STC-2 RTU 1臺溫度變送器 1個

PT100或CU50溫度傳感器 1個脈沖電度表 1個

24V開關(guān)電源 1個戶外防水箱 1個

七、結(jié)束語

我國許多中小型城市及農(nóng)村的配電變壓器的監(jiān)控工作很少開展，居民用電質(zhì)量不能得到很好地保障。這一系統(tǒng)的應(yīng)用成功有利于實(shí)現(xiàn)我國中低壓配電網(wǎng)監(jiān)控自動化，有利于提高供電質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

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