配电运行参数检测仪研究

山西省晋城市瑞麒建筑有限公司　董鉴珧

中北大学信息与通信工程学院　张志伟

中国农业银行股份有限公司运城分行营业部　解　洋



配电运行参数检测仪研究

山西省晋城市瑞麒建筑有限公司董鉴珧

中北大学信息与通信工程学院张志伟

中国农业银行股份有限公司运城分行营业部解洋

【摘要】在科学技术不断发展的推动下，电力系统目前正朝着中低压配电网智能化方向不断前行。作为一种将电力资源输送给成千万户用户的设备，配电变压器的工作状态相关数据对于研究配电网整体运行状态来说具有极高的价值。所以，通过一定的监测手段收集该设备的工作状态信息具有非常重要的意义。就目前电力系统发展现状来看，能够进行远程通信的配电网正在逐渐变多。本文介绍了具有远程通信功能的配电变压器综合参数监测系统组成部分的主要功能，以及系统功能实现的手段。

【关键词】自动化；配电；通信；监测

1　具有远程通信功能配电变压器的意义与发展前景

在我国的供电系统，对居民、工矿企业及大型设备等供电的配电变压器的监测，大多地区在现场还是用手持仪器操作，这样不仅费时费力，而且测试参数不够全面，记录不够完整，不能够达到真正的监测目的。因此，电力系统发展主流方向逐渐朝着远程通信、自动化等功能靠近，而配电变压器的推广及应用，将会提高我国配电网的自动化程度，提高配电变压器的运行寿命，减少变压器的维护次数及维修费用。另外，在出现故障时可进行自动控制并及时将故障原因信息发送至管理人员，因此可减少因事故造成的停电时间，提高了城乡居民电力资源供给的可靠性。作为一种将电力资源输送给成千万户用户的设备，配电变压器的工作状态相关数据对于研究配电网整体运行状态来说具有极高的价值。所以，通过一定的监测手段收集该设备的工作状态信息具有非常重要的意义[1]。

在实现监测过程的自动化、规范化的过程中，变压器是超负荷运行还是欠负荷运行，三相负荷平衡度怎样，如何保证供电质量，保证电力系统运行的安全性、可靠性和经济性，是电力部门非常关心的问题。配电变压器运行综合参数监测及无功最优化补偿系统，就是把目前配电变压器所用的各种参数监测仪表，如电压表、电流表、功率因数表、负荷指示仪、电子式三相电度表集于一体并自动根据三相电压、电流和无功功率对无功补偿进行自动控制。随着配电网自动化技术的不断发展，这种作为基本终端的集配电运行综合参数监测及无功最优化补偿于一体的装置，将会越来越受到重视其系统的推广应用对用户和电力部门均会带来可观的经济效益。

配电变压器对于提升配电系统自动化水平来说非常重要。在过去的几年间，由于监测这种设备的终端发展非常迅速，已经从早期的单一型发展到现在的智能化、多功能化、具有多种通信方式的现场测控设备。而为了适应21世纪配电网自动化的发展要需要，配电变压器监测终端将会朝着更加智能化、处理能力更强、使用更方便、性能更可靠、通信标准化以及设备一体化的方向发展[2]。

2　对基于GPRS通信的配电监控系统的研究

2.1前言

在科学技术发展的推动下，电力系统的发展方向逐渐转向中低压配电网自动化水平的提高上。输配电系统是由不同的环节所构成的，中低压配电网位于所有环节的后方，也是最重要的一环。其自动化水平直接关系到电力资源耗用质量。所以，本文将对如何提升其自动化水平展开探讨。

在电力系统中，配电变压器是一种非常常见的硬件设施，其主要作用是降低电压，并将电力资源输送给千家万户。该设备的工作状态信息是非常重要的配电系统数据。所以，收集该设备的实时工作状态信息具有很高的实用价值。为了实现这一目标，笔者开发出一套配电变压器监测系统，系统采用GPRS技术实现通信功能。

就目前的现状来看，很多技术都能够实现监控系统的通信功能，比如数传电台、GSM短信、光纤接入等。数传电台是一种最为经济的方法，在这种方法下只存在频点费一项支出，但其应用效果和地理、天气环境之间存在紧密的关联，系统运行不够可靠，且数据存在滞后性，数据难以主动收集和传输。GSM短信方式有效地克服了上述问题，但每发送一条数据，就需要收取一条短信的费用，后续运行成本很高，并且当服务器处于短信收发高峰期时，存在比较严重的延时现象。光纤通信在稳定性和可靠性方面表现最佳，不过系统构建工程所需的硬件成本很高，难以扩展，后期运行过程的维护工作量很大。使用GPRS通信方法，能够有效地避免这些缺陷。

