郅富標(biāo)

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.050

摘 要：本文針對(duì)電力輸送故障產(chǎn)生的原因，故障產(chǎn)生所帶來(lái)的巨大經(jīng)濟(jì)損失，傳統(tǒng)故障診斷方法的缺陷，提出了一套基于STM32的電力傳輸遠(yuǎn)程故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。研究工作對(duì)電力輸送系統(tǒng)故障診斷提供了一種新的解決辦法，對(duì)以后的開(kāi)發(fā)工作具有一定的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：電力輸送故障 程故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 故障診斷

中圖分類(lèi)號(hào)：TM764 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（a）-0050-02

在電力系統(tǒng)的各個(gè)設(shè)備中，電力傳輸和轉(zhuǎn)換設(shè)備占據(jù)主體地位，一旦該設(shè)備運(yùn)行中發(fā)生故障問(wèn)題，將直接造成電力系統(tǒng)無(wú)法正常有序的運(yùn)轉(zhuǎn)下去，進(jìn)而帶來(lái)不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。隨著社會(huì)的快速發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)公司電力設(shè)備檢修工作的故障診斷已經(jīng)獲得了較好的實(shí)效性，然而診斷不夠及時(shí)和準(zhǔn)確，所以當(dāng)務(wù)之急就是深入分析研究輸變電設(shè)備故障遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，具有非?，F(xiàn)實(shí)的意義。

1 系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)綜合構(gòu)架分析

本系統(tǒng)主要圍繞STM32處理器而展開(kāi)，采用全球通遠(yuǎn)程通信技術(shù)全面收集所有節(jié)點(diǎn)中的故障監(jiān)測(cè)信號(hào)，由集中控制室及時(shí)接收各類(lèi)數(shù)據(jù)信息，有效落實(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程故障診斷。在健康有序運(yùn)行情況下，通常由數(shù)據(jù)集中接收器對(duì)各個(gè)故障監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集中控制，根據(jù)一定時(shí)間采集各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)信號(hào)；當(dāng)存在故障信號(hào)現(xiàn)象時(shí)，這時(shí)候的故障節(jié)點(diǎn)具有很高的優(yōu)先級(jí)，因此，集中控制室必須及時(shí)接收出現(xiàn)故障的信息，并要求相關(guān)工作者采取措施有效處理，減少因故障造成的巨大損失。

綜合化采集與處理電力輸送設(shè)備的電壓、電流等信號(hào)是故障監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的核心任務(wù)，對(duì)現(xiàn)行設(shè)備的安全性、可靠性進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。任何故障節(jié)點(diǎn)都存在特有的編碼，當(dāng)故障問(wèn)題出現(xiàn)時(shí)，相關(guān)人員就能夠及時(shí)找準(zhǔn)具體的故障點(diǎn)，這是之前采用的逐級(jí)查找方法所不能實(shí)現(xiàn)的，將損失率減少到最小范圍內(nèi)。

數(shù)據(jù)集中接收器在一定時(shí)間內(nèi)綜合采集所有節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)信息，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，只有在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成采集工作，才能保證各節(jié)點(diǎn)的安全性和成本合理性，隨著對(duì)節(jié)點(diǎn)采用了在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及故障發(fā)報(bào)技術(shù)，數(shù)據(jù)集中接收器不用再過(guò)于注重規(guī)定時(shí)間內(nèi)采集數(shù)據(jù)信息；規(guī)定時(shí)間內(nèi)進(jìn)行采集不僅能夠掌握現(xiàn)行電力輸送設(shè)備的工作情況，還可定期完成監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的工作狀況，從而減少節(jié)點(diǎn)的故障發(fā)生率，確保效益不受損。

最后，通過(guò)上位機(jī)顯示所有監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息，只要為相關(guān)人員配備一套計(jì)算機(jī)，就能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)電網(wǎng)內(nèi)所有運(yùn)行的節(jié)點(diǎn)情況，不僅減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約了成本，而且適用性能顯著。

