配电变压器在线监测数据采集系统设计与分析

范康林 陈 康 邹晓萍 张占龙

（1.四川省电力公司自贡电业局，自贡 643000；2.重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆400030）

配电变压器在线监测数据采集系统设计与分析

范康林1陈 康1邹晓萍1张占龙2

（1.四川省电力公司自贡电业局，自贡 643000；2.重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，重庆400030）

为采集变压器实时参数，利用高精度采集模块、高性能微处理器和西门子无线通信模块来设计监测终端。上位机监控软件根据采集到的数据，分析出配电变压器的三相不平衡度、电压合格率，实现了配电变压器的当前状态、历史状态的查询。试运行结果表明，该装置功能齐全，性能稳定，是配电变压器网络化、智能化管理的理想设备。

配电变压器；TC35i模块；在线监测

配电变压器是配电网的末端设备，其运行数据是整个配电网基础数据的重要组成部分。配电变压器监测系统对于改善供电质量、提高供电能力、保障供电系统的安全运行具有十分重要的意义。

配电变压器在线监测装置，采用全球移动通信 系 统GSM (GlobalSystemforMobile Communication)作为信息交互的桥梁，具有传输数据快、运行费用相对低廉、适应范围广的特点。监控系统在配电变压器异常的情况下，能快速查出故障段，缩短停电时间，减少停电面积；在正常情况下，一方面能实时监测各运行参数，改善供电质量；另一方面通过微波感应原理监测10m内的人体移动信号，对入侵者进行语音警示，并发短信通知监控中心及相应工作人员，从而达到配电变压器安全、经济运行的目的。

1 监测装置硬件设计

1.1 监测装置的组成与功能

本文中的监测装置是指安装在配变现场的监测终端。监测装置硬件结构如图1所示，监测终端由微处理器DSPIC30F3014，温度采集模块，电力参数采集模块，GSM无线通信模块组成。DSP微处理器主要实现采集数据的分析以及GSM无线通信模块的通信驱动和控制。温度采集模块和电力参数采集模块分别采集变压器的温度、电压、电流和功率因素。GSM无线通信模块将变压器状态参数信息传送到远程控制中心或监控人员手机上。

图1 监测装置硬件结构框图

1.2 电力参数、温度采集模块

电力参数采集模块原理图如图2所示。电力参数采集模块是一个相对独立的功能模块，由微处理器DSPIC30F3014、电流变换器、电压变换器等组成。DSP片内12位AD测量变压器每相电压和电流的有效值。过零比较器和DSP内部定时器计算出变压器每相电流与电压的相位差，然后可得出变压器的有功功率、无功功率、功率因素等电气参数，对结果进行滤波处理后由GSM无线通信模块以短消息的形式发送至监控中心。

温度采集模块采用美国DALLAS半导体公司生产的可组网数字式温度传感器DS1820，直接利用其内部A/D转换器将模拟的温度信号转换为数字信号输入到微处理器中。该模块具有线路连接简单、测量范围广、精度高的特点。

1.3 GSM无线通信模块

GSM无线通信模块的主要部件是德国西门子TC35i芯片，实现数据发送和接收功能，其硬件框图如图3所示。

图3 GSM无线通信模块硬件框图

本系统采用LM2576-ADJ将外部电压转换为3.6V供模块使用。当模块上电后，需要一个点火信号IGT来正常启动TC35i。模块的IGT引脚必须加上一个低电平信号，在保持大于100ms的低电平后再阶跃到高电平，而且该信号的下降沿时间小于1ms。该信号由DSP芯片的一个I/O口产生。

通信模块上集成了一个与ISO7816-3 IC CARD标准兼容的SM接口，并添加了CCN引脚来检测SM卡槽是否有SM卡，插入SM卡后，将该引脚置为高电平，通信模块才能完成初始化。

2 监测终端软件设计

监测终端按功能可分为电力参数采集子程序、温度采集子程序、数据分析与处理子程序和GSM无线通信子程序四大部分，其主流程图如图4所示。初始化程序通过AT指令将GSM通信模块配置为SMS（Short Messaging Service）模式，并将 SM 卡内的电话号码信息存入DSP片内的EEPROM中，提供判断短信来源的依据。程序在每个循环中都查询SIM卡内是否接收到新短信。如果有新短信，首先与DSP片内EEPROM中存储的号码进行比较，做出相应处理后删除该条短信。

图4 软件流程图

在整个循环中，除了采集变压器的各项参数外，还将自动监测变压器的运行状态，当出现三相交流电欠压、过压、语音报警时，程序将转入发送报警信息子程序。各个子程序相对独立，运行时间不足1s，满足与监控中心通信的实时性要求。

3 系统稳定性、安全性分析

为了保证配电变压器的安全运行，考虑了监测终端设计环节的稳定性问题和互感器接入环节的安全性问题。

本监测终端开发时，采用了高性能微处理器和GSM通信技术，具有很强的抗干扰性。高密度电路设计技术以及表面贴装技术，减少了电子元件相互之间的干扰，保证了长期运行的稳定性。

监控终端采用了夹钳式的电流互感器，可避免电流互感器开路。如果监测终端出现故障需要维修时，可以在不停电的情况下将整个电路板卸下。

4 上位机软件的数据分析与功能

上位机接收到所采集的变压器状态信息，经监控软件处理后能得到配电变压器的三相不平衡度、电压合格率以及显示各个状态参数。

4.1 三相不平衡度

我国目前执行的GB/T15543-1995（三相电压允许不平衡度）规定了电力系统公共连接点正常电压不平衡度允许值为2%，同时规定短时的不平衡度不得超过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 为配电变压器的相电压。上位机软件通过采集到的实时电压值便可计算出配电变压器的三相不平衡度。

4.2 电压合格率

为了保证供电部门向用户提供优质电能，通常需要对供电电压的合格率进行监测。上位机软件可以设置合格电压的上下限，当变压器的电压值超过设定值就会发短消息给监控中心。电压合格率的计算公式如下：

由于每次采样电压时间是一致的，上位机软件根据监控终端每天采样次数与电压超限次数的比值近似的等效为电压超限时间与电压监测总时间的比值，从而可以得出电压合格率的近似值。

4.3 监控软件功能

上位机软件具有多种功能：采集当天运行的温度、三相电流、电压和功率因数；查询历史数据、显示历史曲线；电压超限报警、来电、停电报警。

5 结 语

本文介绍了配电变压器的设计思想和系统功能。该系统已在四川省自贡电业局得到应用，自2008年12月运行以来，性能稳定，监测精度高。运行结果表明：该系统功能齐全，抗干扰能力强，操作简单，安装方便。该系统是配电变压器智能化、网络化管理的理想设备。

[1]张占龙，杨霁，熊兰，等.基于微波技术的语音报警器[J].电力系统自动化，2006，30（17）：94-96.

[2]吴玉田，王瑞光，郑喜凤，等.GSM模块 TC35i及其应用[J].计算机测量与控制，2002，10（8）：557-560.

[3]王骐,何嘉斌.单片机控制GSM模块实现短信收发的软件设计[J].单片机与嵌入式系统应用，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

四川省电力公司项目“配电变压器中线电流损耗治理方法和装置研究”

范康林（1974-），男，四川荣县人，工程师，研究方向为变电运行、变电站自动化研究。