范康林 陳 康 鄒曉萍 張占龍

（1.四川省電力公司自貢電業(yè)局，自貢 643000；2.重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400030）

配電變壓器在線監(jiān)測數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

范康林1陳 康1鄒曉萍1張占龍2

（1.四川省電力公司自貢電業(yè)局，自貢 643000；2.重慶大學(xué)輸配電裝備及系統(tǒng)安全與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400030）

為采集變壓器實(shí)時(shí)參數(shù)，利用高精度采集模塊、高性能微處理器和西門子無線通信模塊來設(shè)計(jì)監(jiān)測終端。上位機(jī)監(jiān)控軟件根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)，分析出配電變壓器的三相不平衡度、電壓合格率，實(shí)現(xiàn)了配電變壓器的當(dāng)前狀態(tài)、歷史狀態(tài)的查詢。試運(yùn)行結(jié)果表明，該裝置功能齊全，性能穩(wěn)定，是配電變壓器網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理的理想設(shè)備。

配電變壓器；TC35i模塊；在線監(jiān)測

配電變壓器是配電網(wǎng)的末端設(shè)備，其運(yùn)行數(shù)據(jù)是整個(gè)配電網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要組成部分。配電變壓器監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)于改善供電質(zhì)量、提高供電能力、保障供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

配電變壓器在線監(jiān)測裝置，采用全球移動(dòng)通信 系 統(tǒng)GSM (GlobalSystemforMobile Communication)作為信息交互的橋梁，具有傳輸數(shù)據(jù)快、運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)低廉、適應(yīng)范圍廣的特點(diǎn)。監(jiān)控系統(tǒng)在配電變壓器異常的情況下，能快速查出故障段，縮短停電時(shí)間，減少停電面積；在正常情況下，一方面能實(shí)時(shí)監(jiān)測各運(yùn)行參數(shù)，改善供電質(zhì)量；另一方面通過微波感應(yīng)原理監(jiān)測10m內(nèi)的人體移動(dòng)信號(hào)，對(duì)入侵者進(jìn)行語音警示，并發(fā)短信通知監(jiān)控中心及相應(yīng)工作人員，從而達(dá)到配電變壓器安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。

1 監(jiān)測裝置硬件設(shè)計(jì)

1.1 監(jiān)測裝置的組成與功能

本文中的監(jiān)測裝置是指安裝在配變現(xiàn)場的監(jiān)測終端。監(jiān)測裝置硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示，監(jiān)測終端由微處理器DSPIC30F3014，溫度采集模塊，電力參數(shù)采集模塊，GSM無線通信模塊組成。DSP微處理器主要實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的分析以及GSM無線通信模塊的通信驅(qū)動(dòng)和控制。溫度采集模塊和電力參數(shù)采集模塊分別采集變壓器的溫度、電壓、電流和功率因素。GSM無線通信模塊將變壓器狀態(tài)參數(shù)信息傳送到遠(yuǎn)程控制中心或監(jiān)控人員手機(jī)上。

圖1 監(jiān)測裝置硬件結(jié)構(gòu)框圖

1.2 電力參數(shù)、溫度采集模塊

電力參數(shù)采集模塊原理圖如圖2所示。電力參數(shù)采集模塊是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能模塊，由微處理器DSPIC30F3014、電流變換器、電壓變換器等組成。DSP片內(nèi)12位AD測量變壓器每相電壓和電流的有效值。過零比較器和DSP內(nèi)部定時(shí)器計(jì)算出變壓器每相電流與電壓的相位差，然后可得出變壓器的有功功率、無功功率、功率因素等電氣參數(shù)，對(duì)結(jié)果進(jìn)行濾波處理后由GSM無線通信模塊以短消息的形式發(fā)送至監(jiān)控中心。

溫度采集模塊采用美國DALLAS半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器DS1820，直接利用其內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器將模擬的溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)輸入到微處理器中。該模塊具有線路連接簡單、測量范圍廣、精度高的特點(diǎn)。

1.3 GSM無線通信模塊

GSM無線通信模塊的主要部件是德國西門子TC35i芯片，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送和接收功能，其硬件框圖如圖3所示。

圖3 GSM無線通信模塊硬件框圖

本系統(tǒng)采用LM2576-ADJ將外部電壓轉(zhuǎn)換為3.6V供模塊使用。當(dāng)模塊上電后，需要一個(gè)點(diǎn)火信號(hào)IGT來正常啟動(dòng)TC35i。模塊的IGT引腳必須加上一個(gè)低電平信號(hào)，在保持大于100ms的低電平后再階躍到高電平，而且該信號(hào)的下降沿時(shí)間小于1ms。該信號(hào)由DSP芯片的一個(gè)I/O口產(chǎn)生。

通信模塊上集成了一個(gè)與ISO7816-3 IC CARD標(biāo)準(zhǔn)兼容的SM接口，并添加了CCN引腳來檢測SM卡槽是否有SM卡，插入SM卡后，將該引腳置為高電平，通信模塊才能完成初始化。

2 監(jiān)測終端軟件設(shè)計(jì)

監(jiān)測終端按功能可分為電力參數(shù)采集子程序、溫度采集子程序、數(shù)據(jù)分析與處理子程序和GSM無線通信子程序四大部分，其主流程圖如圖4所示。初始化程序通過AT指令將GSM通信模塊配置為SMS（Short Messaging Service）模式，并將 SM 卡內(nèi)的電話號(hào)碼信息存入DSP片內(nèi)的EEPROM中，提供判斷短信來源的依據(jù)。程序在每個(gè)循環(huán)中都查詢SIM卡內(nèi)是否接收到新短信。如果有新短信，首先與DSP片內(nèi)EEPROM中存儲(chǔ)的號(hào)碼進(jìn)行比較，做出相應(yīng)處理后刪除該條短信。