2.2GPRS传输方法介绍

GPRS，全称为General Packer Radio Service，中文名称为通用无线分组业务。它是人们发明出来的一种能够快速对数据进行处理的方法，它对数据进行分组处理，然后将数据传输给用户。

GPRS是在GSM系统的基础上发展而来的，人们研究它的初衷在于让用户能够通过运营商的网络享受更快的无线IP或X.25服务。在GSM模式下，数据传输速度基本上保持在9.6kbps左右，但GPRS的这一数据却达到了171.2kbps。在连接效率方面，GSM的连接最少要花费10秒，GPRS将这一时间大大缩短。在使用费用方面，GSM以连接时长为依据，GPRS以传输数据流量为依据。在网络资源闲置率方面，GSM相比GPRS更容易造成网络资源的浪费。

从理论的角度来看，GPRS带宽上限为171.2Kbit/s，在具体实践中能够达到40Kbit/s甚至100Kbit/s。将TCP/ IP协议置于这样的信道上，就能够和互联网连接在一起，从而实现数据信息的传输。GPRS应用了分组交换方法，用户和无线信道之间是多对多的关系，通过这样的方式，大大提高降低了资源的闲置率。在GPRS技术下，即便是应用端到端分组转移模式，用户也能够在网络上下载或是上传数据，避免占用电路交换模式的资源。GPRS全天候不断线，以数据流量为依据进行计费，这样的无线分组数据业务在效率、投入方面有着巨大的优势。在传输非持续性、偶然性、多发性、中小流量数据时，能够充分发挥自身的优点，而且能够为不经常发生的大流量数据传输提供支持[3]。

总结来看，GPRS的优势体现在三个方面：

（1）数据往来速度快

相比GSM，GPRS的数据传输速度翻了十番，给用户数据需求提供更加快速的服务，而且在传输视频文件时，表现得更加稳定，是一项伟大的创新。

（2）从不断线

前文提到，GPRS的连接是在一瞬间完成的，这就决定了用户能够在任何时间和网络连接起来。比如，如果用户所在地区不存在GPRS，且用户正在浏览网络新闻的话，此时用户接到一个呼叫电话，通常用户都必须切断网络后然后再接电话，挂掉电话后再次连接网络。在没有别的选择之前，用户就对这种情况颇有微词。GPRS的发明和应用，从根本上解决了这一问题。

（3）以数据传输量为依据计算费用

以用户使用的流量为依据计算费用，改变过去在GSM模式下以在线时间为依据的计费模式。就算用户长期保持“在线”状态，如果没有发生数据的传输，就不用支付任何费用。

将GPRS技术应用到数据采集系统中去，根据数据传输方向能够将系统分割为两大部分，即工作站和监控站。系统中的GPRS和工作站连为一体。为此，系统上安装了一个RS232/RS485数据接口，数据格式只要不超过1200-28800bps都是可行的。系统采用透明的方式进行数据传输，目前的工作站以及监控站的各种软硬件设备都能发挥作用。该装置有两种供电方式：220V交流供电、7-40V直流供电，其功率消耗＜1W。

2.3系统结构

本文开发配电变压器综合管理系统，旨在创建兼具安全性和可靠性，拥有丰富的功能，由不同的彼此之间存在关联的子系统在同一个开放式平台上集成的系统，该系统具有分布式、开放式、模块化、可扩展性的特点，能够为配电系统现代化功能和服务提供支持。平台不但能够提供系统运行背景以及硬件功能，而且还要具备更多的智能化功能，比如信息往来、人机交互等。根据系统应该具有的功能来看，平台必须能够让这些子系统能够在完全兼容的环境下运行，比如线损管理、自动抄表、谐波数据、自动报表等。平台通过开放系统结构（OSA），将这些子系统全部集成起来，充分发挥各个子系统的功能，从而实现配电变压器综合管理信息系统的完整功能。