1.2 故障監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)

1.2.1 電流互感器

電流互感器主要是在電磁感應(yīng)原理的基礎(chǔ)上將一次側(cè)大電流轉(zhuǎn)換為二次側(cè)小電流來(lái)完成測(cè)量工作的儀器設(shè)備，其內(nèi)部構(gòu)造有閉合的鐵心和繞組。

實(shí)際調(diào)查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電線(xiàn)路、變電線(xiàn)路、輸電線(xiàn)路、配電線(xiàn)路以及用電線(xiàn)路之間的電流存在很大的差異，最小的有幾安，最大的高達(dá)幾萬(wàn)安。初級(jí)繞組CT不多，在電路的測(cè)試序列中面臨巨大的電流，當(dāng)二次側(cè)電路閉合，電流互感器在電流互感器和電隔離起著重要的作用。

CT有利于電流的及時(shí)變換，在一定的變比情況下將一次大電流變換成小電流，對(duì)二次儀表實(shí)施準(zhǔn)確測(cè)量并發(fā)揮應(yīng)有的保護(hù)作用。

1.2.2 電流信號(hào)采集

實(shí)際采集輸送電設(shè)備的電流信號(hào)過(guò)程中，因?yàn)槭艿焦β屎透邏旱纫蛩氐挠绊?，通常?huì)以套管式和母線(xiàn)式電流互感器為主要手段，互感器二次側(cè)中的電流信號(hào)在進(jìn)行一番信號(hào)濾波、放大及調(diào)理工作后，輸送至單片機(jī)中，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而在一番變比計(jì)算后獲得原邊電流。

1.2.3 電壓互感器

電壓互感器的作用是變換線(xiàn)路上的電壓，對(duì)儀表和繼電保護(hù)裝置供電、線(xiàn)路電壓、功率、電能進(jìn)行測(cè)量，所以，電壓互感器不會(huì)有太大的容量，通常保持在幾伏安、幾十伏安，最多也不超過(guò)1kVA。有的電壓互感器對(duì)電路正常供電提供保障，當(dāng)電路出現(xiàn)異常情況時(shí)，對(duì)線(xiàn)路中一些核心的組件加以保護(hù)。

1.2.4 電壓信號(hào)采集

在采集輸送電設(shè)備電壓信號(hào)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，配備合適變比和封裝類(lèi)型功率的電壓互感器，互感器二次側(cè)中的電壓信號(hào)在進(jìn)行一番信號(hào)分壓、濾波、調(diào)理工作后，輸送至單片機(jī)中，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，從而在一番變比計(jì)算后獲得原邊電壓。

1.2.5 GSM遠(yuǎn)程傳輸設(shè)計(jì)

（1）GSM模塊。

通過(guò)GSM模塊能夠?qū)崟r(shí)發(fā)送SMS短信、語(yǔ)音通話(huà)，并完成GPRS數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫訥SM網(wǎng)絡(luò)為前提的通信。

GSM模塊相關(guān)研發(fā)者通過(guò)ARM或者單片機(jī)實(shí)現(xiàn)RS232串口與GSM模塊之間的通信，在專(zhuān)用的AT命令基礎(chǔ)上對(duì)GSM模塊的整體無(wú)線(xiàn)通信功能進(jìn)行合理控制，最初研發(fā)的GSM模塊應(yīng)用于手機(jī)行業(yè)中，由手機(jī)行業(yè)和模塊制造商直接聯(lián)系購(gòu)買(mǎi)，再配置一些外圍器件，一部完整的手機(jī)就形成了。

