配電變壓器監(jiān)控終端(TTU)的硬件研究①

張紅成 楊婷婷 王龍飛

【摘 ?要】在我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)蓬勃發(fā)展的大背景下，電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)也越來越完善。作為建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)電網(wǎng)重要組成部分，保證供電網(wǎng)絡(luò)可靠穩(wěn)定的運(yùn)行，顯得尤為重要，其中最關(guān)鍵的工作就是對(duì)配電變壓器（以下簡(jiǎn)稱變壓器）進(jìn)行監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】配電變壓器;監(jiān)控終端;硬件

引言

變壓器是配電網(wǎng)絡(luò)重要組成部分。目前對(duì)變壓器的監(jiān)控主要是過監(jiān)控終端（TTU）來實(shí)現(xiàn)，下面我們就對(duì)監(jiān)控終端的硬件電路進(jìn)行詳細(xì)的分析。

一、設(shè)計(jì)原理

由于市場(chǎng)需求量大，監(jiān)控終端在研發(fā)的過程中，不僅要考慮它的實(shí)用性，也要考慮到它的經(jīng)濟(jì)性。因此，對(duì)于監(jiān)控終端硬件的設(shè)計(jì)主要考慮下面四個(gè)因素。

（一）快速性

由于監(jiān)控終端承擔(dān)著非常復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，需要在短時(shí)間內(nèi)對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行高速運(yùn)算，這就要求監(jiān)控終端所使用的CPU具有較強(qiáng)的運(yùn)算能力及較快的數(shù)據(jù)處理速度，保證CPU可以連續(xù)進(jìn)行高速運(yùn)算工作。

（二）對(duì)中斷的異步響應(yīng)能力

在監(jiān)控終端實(shí)際的工作中，數(shù)據(jù)采集與通信信號(hào)的中斷現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這就要求監(jiān)控終端的硬件電路在設(shè)計(jì)的時(shí)候就要考慮到對(duì)于中斷信號(hào)的異步響應(yīng)能力，這是保證整個(gè)系統(tǒng)能穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵因素。

（三）簡(jiǎn)化外部電路設(shè)計(jì)

由于變壓器外設(shè)設(shè)備較多，且處于帶電運(yùn)行狀態(tài)，這使監(jiān)控終端在安裝的過程中具有一定的難度。因此，監(jiān)控終端要多外設(shè)集成，簡(jiǎn)化外部電路，既提高了安裝工作效率，又降低維護(hù)成本。

（四）低功耗原則

在設(shè)計(jì)監(jiān)控終端硬件電路時(shí)，要充分考慮到功耗的問題。一方面是順應(yīng)現(xiàn)代電子設(shè)備向低功耗領(lǐng)域發(fā)展的潮流。另一方面讓整個(gè)硬件系統(tǒng)變得更加簡(jiǎn)化，為以后增加功能模塊提供便利。

二、硬件主體結(jié)構(gòu)

（一）主電路

監(jiān)控終端的硬件設(shè)備中，主電路負(fù)責(zé)電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集與控制，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的整理，接收通信數(shù)據(jù)以及控制輸出，可以說是整個(gè)硬件系統(tǒng)中最為重要的部分。主電路主要包括CPU、程序調(diào)試電路以及電源。而這些元器件中，CPU是最重要的組成部分。作為整個(gè)電路系統(tǒng)的運(yùn)算控制中心，CPU的性能直接決定主電路的運(yùn)行狀態(tài)，要根據(jù)不同的功能要求來選擇功能合適的CPU。

（二）監(jiān)控芯片

監(jiān)控芯片的作用是監(jiān)控主電路中電子元器件工作運(yùn)行情況，主要的功能包括低電壓監(jiān)控、手動(dòng)復(fù)位等，是保障主電路得以穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

（三）實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片

對(duì)于電力數(shù)據(jù)來說，整個(gè)監(jiān)控終端的監(jiān)測(cè)工作做到快速響應(yīng)。因此在硬件的主體結(jié)構(gòu)中需要加入實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片。一方面是為其數(shù)據(jù)運(yùn)算提供時(shí)間向量，另一方面是為上位機(jī)提取電量參照進(jìn)行計(jì)算。

三、數(shù)據(jù)采集電路結(jié)構(gòu)