图2.1详细列出了本文所开发的系统的具体架构。从图中可以看出，系统包括四个不同的构成部分。其中，主站的作用是进行人机交互，服务器的主要作用是收集和传输网络数据，GPRS数据终端的主要作用是信息的收发，监控终端设备的作用是收集各种需要的数据。

图2.1　GPRS配电变压器监控系统的网络架构

在本文所设计的系统中，网络代理服务器和互联网之间的连接有两种方式可以实现，一种为ADSL，另一种为LAN。系统在对服务进行解析时，选择公网固定IP或公网动态IP+DNS方法。为了进一步消除系统安全隐患，系统主站并没有和英特网连接在一起，而是位于局域网环境下。因此为了和网络进行数据的往来，采用网络代理服务器。GRPS数据数传输给终端后，后者就会采用既定的IP地址对网络代理服务器进行访问，在该服务器和主站的共同作用下，构建TCP/IP链路。主站保存有所有的终端的IP地址以及ID编号。如果主站需要某一终端所采集的数据时，首先会根据IP和ID数据定位终端，然后下达指令，终端接收到指令后把数据传递到网络服务器端口，最后再传输给主站。至此，一个周期通讯流程完毕。

上述过程是在互联网的支持下完成的，通过这样的方式将成本控制在更低范围内。中国移动允许此类应用连接到GPRS网络中来。正是由于运营商所提供的专线渠道，主站才能顺利地连接GPRS移动基站，然后得到保持不变的IP地址。监测点数据不需要通过路由器就能够和互联网相连，这一过程是通过SIM卡所实现的。通过上述方式构建的一对多的网络，在实时性、安全性方面的表现十分突出，不过会造成成本的攀升[4]。

2.4监控终端

本论文所设计的系统中的配电综合监测仪是目前应用十分广泛的、科技含量很高的产品。该产品的参数严格遵循电力需求侧以及配变负荷监测的相关标准和要求。该产品对数据的处理功能十分丰富，比如采集、呈现、保存、通讯等，所有的处理过程都能够保持高精度。后台工作人员还能够选择图表等非常直观的方式来了解系统中保存的数据。具体来说，该设备的功能体现在两个方面：

（1）可以通过测量提供三十多种参数，这些参数主要分布于九种类型中，即电压、电流、有功功率、温度等。

（2）能够调整系统参数，比如装置的CT、PT变比、系统时间等。

2.5GPRS数据传输终端

该终端的主要作用是让主站能够和终端进行交流和通讯。本论文设计的系统所采用的终端为SARO1010P GRPS DTU，其功能和特点主要有：

2.5.1功能

（1）非常规范的AT指令画面，给程序设计带来极大的便利。

（2）内部安装了TCP/IP Internet协议栈，降低连接难度。（3）安装RS232接口，降低通讯难度。（4）使用串口对程序进行升级处理。

2.5.2性能

（1）选择功耗低、性能强劲的CPU，RAM以及FLASH的大小分别为125KB和512KB，因此在对协议和数据进行处理时，耗时极短。

（2）能够采用全透明的方式进行数据往来，帧格式数据无需转换就能传输。

（3）TCP、IP、PPP、等协议栈都能完美兼容。

（4）安装有达到ISO7816-3IC卡规范的SIM卡座，符合GSM11.11以及11.10的SIM卡都能够直接使用。

（5）降低接口复杂性，应用兼容性很强的232接口。

（6）应用便利性更高的电源接口，不但能够使用外挂电源驱动，而且还能够通过串口供电。

（7）功耗低，不超过3W。

（8）彻底避免了GRPS网络本身的假拨问题，一旦掉线在无需人工干涉的情况下就能够重启，能够进行远距离的唤醒。

（9）为远程控制、动态域名解析功能提供支撑。

（10）能够满足嵌入式系统需求，能够安装内置式模块。

（11）在软件和硬件端都设计了看门狗，一旦DTU出现故障，在无需人工干涉的情况下就可以断开电源并复位。

2.6监控中心主站

从结构层次上看，主站系统包括四层结构。从里到外来看，第一层是操作平台和软件。第二层分布着和系统兼容的程序软件，比如数据库系统、数据收集和传递、电力系统模型。其中，数据库系统是由运行库、基础库、标准库以及历史库所构成的，数据收集和传递指的是利用不同的协议收集各个终端的采集的数据，然后直接传输至需要数据的系统里面。电力系统模型指的是系统中的设备和网络拓扑。第三层是基础应用层，该层的主要作用是以来自终端的数据为对象进行处理，并将处理结构呈现在GUI界面中，让用户浏览。第四层是高级应用层，该层的主要作用是为系统的决策提供客观的数据依据。

