在電力變壓器監(jiān)測(cè)中嵌入系統(tǒng)的應(yīng)用探究

馮海清　楊逸晴　盧志鵬　惠杰

摘 要：想要保證電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性與可靠程度，前提是要監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的狀態(tài)并且診斷出現(xiàn)的故障，這也是在研究智能電網(wǎng)方面的重點(diǎn)內(nèi)容。本文針對(duì)電力變壓器從其實(shí)用性出發(fā)，將嵌入式系統(tǒng)采用進(jìn)來(lái)進(jìn)行了在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，提供了相應(yīng)的工作原理、參數(shù)等。

關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；電力變壓器；監(jiān)測(cè)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.129

在近十年間監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的狀態(tài)以及故障診斷成為了重點(diǎn)關(guān)注和進(jìn)行研究的領(lǐng)域，只有做好這個(gè)前提才能為電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性提供保障，對(duì)于智能電網(wǎng)的研究工作來(lái)說(shuō)這也是一個(gè)重要內(nèi)容。發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁、水輪機(jī)以及繼電保護(hù)裝置都是電力系統(tǒng)中的組成部分，對(duì)于這些部分均實(shí)現(xiàn)了狀態(tài)的監(jiān)測(cè)以及診斷故障，但是電力變壓器卻沒(méi)有被規(guī)劃進(jìn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的范圍內(nèi)，同時(shí)也沒(méi)有進(jìn)行預(yù)警以及故障診斷。

1 電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在電力設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中需要對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，具體工作內(nèi)容包括記錄設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、分類記錄數(shù)據(jù)并進(jìn)行評(píng)估，在日后需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)的時(shí)候，可以使用這些記錄作為依據(jù)采取適當(dāng)?shù)膶?duì)策，保證收集到的設(shè)備運(yùn)行資料是真實(shí)并且完整的，作為依據(jù)來(lái)進(jìn)行后續(xù)的故障分析和診斷，保證故障預(yù)防和處理的科學(xué)程度，具體包含以下內(nèi)容：

（1）將設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)下的資料和收據(jù)收集起來(lái)，形成設(shè)備運(yùn)行歷史檔案；

（2）初步判斷設(shè)備的狀態(tài)是正常運(yùn)行還是出現(xiàn)了異常，然后結(jié)合歷史檔案、呈現(xiàn)出來(lái)的故障特征、運(yùn)行的具體狀態(tài)以及征兆來(lái)對(duì)故障的性質(zhì)和等級(jí)進(jìn)行判斷；

（3）評(píng)估設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)并且進(jìn)行分類，以此為依據(jù)來(lái)進(jìn)行設(shè)備的檢修。

在線監(jiān)測(cè)電力設(shè)備與診斷技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)如下：

（1）電力系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)將越來(lái)越緊密的與前沿高端技術(shù)結(jié)合在一起：設(shè)備診斷技術(shù)中會(huì)融入更所的通信技術(shù)、電力電子相關(guān)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)等，不斷地提高診斷的技術(shù)水平；

（2）從單一化的監(jiān)測(cè)發(fā)展為群體監(jiān)測(cè)：傳統(tǒng)的目標(biāo)是在線監(jiān)測(cè)單臺(tái)設(shè)備，以后會(huì)逐漸延伸向整體在線設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)；

（3）遠(yuǎn)程對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)借助互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行跟蹤：在不斷升級(jí)優(yōu)化設(shè)備監(jiān)測(cè)技術(shù)的同時(shí)，還可以將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方面的先進(jìn)技術(shù)結(jié)合融入起來(lái)，對(duì)設(shè)備狀態(tài)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集，并且將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)通信技術(shù)來(lái)完成遠(yuǎn)程的傳送，這樣一來(lái)故障就可以集中在一起進(jìn)行分析并完成故障預(yù)警；

（4）聯(lián)合監(jiān)測(cè)狀態(tài)系統(tǒng)將以及其他系統(tǒng)：如今的信息技術(shù)以及傳感技術(shù)都得到了極大的發(fā)展，自然也變得更加成熟，我們可以將繼電保護(hù)系統(tǒng)等與狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)并保證其有效性，在專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等智能化理論的基礎(chǔ)上與負(fù)責(zé)采集信號(hào)、分析數(shù)據(jù)的進(jìn)算計(jì)技術(shù)結(jié)合起來(lái)作為輔助監(jiān)測(cè)、完善診斷技術(shù)，這樣一來(lái)就可以進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的智能化程度，保證運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與故障分析診斷的準(zhǔn)確性。