圖4 軟件流程圖

在整個(gè)循環(huán)中，除了采集變壓器的各項(xiàng)參數(shù)外，還將自動(dòng)監(jiān)測變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)三相交流電欠壓、過壓、語音報(bào)警時(shí)，程序?qū)⑥D(zhuǎn)入發(fā)送報(bào)警信息子程序。各個(gè)子程序相對(duì)獨(dú)立，運(yùn)行時(shí)間不足1s，滿足與監(jiān)控中心通信的實(shí)時(shí)性要求。

3 系統(tǒng)穩(wěn)定性、安全性分析

為了保證配電變壓器的安全運(yùn)行，考慮了監(jiān)測終端設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性問題和互感器接入環(huán)節(jié)的安全性問題。

本監(jiān)測終端開發(fā)時(shí)，采用了高性能微處理器和GSM通信技術(shù)，具有很強(qiáng)的抗干擾性。高密度電路設(shè)計(jì)技術(shù)以及表面貼裝技術(shù)，減少了電子元件相互之間的干擾，保證了長期運(yùn)行的穩(wěn)定性。

監(jiān)控終端采用了夾鉗式的電流互感器，可避免電流互感器開路。如果監(jiān)測終端出現(xiàn)故障需要維修時(shí)，可以在不停電的情況下將整個(gè)電路板卸下。

4 上位機(jī)軟件的數(shù)據(jù)分析與功能

上位機(jī)接收到所采集的變壓器狀態(tài)信息，經(jīng)監(jiān)控軟件處理后能得到配電變壓器的三相不平衡度、電壓合格率以及顯示各個(gè)狀態(tài)參數(shù)。

4.1 三相不平衡度

我國目前執(zhí)行的GB/T15543-1995（三相電壓允許不平衡度）規(guī)定了電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)正常電壓不平衡度允許值為2%，同時(shí)規(guī)定短時(shí)的不平衡度不得超過4%。

由公式（1）、（2）、（3）可求出三相不平衡度 ε：

式（2）、（3）中的 A、B、C 為配電變壓器的相電壓。上位機(jī)軟件通過采集到的實(shí)時(shí)電壓值便可計(jì)算出配電變壓器的三相不平衡度。

4.2 電壓合格率

為了保證供電部門向用戶提供優(yōu)質(zhì)電能，通常需要對(duì)供電電壓的合格率進(jìn)行監(jiān)測。上位機(jī)軟件可以設(shè)置合格電壓的上下限，當(dāng)變壓器的電壓值超過設(shè)定值就會(huì)發(fā)短消息給監(jiān)控中心。電壓合格率的計(jì)算公式如下：

由于每次采樣電壓時(shí)間是一致的，上位機(jī)軟件根據(jù)監(jiān)控終端每天采樣次數(shù)與電壓超限次數(shù)的比值近似的等效為電壓超限時(shí)間與電壓監(jiān)測總時(shí)間的比值，從而可以得出電壓合格率的近似值。

4.3 監(jiān)控軟件功能

上位機(jī)軟件具有多種功能：采集當(dāng)天運(yùn)行的溫度、三相電流、電壓和功率因數(shù)；查詢歷史數(shù)據(jù)、顯示歷史曲線；電壓超限報(bào)警、來電、停電報(bào)警。

5 結(jié) 語

本文介紹了配電變壓器的設(shè)計(jì)思想和系統(tǒng)功能。該系統(tǒng)已在四川省自貢電業(yè)局得到應(yīng)用，自2008年12月運(yùn)行以來，性能穩(wěn)定，監(jiān)測精度高。運(yùn)行結(jié)果表明：該系統(tǒng)功能齊全，抗干擾能力強(qiáng)，操作簡單，安裝方便。該系統(tǒng)是配電變壓器智能化、網(wǎng)絡(luò)化管理的理想設(shè)備。

[1]張占龍，楊霽，熊蘭，等.基于微波技術(shù)的語音報(bào)警器[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30（17）：94-96.

[2]吳玉田，王瑞光，鄭喜鳳，等.GSM模塊 TC35i及其應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)測量與控制，2002，10（8）：557-560.

[3]王騏,何嘉斌.單片機(jī)控制GSM模塊實(shí)現(xiàn)短信收發(fā)的軟件設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2005(1):63-66.

Abstract：To collect real-time parameters of transformer by using the high accuracy acquisition module,the high-performance microprocessors and Siemens wireless communication module are used to design monitoring terminal.PC monitoring software can analyze the unbalanced three-phase degrees and the voltage qualification rate of the distribution transformer based on the collected data,and acquire the information of the current state and the history state of the distribution transformer.Test results show that the function is good,the performance is stable,the installation is easy and it is simple to use.This ideal equipment can realize network management and intelligent management for distribution transformer.

Key words：distribution transformer；TC35i module；on-line monitoring

Data Collection Design and Analysis of Distribution Transformer On-line Monitoring System

FAN Kang-lin1CHEN Kang1ZHOU Xiao-ping1ZHANG Zhan-long2
(1.Zigong Electricity Power Bureau of Sichuan,Zigong 643000;2.State Key Laboratory of Power Transmission Equipment&System Security and New Technology,Chongqing University,Chongqing 400030)

TP273

A

1673-1980（2011）06-0186-03

2011-08-20

四川省電力公司項(xiàng)目“配電變壓器中線電流損耗治理方法和裝置研究”

范康林（1974-），男，四川榮縣人，工程師，研究方向?yàn)樽冸娺\(yùn)行、變電站自動(dòng)化研究。