配电变压器监测终端设计与研究

孙艺博++陈希泉

摘要：根据配电变压器监测终端的功能需要，设计配电变压器监测终端。介绍配电变压器监测终端的硬件选择及主要功能，以及软件系统的设计过程，为实现配电变压器监控终端智能化管理提供参考。

关键词：监测终端；配电变压器；设计；软件；硬件

中图分类号：TM76 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）09-0058-03

配电变压器在电网中分布范围广、使用数量多，是电网的最关键的设备之一，其安全稳定经济运行对整个电网具有重要意义。随着科技的进步，通信和电子计算机技术得到了快速发展，以这些科技为基础的配电自动化系统也日趋完善。配电变压器监控终端是配电自动化系统的重要组成部分，是系统最末端的监控单元。发展初期，配电变压器监控功能单一、通信方式简单，近年来开始朝多功能化、智能化方向发展。智能电网提高配电自动化水平，实现配电变压器监控终端智能化管理，是适应电网长远发展的根本需求，也是提高电力系统供电可靠性、增加电力企业经济效益的重要保障。

1 配电变压器监测终端的主要作用及基本原理

1.1 配电变压器监测终端（TTU）的主要作用

采集配电变压器低压侧电压、电流、频率等电气参数，对采集数据进行必要处理，通过通信信道将数据传输到配电主站，从而全面监测变压器运行情况。如果配电变压器出现问题和发生故障，通信信道会及时准确地将故障位置和故障原因等信息传输到配电主站；主站对故障信息进行分析判断后，采取相应的控制措施恢复供电，有效保证配电网稳定运行。

1.2 配电变压器监测终端（TTU）的基本原理

配电变压器监测终端主要由数据采集电路、分析处理电路、通信接口电路、人机接口电路、控制输出电路等部分组成。

数据采集电路实时采集相关电力参数，将数据传送给微处理器。微处理器分析计算处理数据，根据系统要求将数据存储备案。同时，通信接口电路把数据传输给子站和其它终端设备，以数据处理结果为依据实时补偿系统功率因数，通过控制输出电路发出控制信号。通信接口电路接收主站控制命令，并传输给微处理器，从而把整个系统联接起来，实现资源共享共用。人机接口电路主要用于参数设置、数据修改、数据显示及查询，一般由键盘与显示电路组成。通信接口电路主要用于传输数据，实现终端与子站（或主站）及其它设备之间联系，其一般由多个接口电路组成，可以通过不同的通信方式进行各个部分联系。控制输出电路的主要作用是投切系统无功，以及在紧急情况下对开关进行分合。

2 配电变压器监测终端（TTU）的系统结构

配电变压器监测终端的核心部件是ARM微控制器。各种传感器可以实时采集配电变压器的相关参数，ARM微控制器对采集的数据进行分析处理，利用GPRS网络与控制中心建立数据信息传输通道，采集到的相关数据参数可以实时传输到控制中心，确保运行状态控制中心及时了解和掌握运行状况。监控终端的结构如图1所示。

3 配电变压器监测终端硬件设计

配电变压器监测终端应具有实时数据采集功能、故障诊断功能、实时监测功能、数据传输与显示功能、数据报表与存储功能、实时遥信功能、实时遥控功能、实时遥调功能、失电数据保护功能、故障报警与恢复功能。设计的配电变压器监测终端由4个模块组成，分别为数据采集模块、数据分析处理模块、数据通信模块、外围电路模块。

3.1 数据采集模块

选用ATT7022B芯片采集变压器的各项数据。此芯片集成7路16位A/D转换器，用三路采集三相电压数据和三相电流数据，用一路采集零线电流数据，可以采集三相三线和三相四线相关数据。ATT7022B芯片的7通道16位∑-ADC模数转换电路先采集输入电压和输入电流样本，然后再对样本进行转换；24位DSP模块对转换后的数据进行处理，三相电能参数运算全部完成后，将数据保存到相应的参数寄存器中。同时，通过SPI口与MCU交换数据。在这个过程中，有功/无功电能脉冲、基波/谐波有功无功电能脉冲、RMS和PQS视在电能脉冲在24位DSP模块上生成，这些脉冲能够对各类参数进行精度校正，确保数据的精准性。

配电变压器的低压侧电压和电流信号通过PT，CT转换成低电压、小电流信号，对这些信号进行调整和滤波处理后，传输到ATT7022B芯片中。管脚VxP和VxN输入16位A/D转换器的每路ADC交流输入，ATT7022B芯片采集配电变压器的电流、电压有效值和功率因数、频率、相角等参数数据。通过DIN和DOUTATT7022B芯片与MCU进行数据联通，并从MCU通过SCIK取得时钟。

3.2 数据分析处理模块

在设计过程中，数据分析处理的核心芯片选用ARM7TDMI-S核。ATT7022B芯片将采集的数据传输到LPC2138微控制器后，LPC2138对数据进行分析处理，判断是否发生线路故障。如果确定发生故障，通过I/O口控制输出进行分闸或者合闸，防止故障损坏电路，并在LED屏上进行显示。通过IICI口将采集的数据存储到24LC512存储芯片上，进行数据备案，同时数据和信息通过UART串口传输到配电主站，等待主站发生控制指令。如果要控制LPC2138，可以通过按键输入，操作结果经由SSP口发送到LCD进行显示。

3.3 数据通信模块

配电变压器监测终端通过一个RS-485接口与PLC板通信进行数据传输和协议转换。为实现主-从结构半双工通信方式，通信接口必须遵守DL/T645-2007通信規约。帧起始符、从站地址域、数据长度、数据域、控制码、帧信息纵向校验码、帧结束符组成一帧信息。计量检测接口与另一个RS-485相连接，并连接低压载波集抄器。控制中心的抄表命令通过中压载波通道下达，再传输到低压载波集抄器，并将电表信息上传到控制中心。

3.4 外围电路模块

存储芯片采用24LC512芯片，用来存储所有TTU采集的数据。24LC512芯片以x8位存储器进行组合，支持2线串行接口。TTU的功能采用液晶显示模块LCM12864ZK显示。24LC512芯片具有串行通信功能，可以对LCM12864ZK进行串行控制，并对系统功能的结果进行显示。

4 配电变压器监测终端软件设计

在软件设计中，编程采用ADS集成开发环境。系统通电后开始初始化程序：校正ATT7022B芯片把校正参数写入24LC512芯片，再进行依次启动，使用校正参数对系统进行初始化，判断数据中心是否配置配电变压器额定参数后，采集参数、处理数据、打包发送等程序开始运行。系统初始化后进入（下转第62页）（上接第59页）正常工作模式：查看数据端报送的数据信息，包括配电变压器的额定参数、报警限值、报警时间等；收到相关数据信息后，数据实时采集开始运行；采集数据时，每分钟采集1次参数，经过分析计算后，把数据存储到24LC512；判断是否有报警消息，如果有报警信息，发出保护信号指令，避免电路受损，故障信息一方面存入24LC512芯片，另一方面报送配电主站，并记录发生故障时间。终端LCD显示器上能够显示每次数据采集的情况。

参考文献

[1] 易天福.基于GPRS通信的配变监测系统[J].四川水利，2016（4）：80-82.

[2] 张宇，赵春，林森.配电网运行状态在线监测系统[J].电工技术，2012（9）：22-23.

[3] 何为，张静，毛玉星.配电变压器远程监控终端研究与设计[J].电测与仪表，2013（2）：91-95.