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1、引言 配電變壓器是聯系電網和用戶的基礎，它的運行狀況直接關系到用戶能否可靠的使用電能，因此有必要對它進行數據采集和實時監控．目前國內已出現的配變數據采集通信主要有有線與無線兩種方式．有線通信方式有電話線、電力線載波和光纖等，它們存在通信易受干擾、可靠性低等缺點，難以普及，而無線電臺通信方式由于需要進行主站建設，費用較高．隨著無線通信技術與通信網絡的迅速發展，特別是基于GSM數字移動通信系統的GPRS技術的成熟，為配變監測系統提供了新的通信方式。 本文提出了一種基于GPRS網絡的配變遠程監控系統的設計方案，解決了配變參數遠程傳輸問題，實現實時數據采集和實時負荷監測的功能．并基于ARM 控制器設計了一種先進的配變監測器，為電力部門的專業分析(如負荷預測、線損分析、故障判斷、用電質量等)提供實時數據，進而提高了配電網運行的經濟性和安全性。 2、GPRS 通信技術 通用分組無線業務 (General Packet Radio Service，GPRS)是在現有的GSM數字移動通信系統基礎上發展起來的一種移動分組業務，它采用分組交換技術，提供端到端的、廣域的無線IP連接，與GSM的電路交換數據傳送方式相比，GPRS特別適用于間斷的、突發性的或頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸．它的主要技術特點有： (1)傳輸速率高．GPRS采用了4種不同的編碼方式：CS-l～CS-4，每個用戶最多可同時使用8個時隙，最高理論速度為l71.2kbps的傳輸速率。 (2)實時在線．即使沒有數據需要傳送，仍一直與網絡保持聯接，處于“一直在線”狀態。 (3)GPRS的核心網絡層采用IP技術，提供了與現有數據網的無縫連接。 (4)費用低．在網絡建設方面只須沿用現有的GSM 網絡來發展即可，由于數據實現分組發送和接收，系統通常按流量計費，用戶可以總是在線，服務成本低。 （5）網絡的覆蓋范圍很廣。 GPRS的用途十分廣泛，包括通過手機發送及接收電子郵件，在互聯網上瀏覽數據等．將GPRS應用于配變監控系統，不僅可以滿足配變監控系統數據傳輸實時性的要求，而且節約成本，實現靈活方便。 3、系統結構 系統由監控終端、GPRS通信網絡和監控中心站構成，如圖1所示．變壓器監控終端安裝在變壓器現場，采集變壓器二次端的電氣參數和一些開關量，通過GPRS modem定時上傳采集信息到位于變電所的監控中心站，當變壓器三相電力參數出現異常立即向中心站上傳報警信息；同時，當中心站發送控制命令到監控終端，監控終端通過GPRS modem接收命令，可以控制變壓器的一些開關量．GPRS網絡是監控終端與中心站通信的橋梁，監控終端的采集信息和報警信息上傳，中心站控制命令下達都是通過GPRS網絡進行無線通信．GPRS網絡與Internet網是無縫鏈接的，中心站借助ADSL 專線接入Internet從而進入GPRS網絡，一方面與監控終端雙向通信，另一方面提供了一個可視化界面，讓用戶足不出戶了解遠方變壓器的運行狀況．當變壓器出現報警信息，中心站可以及時得知并通知就近值班員排除故障，大大縮短故障排除時間，提高配電網運行的可靠性和安全性。 圖1：系統結構圖 4 配電變壓器監控終端硬件組成及原理 監控終端是系統的核心部件，其主要作用有： （1）過流保護：實現了對配變的過流保護，保證了供電的可靠性； （2）遠程通信：實現終端的數據遠程傳輸； （3）采集模擬量：實現采集三相電壓和三相電流； （4）抄表：抄取電子電度表的電度示值． 配電監控終端是由ARM 處理器、鐵電存儲器、跳閘合閘繼電器、抄表RS485 模塊、按 鍵、顯示模塊、電能AD芯片ATT7022B、GPRS 模塊以及抄表RS485 模塊組成．其方框圖如圖 2 所示。 圖2：配變終端原理框 ARM 處理器通過SPI 接口讀取ATT7022B 內部的數據并進行處理，將所取得的數據和通過RS485模塊讀取的電度表的電度示值存入鐵電存儲器，并每隔一段時間由GPRS 模塊把數 據發送到主站服務器．