配电变压器智能管控装置的研究与分析

高自力等

摘要：随着用户对供电质量和供电可靠性要求的增高，用户已经连瞬时中断都难以忍受，安装配电变压器智能管控装置来对分布广泛的配电变压器进行管控，满足对整个配电网状况了解的需求已经势在必行。配电变压器智能管控装置在我国的研究和应用起步较晚，目前的研究成果还存在不少缺陷（如所测参数不全、时效性不高等），因此本文将就此展开研究。

关键词：配电变压器；智能管控装置；配电自动化

1. 配电变压器智能管控装置的总体设计

配电变压器智能管控装置集电能质量监测、无功补偿、配电变压器工况监测和电能计量等功能于一体，它由管控终端、电力电容器、快速熔断器和低压断路器、复合开关等几个部分构成（见图1），本文将重点对配电变压器智能管控终端的设计进行分析。

1.1 配电变压器智能管控终端的硬件设计

作为配电变压器智能管控装置的核心设备，配电变压器智能管控终端由如下四大模块构成：第一是数据采集模块，它通过电流互感器和电压互感器对变压器二次侧的电气参数进行采集；第二是抄表与级联模块，它通过RS-485接口获取多块多功能电能表的实时数据，同时周期性巡查级联从终端的主动上报需求；第三是通信模块，它用于实现配电变压器智能管控终端的几种通信方式（包括远程GPRS通信、本地RS-232串口通信及近距离微功率无线通信）；第四是无功补偿控制模块，它每隔一段时间计算出无功补偿量，并通过智能复合开关控制相应电容器组投切动作。

1.2 配电变压器智能管控终端的软件设计

由于配电变压器智能管控终端要实现无功补偿计算、数据采集、数据转发和数据管理等功能，因此采用基于嵌入式实时系统的软件结构设计就成为了最佳选择。配电变压器智能管控终端是建立在嵌入式软件平台的基础之上，以任务为主脉络，以实时性为优先级，并综合嵌入式平台的软硬件资源进行设计的。

配电变压器智能管控终端软件采用模块化结构设计，每个模块被设计成只负责单独的一项功能，此种设计方法有利于软件的移植和修改，可以充分利用现有的通用软件包，因此可以达到事半功倍的效果并且方便调试和修改。具体说来，配电变压器智能管控终端软件主要由数据采集与处理模块、事件监测与主动上报模块、数据存取模块、无功补偿控制模块、终端通信处理模块、键盘显示模块、抄表处理模块、级联处理模块等组成。

在开发配电变压器智能管控终端软件时，具体流程为：将实时嵌入式操作系统移植到微控制器上；编写微控制器主控制电路外围器件的底层驱动函数；在实时嵌入式系统接口函数的基础上开发用户应用程序，编写各模块的功能实现程序代码；对各个模块进行实时性优先级分类，将每个功能模块都嵌入到嵌入式平台的各个子任务中，从而实现各个任务的合理调度。

2.配电变压器智能管控装置与主站通信的实现

2.1通信方式的选择

2.1.1有线方式。有线方式包括光纤通信、现场总线和RS-485等，具有使用方便且投资较少的特点，但是其传输距离受到限制且传输速度较慢。

2.1.2 GSM短信方式。GSM短信方式具有主动上报、安装方便的优点，但缺点是按条收费、运营费用较高、在短信中心服务器繁忙时无法保障信息的可靠性和及时性。

2.1.3 GPRS方式。GPRS是在现有的GSM网络上发展起来的一种新型分组数据传输技术，引入了分组交换的传输模式，使得原来采用电路交换模式的GSM传输数据方式发生了根本性的变化，这在无线资源稀缺的情况下显得尤为重要。相较于GSM，GPRS的频率利用率高、数据传输速率高、用户永远在线、接入速度快且按流量计费。

考虑到配电变压器分布广泛且没有相应的有线网络，因此配电变压器智能管控装置宜采用维护成本低且性价比高的GPRS无线通信方式。

2.2 通信组网方案的实现

目前配电变压器智能管控装置与主站通信主要有四种组网方案：第一种是主站采用GPRS终端接入获得动态IP，使用Internet上的注册服务器协助主站与配电变压器监控终端建立通信；第二种是主站采用移动APN专网固定IP，APN即接入点名称，它的字面含义是与某个移动终端可以通信的外部网络的接入位置；第三种是数据中心宽带接入Internet网路，使用公网固定IP或公网动态IP+DNS解析服务；第四种是主站通过一条2MB APN专线接入移动运营商GPRS网络，双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接，在GGSN与移动运营商互联路由器之间采用GRE（通用路由封装）隧道。

考慮到主站对数据流量和通信安全性的要求，在综合比对的基础上本文选自了方案2，配电变压器智能管控终端对数据进行处理，按通信协议打包，数据包通过串口发送到配电变压器智能管控终端的GPRS通信模块，微处理器通过AT指令建立GPRS通讯连接。

3.小结

本文在对现有配电变压器智能管控装置缺陷进行分析的基础上，提出配电变压器智能管控装置的总体设计方案、核心设备配电变压器智能管控终端的硬件和软件总体架构，最后对配电变压器智能管控装置与主站的通信实现进行了详细阐述，具有一定的参考价值。

作者简介：

高自力（1965.7 -），男，汉族，河南省叶县人，本科，高工高技，国网公司技术专家，技术标准委员会委员，研究方向为配电运维，可靠性管理，带电作业。