（2）GSM數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)。

隨著GSM數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通信技術(shù)投入到實(shí)際中使用，合理降低了整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成本，無(wú)需再開(kāi)展龐大的電纜鋪設(shè)工程，進(jìn)一步深化了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)工作。在設(shè)計(jì)GSM數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)過(guò)程中，應(yīng)營(yíng)造基于SIM900A模塊的作業(yè)氛圍，通過(guò)通用異步收發(fā)傳輸器的串行接口與單片機(jī)保持良好的通信，按照統(tǒng)一的AT指令集配置模塊，與相關(guān)協(xié)議相對(duì)應(yīng)，采用接收短消息的方式將數(shù)據(jù)信息發(fā)出。

（3）數(shù)據(jù)集中接收器設(shè)計(jì)。

主要通過(guò)STM32處理器和GSM模塊配合協(xié)作，全面采集工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中各設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)集中接收器共涉及了以下內(nèi)容：GSM通信單元、液晶顯示單元、按鍵交互單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元、狀態(tài)指示及報(bào)警單元等，密切聯(lián)系小功耗的電源管理設(shè)計(jì)，從而毫無(wú)遺漏地采集和查詢(xún)各手持?jǐn)?shù)據(jù)，及時(shí)接收各類(lèi)信號(hào)，并且本系統(tǒng)內(nèi)還新增了USB通信構(gòu)建了USB打印接口，及時(shí)把各類(lèi)數(shù)據(jù)信息打印到PC等USB主機(jī)移動(dòng)設(shè)備中展開(kāi)深入細(xì)致的分析研究。還實(shí)現(xiàn)了相匹配的PC上位機(jī)軟件系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)及時(shí)接收電壓、電流等信號(hào)，為大數(shù)據(jù)處理提供有力依據(jù)。endprint

2 故障監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

故障監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容有：CPU、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、電流采集電路、電壓采集電路、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、GSM遠(yuǎn)程通信模組、電源電路等。

2.1 電流檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

對(duì)于強(qiáng)電電流的檢測(cè)，通常采用電流互感器，因?yàn)檫@樣能夠在變比計(jì)算后把大電流變換為方便開(kāi)展測(cè)量的小電流，并實(shí)現(xiàn)了電氣之間的有效隔離，二次側(cè)輸出的電流再通過(guò)取樣電阻得到交流電壓波形，從濾波電路、運(yùn)算放大器、精密整流電路的渠道輸送至A/D轉(zhuǎn)換器上，單片機(jī)在相關(guān)計(jì)算后知曉具體的電流值。

2.2 電壓檢測(cè)電路設(shè)計(jì)

強(qiáng)電電壓檢測(cè)和強(qiáng)電電流檢測(cè)工作基本上一致，主要以電壓互感器為核心工具，把原本較高的電壓變換為低電壓，以此完成相關(guān)檢測(cè)。

2.3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

根據(jù)故障監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)情況，本系統(tǒng)將串行Flash作為了主要手段，由于手持?jǐn)?shù)據(jù)接收器中存在龐大的數(shù)據(jù)量，因此為了更好地儲(chǔ)存龐大的數(shù)據(jù)信息，一般會(huì)選用TF卡來(lái)實(shí)現(xiàn)。關(guān)于串行FLASH應(yīng)以型號(hào)為AT45DB642D為主，因?yàn)槠溆凶銐虻娜萘俊?/p>

2.4 監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)電源電路

監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)電源常見(jiàn)于多路電源供電，我們必須注重電源這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作，電源直接將現(xiàn)場(chǎng)380V交流電通過(guò)變壓器、整流、濾波，最終獲得15V直流電壓，在LM317的作用下將15V電壓降低為12V，不僅保證了后續(xù)電路處于穩(wěn)定電壓下供電，而且為GSM模組提供所需的電量，在LM2940的作用下將12V電壓降低到5V，主要為報(bào)警指示等電路提供所需的電量，最后通過(guò)超低壓降穩(wěn)壓芯片662K穩(wěn)壓到3.3V，為CPU系統(tǒng)提供所需的電量，從而確保CPU電源一直處于穩(wěn)定狀態(tài)。另外，將大量的濾波電容投入到實(shí)際中使用，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定性能極高的直流電壓，推動(dòng)電源系統(tǒng)穩(wěn)定有序運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.5 手持?jǐn)?shù)據(jù)接收器硬件設(shè)計(jì)

