廣東省輸變電工程公司 彭偉謙

電力變壓器監(jiān)控系統(tǒng)

廣東省輸變電工程公司 彭偉謙

電是每一國家、地區(qū)、工廠、家庭乃至個人必不可少的。對于供電系統(tǒng)來說，變壓器是變電站的核心設(shè)備，其安全運行直接關(guān)系到整個變電站的正常運轉(zhuǎn)，變壓器的保護與監(jiān)控具有十分重要的作用。目前流行的主變壓器的監(jiān)控方式較為費時費力，本文闡述了一種基于LTE-4G網(wǎng)絡(luò)的新型監(jiān)控方式。

遠程終端；監(jiān)控中心；角色管理；LTE模塊

引言

變壓器在線監(jiān)控系統(tǒng)指的是一種綜合管理系統(tǒng)，具備變壓器在線監(jiān)測功能，同時將保護裝置和測控裝置采集的電量、非電量參數(shù)接入后臺機監(jiān)控系統(tǒng)，同時還兼?zhèn)溥h程自動抄表讀數(shù)的功能AMRS。監(jiān)控系統(tǒng)近年來發(fā)展很快，融合了計算機技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和微電子技術(shù)的相關(guān)成果。通過廣域以太網(wǎng)進行數(shù)據(jù)傳輸，將變壓器的狀態(tài)信息傳輸?shù)接嬎銠C中心進行邏輯判定，再分類產(chǎn)生數(shù)據(jù)報表。電力部門的管理人員可以通過訪問監(jiān)控中心的電腦，實時了解到每個變壓器的運行狀態(tài)。這種監(jiān)控方式是基于4G－LTE無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和Ethernet有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)的，系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、 LTE通信模塊、LTE網(wǎng)絡(luò)、Internet 公共網(wǎng)絡(luò)、Internet服務(wù)器、電力部分局域?qū)＞W(wǎng)、工作站等組成。工作站計算機即可以通過Internet實現(xiàn)對現(xiàn)場監(jiān)控設(shè)備進行遠程監(jiān)控、管理和控制。通過對某一地區(qū)或部分變電站主變壓器的參數(shù)的自動采集、分析計算、存檔并顯示相關(guān)參數(shù)的變化趨勢等，對變電站的供電線路進行拉閘、合閘控制，達到遠程實時監(jiān)控的目的。實現(xiàn)對主變壓器的安全保護。

變壓器監(jiān)控系統(tǒng)是隨著通信技術(shù)及硬、軟件和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展而不斷發(fā)展的。軟件方面，數(shù)據(jù)庫技術(shù)支持B/S和C/S相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)，并可根據(jù)用戶要求靈活配置，以適應(yīng)不同規(guī)模和應(yīng)用要求。采用DABASE技術(shù)框架內(nèi)核，結(jié)合變電站值守的實際需求，可以在較短時間內(nèi)開發(fā)出既具先進性又具實用性的應(yīng)用系統(tǒng)。

圖1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.系統(tǒng)構(gòu)成和工作原理

本系統(tǒng)由遠程監(jiān)測終端和中心軟件兩大部分構(gòu)成，變壓器參數(shù)遠程監(jiān)測終端安裝在變壓器現(xiàn)場，通過電壓互感器（PT），電流互感器（CT），溫度傳感器等傳感設(shè)備對變壓器的電氣參數(shù)進行采樣監(jiān)測；監(jiān)控中心計算機通過一張支持LTE-4G的網(wǎng)卡，接上Internet網(wǎng)絡(luò)即可與現(xiàn)場監(jiān)測終端進行通信。變壓器遠程檢測終端包括三部分，分別是變壓器參數(shù)采集器，變壓器參數(shù)控制器和LTE通信模塊。監(jiān)測器軟件將采用模塊化的設(shè)計方法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.現(xiàn)場變壓器遠程監(jiān)測終端

2.1變壓器參數(shù)采集模塊

變壓器參數(shù)采集模塊能夠?qū)崟r監(jiān)測變壓器的三相電壓、三相電流、總有功功率、總無功功率、總有功電度、總無功電度、總功率因素、頻率及三相油槽的溫度等各類參數(shù)。氣體監(jiān)測傳感器采用MQ系列氣體傳感器，液壓油微水檢測探頭采用GY－HTW306G傳感器，采用PT-100系列測溫傳感器，本模塊具有4路光電隔離數(shù)字輸入及3路繼電器輸出，模擬量用于檢測各類實時采集的物理量，數(shù)字量用于對開關(guān)狀態(tài)的檢測或閥門的開/閉狀態(tài)。

圖2　變壓器參數(shù)采集器

變壓器參數(shù)采集器主要由電流互感器，電壓互感器，AD轉(zhuǎn)換芯片，達林頓陣列采集芯片等組成。其中采集器的核心部分是AD轉(zhuǎn)換芯片。由于電網(wǎng)運行側(cè)電壓電流值較高，無法直接送ARM進行采樣，故應(yīng)用微機保護原理使用電流互感器和電壓互感器以及設(shè)計相應(yīng)電路來使電流和電壓達到理想值。采用三個電流互感器分別采集A、B、C三相電流，電流互感器變比采用30/5，將一次測電流60A轉(zhuǎn)變?yōu)?0A，再經(jīng)過兩電阻分壓（電阻值分別是9Ω和1Ω），從而將10A的交流電流轉(zhuǎn)變?yōu)?0V的交流電壓，再經(jīng)電阻分壓，最終將60A的交流電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)?V。1V的交流電壓信號，從而滿足后面交直流轉(zhuǎn)換單元和ARM采樣的要求。再由三個電流互感器引線從而實現(xiàn)零序電流互感器以完成單相接地保護。相間電壓一級采用電壓互感器，變比Kt1=100，從而將二次測電壓降到100V，再通過變壓器（Kt2=10），將電壓降到10V，在通過R1=89Ω和R2=10Ω進行分壓，從而將電壓變到1V，以供AD采樣。

2.2變壓器參數(shù)控制器

變壓器參數(shù)控制器主要負責將AD轉(zhuǎn)換器送上來的數(shù)字量轉(zhuǎn)送到LTE模塊，并且對現(xiàn)場進行監(jiān)控。它包括兩塊偉邦公司的8位單片機W78E58B-40，實時時鐘DS 12C887，可編程邏輯芯片EPM7032SLC44-10。

圖3　變壓器參數(shù)控制器

在配電變壓器在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，必須可以實時、快速、準確的對配電變壓器中電信號進行采集，通過A/D轉(zhuǎn)換獲得可供后續(xù)處理的數(shù)字信號，因此數(shù)據(jù)采集電路板必須能精確的將配電變壓器中電信號轉(zhuǎn)換為可供DSP處理的數(shù)字信號。W78E58B將處理送上來的變壓器實時參數(shù)，包括變壓器的檔位、油溫、環(huán)境溫度、三相電壓、三相電流、有功功率、無功功率、功率因素、總有功電度、總無功電度、頻率、實時時間。系統(tǒng)能將開關(guān)輸入量變換成實際檔位位置和刀閘狀態(tài)，通過數(shù)碼管或LED顯示。

3. LTE無線通信的實現(xiàn)

單片機與LTE模塊的連接。

圖4　單片機與GPRS模塊連接圖

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彭偉謙（1990-），大學(xué)本科，就職于廣東省輸變電工程公司,主要研究方向為變電站調(diào)試、智能電網(wǎng)。