主站的功能体现在这些方面：

在国家第三产业中，会展业已经成为了主要的组成力量。会展行业所带来的发展方式虽然与其他传统行业存在明显不同，但会展行业注重创新性以及交流性思维，符合当前国家急需发展的宏观政策。而中小型会展中心作为国家会展行业的基层组成力量，故其虽具有规模较小的特质，但仍旧需要对自身的管理模式以及运营模式进行研究和改良。这样才能保证中小型会展在发展进程中得到升级经验，进而迅速提升自身的发展实力，为国家第三产业的持续发展做出一份切实的推动贡献。为此，本文选取会展管理以及运营模式为研究方向。

（1）对配电变压器SCADA系统变压器的工作状态进行监控和跟踪，对数据进行分析、处理以及保存，结合实际情况调整RTU的参数，并将其状态信息呈现出来。不但能够提供配电网整体工作状态信息，而且为系统整体功能的延伸提供了条件。

（2）工作人员在自动抄表系统中设定抄表时间，这样系统就会定点进行抄表，除此之外该系统还提供了一些辅助功能，比如异常报警，记录操作记录等。

（3）支付预付费管理模式，避免以往用户赖账事件的发生，让信誉度比较低的用户先付钱，再用电，一旦剩余电量不足时提醒用户及时购买。

（4）线损管理，该功能为台区以及线路的线损问题的管理提供了极大的便利。

（5）针对配电线路以及变压器等硬件进行管理，及时修复硬件故障，提高供电可靠性。

（6）对终端设备的错误进行诊断。从严重程度的角度来看，终端错误分为通讯中断、终端无线错误、无线中断等几种类型，该功能能够识别具体的终端错误类型。

（8）电容器投切。以电压和功率因数为依据，结合时间因素以及投切次数展开调节。如果现场调节起不到应有的作用的话，通过监视和远程控制功能进行调节。若终端本身不支持调节和投切，同样可以通过远程功能实现。

（9）通过远程功能，了解甚至调整终端的工作参数。在主站对开关合/分闸进行控制。了解甚至调整VQC参数。

（10）为了和营销系统实现数据共享，系统专门设置了能够和该系统数据库相连的接口。

（11）收集并统计谐波数据。

（12）用户窃电管理。将用户电量数据和功率准换电量数据放在一起进行比较，选择最合适的比例系数作为临界值，一旦达到了临界值就发出警告。

当前，国内电力资源供应和使用的安全性和可靠性引起人们极大的关注，电力企业也在积极寻找更加现代化的管理手段，以提高管理水平。中低压配电网自动化能够很好地满足企业自身和社会的需求。将GPRS这一先进且成熟的通讯技术引入到配电自动化领域，能够充分发挥其自身的优势。应用GPRS技术的配电变压器管理系统具有可观的市场发展潜力[5]。

3　结论

本文介绍了具有远程通信功能的配电变压器综合参数监测系统组成部分的主要功能，以及系统功能实现的手段。论文还简要阐述了无功补偿技术以及基于GPRS配电变压器监控系统。

本设计从配电变压器各电气参数的实时采集，到远程网络通讯，最后到监测中心数据处理分析和远程控制，基本实现了自动化、智能化。我相信随着配电网自动化技术的不断发展，这种作为基本终端的集配电运行综合参数监测及无功最优化补偿于一体的装置，将会越来越受到重视。其系统的推广应用对用户和电力部门均会带来可观的经济效益。因此，此设计具有很高的实用价值，将有很好的发展前景。

参考文献

[1]曹建平,倪瑛.配电变压器监测终端现状及发展[J].电器应用,2005,24(1):18-21.

[2]林功平,徐石明,罗建波.配电自动化终端技术分析[J].电力系统自动化l2003,27(12):59-62.

[3]叶力勤,罗非.配电变压器参数GPRS网络远程监测系统[J].华南理工大学学报,2002,6(12):89.

[4]郝云芳.GPRS的网络结构与接口信令研究[J].西安邮电学院报,2002,7(1):46-49.

[5]基于GPRS通信的配电监控系统.http://co.163.com/ neteaseivp/resource/paper/detail.jsp?pk=15964&way=3,2004-12-13.