手持?jǐn)?shù)據(jù)接收器硬件設(shè)計(jì)至關(guān)重要，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)綜合采集所有監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)信息，深入分析、有效處理、全面存儲(chǔ)及顯示各類(lèi)數(shù)據(jù)，對(duì)故障節(jié)點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行及時(shí)接收，準(zhǔn)確獲取具有較高優(yōu)先級(jí)的節(jié)點(diǎn)信號(hào)，通過(guò)聲光預(yù)警提示，并做好節(jié)點(diǎn)ID標(biāo)示工作，為維修人員的工作提供方便快捷。

2.6 USB通信模塊

在設(shè)計(jì)USB通信過(guò)程中，我們主要以CP2102為手段實(shí)現(xiàn) USB轉(zhuǎn)串口通信，之所以會(huì)選擇這一手段，是因?yàn)閁SB協(xié)議具有復(fù)雜繁瑣性特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)難度較大，CP2102芯片內(nèi)部就存在USB協(xié)議，速率也較為理想，性?xún)r(jià)比高，STM32自帶多組串口，能夠提高本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)通信效率。

3 故障監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 GSM遠(yuǎn)程傳輸程序設(shè)計(jì)

GSM遠(yuǎn)程傳輸是在GSM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行的，其功能作用是把各類(lèi)信號(hào)傳輸?shù)饺魏蔚胤健Ｔ诒姸嗟姆涓C系統(tǒng)中GSM網(wǎng)絡(luò)的地位十分突出，屬于全球通。為了對(duì)GSM模塊更好地控制，必須貫徹落實(shí)AT指令。AT指令集是海因斯首次推出了一個(gè)調(diào)制解調(diào)器命令集，是行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)制解調(diào)器通信接口，它能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)制解調(diào)器配置和軟件同步運(yùn)行，并完成遠(yuǎn)程通信。

3.2 故障監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)

故障監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的職責(zé)義務(wù)是整體采集各種電壓和電流，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和判斷出現(xiàn)的故障點(diǎn)，及時(shí)存儲(chǔ)所有采集數(shù)據(jù)，只要出現(xiàn)故障先，獲得最高優(yōu)先級(jí)將故障情況第一時(shí)間發(fā)送至主機(jī)，同時(shí)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聲光預(yù)警提示。

3.3 數(shù)據(jù)采集程序

數(shù)據(jù)采集程序主要通過(guò)STM32內(nèi)部12位高精度AD來(lái)全面采集現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行設(shè)備的電壓和電流，同時(shí)做好相關(guān)的故障分析和儲(chǔ)存工作。

4 結(jié)語(yǔ)

本課題研究?jī)?nèi)容可靠、穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)了電力輸送系統(tǒng)中的故障在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)對(duì)電力輸送過(guò)程中的電壓、電流等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，配合手持主機(jī)數(shù)據(jù)接收處理，發(fā)生故障時(shí)及時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并通過(guò)GSM遠(yuǎn)程告知工作人員，以及時(shí)進(jìn)行故障處理，將損失降到最小，收到較好的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 李國(guó)平，冀貴，禹芝根.刮板輸送機(jī)成套設(shè)備綜合監(jiān)控系統(tǒng)研究[J].煤礦機(jī)械，2010，31（11）：134-135.

[2] 陳令國(guó)，趙江華，梅雪峰.綜采工作面刮板輸送機(jī)的自動(dòng)化、智能化控制技術(shù)[J].工礦自動(dòng)化，2011（12）：24-26.

[3] 張麗平，李威，周廣新.刮板輸送機(jī)傳動(dòng)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].礦山機(jī)械，2010，38（13）：25-29.endprint