ARM 處理器通過AD的數據判斷是否過流保護產生跳合閘信號保護配 電變壓器，并將報警通過GPRS 模塊發送主站。 4.1 CPU 模塊 CPU 是終端的核心部分，采用的是ST 公司的STR710 處理器具有ARM7 內核，ARM7 處理器 具有低功耗的32位RISC 處理器，支持16 位壓縮指令集Thumb，具有嵌入式ICE－RT 邏輯， 調試開發方便．STR710 處理器具有豐富的外設以及I/O 接口，內部具有大容量的程序存儲 器FLASH 和RAM,功能強大的ARM處理器可以處理許多復雜控制的應用場合，由于其豐富的 外設和眾多的I/O 口可以簡化許多外設，降低成本，具有低成本、低功耗和高性能等優點．因此STR710可以處理數據的采集以及分析數據，還要進行通訊以及其它工作的控制和協調。 4.2 AD 模塊 AD 模塊采用以電能AD 芯片ATT7022B 為基礎的采樣模塊．ATT7022B 是一款具有高可靠性、高精度、高穩定性的三相基波/諧波電能計量芯片，在1000:1 的動態范圍內功率測量精度優于0.1%，電流和電壓的有效值測量精度優于0.5％．ATT7022B 可以單獨計量基波電能，消除諧波對電能計量的負面影響，為電力部門公平計費提供參考依據．其內部集成7 通道的 16 位高精度ADC 和24位高速DSP，第七路ADC 可用于防竊電，片上集成有溫度傳感器，通 過SPI 通訊接口輸出三相多功能電表所需的各項電能參數．ATT7022B 可以同時給出總有功/ 無功電能、基波有功/無功電能、諧波有功/無功電能、視在電能等參數．電壓采集方式以電壓傳感器，電流采集方式以電流傳感器。 4.3 抄表485 模塊 STR710 處理器本身外設的串口與MAX3485 連接轉為485 通訊，通過485 通訊與電度表相接讀出符合DL/T645 多功能電能表通信規約電度表的電度示值。 4.4 數據保存 使用鐵電存儲器FM3164 來保存各種數據，防止這些數據掉電丟失．這些數據包含終端 采集的數據、主站的IP地址、校表精度參數以及其他參數的設置．鐵電存儲器也可以保證 掉電時終端時鐘運行．STR710 處理器利用IIC 總線連接FM3164。 4.5 GPRS模塊 GPRS 模塊是基于配電變壓器監控系統數據傳輸的基礎，終端穩定的傳輸對于系統正常的運行有至關重要的作用．其工作時間要大于系統運行時間的99%，工作溫度在-15 度－60 度范圍．配電變壓器監控終端ARM 處理器外設中232 接口作為處理器與GPRS 模塊通信接口，GPRS 無線通訊模塊采用SIMCOM 公司的ITM-100 增強型．該模塊內置TCP/IP 協議棧，支持CMNET 接入，CPU 對GPRS 模塊控制采用AT 指令集，利用AT 指令集將數據以TCP 協議形式發到主 站上．在實際運行中為了保證數據的可靠性采取了補測和重發機制。 5、配電管理系統主站軟件和終端軟件 配電主站軟件主要提供以下功能: （1）運行曲線：每天三相96 點的電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數、電度 等的曲線圖； （2）每日報告：電壓電流最大值、最小值發生時間及數值、變壓器運行時間、供電質量分析、功率因數越限時間、停電記錄、日抄表、電壓合格率等； （3）負荷曲線、電能計量等管理功能； （4）異常報警功能． 配電終端的軟件流程圖3 所示： 圖 3：配電終端的軟件流程圖 6 結束語 GPRS 通信有著接入快、價格低廉、穩定可靠和實時性強等優點，比其他方式通訊有著 不可替代優點．基于GPRS 配電變壓器管理系統為電力公司實現自動抄表、線損分析、配變 監測、異常報警等功能．系統實際運用良好，工作穩定。 本文作者創新點：1）通過GPRS 模塊的無線數據傳輸功能實現了對配變信息的無線遠程監測。2）通過合理的軟硬件設計搭建了遠程監測平臺，可以實現電力安全監控系統的安 全性、可靠性、兼容性和經濟性。 |