如上文所述，目前對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的技術(shù)雖然有很大的發(fā)展進(jìn)步空間，但是目前監(jiān)測(cè)技術(shù)還沒(méi)有在電力變壓器方面實(shí)現(xiàn)覆蓋，本文中提出的系統(tǒng)是監(jiān)測(cè)電力變壓器在線運(yùn)行狀態(tài)的系統(tǒng)，其中采集并處理在線運(yùn)行參數(shù)是利用嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，而遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)則是通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)結(jié)合監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，電力變壓器就可以順利的進(jìn)行故障分析和預(yù)警工作。

2 電力變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在電力變壓器監(jiān)測(cè)中嵌入系統(tǒng)具體的組成部分包括ARM CPU、傳感器、變送器、USB GPRS模塊等。

2.2 工作流程

（1）采集前端數(shù)據(jù)：溫度、開(kāi)關(guān)的狀態(tài)以及電壓或者電流是監(jiān)測(cè)電力變壓器的三種主要參數(shù)，其中溫度和電流/電壓屬于模擬量，溫度傳感器可以獲取溫度信號(hào)，電壓/電流變送器可以獲得相應(yīng)的信號(hào)；獲取得到的模擬量的取值均是0～5V的電壓信號(hào)，最后進(jìn)入CD4051這個(gè)多路轉(zhuǎn)換電路中，中途會(huì)經(jīng)過(guò)LM339這個(gè)信號(hào)隔離電路，然后再通過(guò)LF398采樣保持電路并且進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器中，模擬信號(hào)因此轉(zhuǎn)變成為了數(shù)字信號(hào)，然后通過(guò)CPU完成數(shù)字處理。

開(kāi)關(guān)狀態(tài)是開(kāi)關(guān)量信號(hào)，首先要對(duì)其進(jìn)行處理去除抖動(dòng)、整形信號(hào)，然后通過(guò)開(kāi)關(guān)量信號(hào)接受線路，傳送到CPU以后統(tǒng)一完成信號(hào)處理工作。

（2）數(shù)據(jù)處理：采集獲得的開(kāi)關(guān)量以及模擬量通過(guò)CPU進(jìn)行統(tǒng)一的處理和排序，對(duì)數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以窗口的形式來(lái)進(jìn)行移動(dòng)保存的操作，同時(shí)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，確定其是否有異常情況出現(xiàn)，將異常標(biāo)識(shí)添加上去為上傳和處理提供依據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)上傳：CPU以數(shù)據(jù)處理為準(zhǔn)，上傳的時(shí)候優(yōu)先那些帶有異常標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)，如果數(shù)據(jù)均沒(méi)有帶有異常標(biāo)識(shí)的話，則定時(shí)將那些受到的模擬量和開(kāi)關(guān)量信號(hào)輪流進(jìn)行上傳。

（4）數(shù)據(jù)顯示：顯示電路由LED構(gòu)成，采集到的溫度值、電壓/電流值等數(shù)據(jù)輪流顯示在上面。

3 電力變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施參數(shù)

3.1 軟件參數(shù)配置

（1）以實(shí)際的采集點(diǎn)來(lái)對(duì)采集點(diǎn)數(shù)進(jìn)行配置；

（2）通過(guò)對(duì)參數(shù)映射值進(jìn)行歸一化處理，整定采集參數(shù)值；

（3）有連續(xù)三次的采集參數(shù)超出整定值的范圍就是異常；

（4）整定遠(yuǎn)程通信包括配置傳輸通道、配置傳輸優(yōu)先級(jí)以及配置傳輸時(shí)間。

3.2 參數(shù)的采集工作

（1）對(duì)三路溫度的點(diǎn)數(shù)進(jìn)行采集；

（2）對(duì)三路的電壓點(diǎn)數(shù)進(jìn)行采集記錄；

（3）采集兩路電流的相關(guān)點(diǎn)數(shù)；

（4）采集并記錄四路開(kāi)關(guān)量點(diǎn)數(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉婭琴，聶為清.嵌入式系統(tǒng)在電力變壓器監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2010（04）：65-67.

[2]呂春峰，孫興亞.基于嵌入式系統(tǒng)的電力變壓器參數(shù)監(jiān)測(cè)與處理[J].儀表技術(shù)與傳感器，2008（04）：94-96.

[3]林土方，洪凱星，郭才福，潘成峰，王澤波，陳祥獻(xiàn)，黃海.基于B/S架構(gòu)的變壓器在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2013（08）：766-772.