電力數(shù)據(jù)的采集有著十分重要的意義，這些數(shù)據(jù)的采集與整理不僅僅是電力網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)運(yùn)行的可靠保障，同時(shí)也是為今后優(yōu)化供電網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)上的支持。對(duì)于監(jiān)控終端而言，數(shù)據(jù)采集電路是非常重要的組成部分。具體來說，數(shù)據(jù)采集電路包括變壓器運(yùn)行溫度采集電路、交流數(shù)據(jù)采集電路兩種。變壓器溫度采集電路對(duì)變壓器的工作時(shí)的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控與采集，并通過在主電路CPU中設(shè)定的閾值，對(duì)變壓器溫度的異常波動(dòng)做出快速的反應(yīng)與信息反饋。而交流數(shù)據(jù)采集電路通過互感器及模擬信號(hào)調(diào)整電路的聯(lián)動(dòng)，進(jìn)行交流數(shù)據(jù)的計(jì)算工作，獲得交流采樣數(shù)據(jù)。

四、狀態(tài)信息采集設(shè)計(jì)

配電系統(tǒng)的狀態(tài)量信息主要是指設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息以及遙信狀態(tài)信息，通過這兩種狀態(tài)信息的采集可以對(duì)監(jiān)控終端運(yùn)行過程中的電路、芯片的運(yùn)行信息進(jìn)行準(zhǔn)確的收集。

五、通信接口電路

為了滿足當(dāng)今社會(huì)對(duì)于供電網(wǎng)絡(luò)的需求，對(duì)于供電設(shè)施進(jìn)行配電自動(dòng)化的改造是十分必要的。在供電自動(dòng)化系統(tǒng)中，出現(xiàn)的遠(yuǎn)程遙控技術(shù)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、故障遠(yuǎn)程定位等功能，而這些功能的平穩(wěn)運(yùn)行都離不開監(jiān)控終端中的通信接口電路，在設(shè)計(jì)通信接口的時(shí)候，要注意以下幾點(diǎn)。

（一）經(jīng)濟(jì)性

通信接口電路雖然重要，但是其工作原理相對(duì)比較簡(jiǎn)單，在設(shè)計(jì)的時(shí)候在保證穩(wěn)定性的同時(shí)也要兼顧成本的控制，影響硬件設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性。

（二）穩(wěn)定性

變壓器絕大多數(shù)都是安裝于露天環(huán)境中，而監(jiān)控終端設(shè)備安裝在變壓器附近，同時(shí)經(jīng)受酸雨，鹽霧，潮濕和紫外線這四大主要環(huán)境因素的考驗(yàn)，特別是雨水的滲入以及電磁場(chǎng)的干擾，對(duì)于硬件設(shè)備的穩(wěn)定性產(chǎn)生很大威脅。因此在設(shè)計(jì)通信接口電路方案時(shí)，應(yīng)考慮降低這些不利因素的影響。

（三）雙向通信能力

為了更好地對(duì)監(jiān)控終端系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，其通信接口電路須配置雙向通信的模塊，不僅要輸出電路數(shù)據(jù)信號(hào)，還要接受到遠(yuǎn)程終端所發(fā)出的各種指令信號(hào)，以保證監(jiān)控終端的高效與可靠運(yùn)行。

（四）便于擴(kuò)展

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，城市的供電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)也在飛速增長(zhǎng)，為了全面保障電力監(jiān)控系統(tǒng)穩(wěn)定性，就要對(duì)信息接口電路進(jìn)行預(yù)設(shè)接口處理，選擇擴(kuò)展通信接口的功能模塊，以滿足多種方式通信的需求。

六、抗干擾裝置

由于監(jiān)控終端常常安裝在自然條件惡劣的地區(qū)，想要保證穩(wěn)定運(yùn)行，就要做好防電磁干擾措施。針對(duì)電磁干擾多以脈沖的形式出現(xiàn)的特點(diǎn)，可以從供電系統(tǒng)、過程通道干擾以及輻射干擾這三個(gè)方面，采用硬件與軟件抗干擾結(jié)合的方式來應(yīng)對(duì)，而在硬件抗干擾方面，主要通過加裝交流穩(wěn)壓器、屏蔽層、低通濾波器等裝置。

七、結(jié)束語

變壓器監(jiān)控終端是監(jiān)控和保障配電網(wǎng)絡(luò)平穩(wěn)運(yùn)行的關(guān)鍵設(shè)備之一，要確保整個(gè)變壓器監(jiān)控終端的穩(wěn)定運(yùn)行，需不斷優(yōu)化其硬件電路設(shè)計(jì)方案，做好硬件設(shè)備的升級(jí)與維護(hù)工作。

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（作者單位：平高集團(tuán)智能電氣有限公司）