配電變壓器遠程溫度監測系統的設計研究

吳羅海

摘要：運維人員巡視過程中監測配變溫度是一項重要工作，在配電網中配電變壓器數量多、分布廣，利用移動通訊網絡開發一套監測系統，實現對配電變壓器溫度的監測對提高設備運維水平具有積極意義。文章提出一種基于GPRS的配電變壓器溫度遠程監測系統，通過GPRS進行數據的無線傳輸，利用LabVIEW開發上位機監控系統，該設計方案簡單、實用可靠。

關鍵詞：溫度監測；GPRS；LabVIEW；配電變壓器；遠程監測 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM421 文章編號：1009-2374（2016）29-0011-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.005

1 概述

配電變壓器是直接給低壓用戶分配電能的設備，其運行狀態是配電網正常運行的重要數據。配網班組通過日常巡視和夜巡獲取正在運行中的配電變壓器的溫度，以判斷配電變壓器是否過負荷發熱等信息。開發一套由現場采集到遠程顯示的溫度采集系統，以此實現不出工便可獲取配電變壓器的溫度，提高配電人員獲取配電變壓器溫度的工作效率。

2 系統總體設計

2.1 系統總體結構

配電變壓器遠程溫度監測系統主要由溫度采集部分、GPRS模塊、傳輸網絡以及上位機后臺顯示系統組成，其系統總體結構圖如圖1所示：

其工作原理為：溫度采集終端的微處理器通過GPRS模塊接入Internet網訪問域名服務器，獲取后臺顯示系統的IP地址并建立連接。微處理器將采集到的溫度數據通過TCP/IP協議上傳到后臺顯示系統，當溫度達到設定值時則發出告警信號，運行人員在監測系統上看到數據并采取應對措施。

2.2 溫度采集部分

溫度采集部分是采集利用PT100鉑熱電阻將溫度信號轉換成電阻的阻值變化，通過相應的電路裝換成電信號，其溫度采集部分電路原理圖如圖2所示。

通過A/D模數轉換器將代表溫度的模擬電信號轉換成數字信號后，通過單片機處理將數據傳送到GPRS模塊并發送給后臺顯示系統。

PT100鉑熱電阻安裝在配電變壓器上，能直接測得配電變壓器的溫度，實現發熱量箱電信號的轉換。這種測溫方法簡單可靠、易于實現且成本較低。

2.3 GPRS無線通信

配電變壓器分布廣，如何將分散的溫度數據實時、可靠傳輸是一個關鍵技術問題。GPRS網絡覆蓋了絕大部分地區，支持應用廣泛的IP協議和X.25協議，能提供無縫的Internet網連接，可提供最高115kbit/s的傳輸速率，傳輸速度快，能夠提供點對點、點對多的業務。其分組交換接入時間少于1秒，實現了即時連接，保證了遠程監測數據的效率，能夠滿足溫度監測系統的數據傳輸需求。GPRS使用交換技術，無需撥號連接，只有在接收和發送數據時才會占用資源。其計費是根據傳輸數據流量，而不是根據傳送時間，對于長期監測溫度的應用來說比較合算。GPRS通訊技術運行成本低，具有良好的實時性，基本不受地域限制。GPRS網絡的建設和維護是由中國移動負責，將其應用在配網運行中能夠節省大量遠程監測網絡建設費用，也免于網絡的日常維護。

GPRS上網先通過配置GPRS modem參數，初始化后發送“ATDT”指令連接基站服務器，然后通過LCP配置、PAP/CHAP認證、IPCP配置建立連接。建立簡介后，GPRS模塊就會從移動基站服務器上獲得一個動態IP地址。GPRS模塊可以在協議框架中嵌入TCP/IP數據向上位機進行數據傳輸。由于上位機接收到多個溫度采集終端的數據，為了將各終端進行區分，GPRS模塊需要向上位機發送自身標志信息。具體步驟為：配置DNS→選擇域名→設定本地端口號→獲得本地IP地址→開始一個TCP連接→模塊返回CONNTCT OK→GPRS模塊與上位機成建立通訊聯系→發送采集的溫度數據。

2.4 上位機后臺顯示系統

后臺顯示系統是利用LabVIEW編寫一個后臺應用軟件，將溫度采集部分發送過來的數據進行處理、顯示、存儲及比較，通過設定定值的方式，來判斷采集溫度是否超出定值，如果超出則發送告警信號給運行人員，以便運行人員快捷地采取措施，維護設備。其系統流程圖如圖3所示：

LabVIEW是基于對象開發系統，使用可視化技術建立人機界面，該軟件能夠提供虛擬儀器面板，在測試、測量、控制領域能起到良好的應用效果。在軟件運行界面，可選擇不同的溫度采集終端，顯示各溫度采集終端的IP地址。這個地址是各溫度采集終端的GPRS模塊接入Internet網絡時隨機分配的IP地址。后臺顯示系統功過TCP協議與溫度采集終端建立通訊。運行界面中設置指示燈查看上位機實時TCP連接狀態，綠色表示連接正常，紅色表示連接斷開。運行界面中的數據是當前時刻某溫度采集終端通過GPRS模塊發送給上位機的溫度數據。系統包含數據庫部分，所有數據會存儲在數據庫對應的表中，在需要查詢數據記錄時，可以讀取表內的數據。溫度高告警的設計不僅通過檢測系統顯示屏上的指示燈顯示，同時發出蜂鳴聲，并彈出對話框提醒工作人員注意，經過查看后判斷是否需要到發出告警信號的配電變壓器現場進行檢修處理。當運行人員發現告警對話框并確認后，蜂鳴聲停止，告警燈在溫度過高時依然常亮，當對應配電變壓器溫度降到設定值之下時，信號燈滅。

3 應用前景

在湛江局配網系統的所有配電變壓器都裝上測溫裝置，并在區局配電運行班組裝設后臺機，做到實時監控臺變溫度，方便配電變壓器負荷過大時，運行人員進行轉負荷操作，同時不必再進行夜間巡視工作，只需在采集后臺觀測數據即可。減輕運行人員的工作負擔，同時減少出車次數和人員配置，從而達到減少支出提高經濟效益的目的。

4 結語

本文闡述了綜合運用GPRS、LabVIEW的配電變壓器遠程溫度監測系統的設計方案。該方案結構簡單、經濟實用、運行可靠，能夠實時采集到分散分布的配電變壓器的溫度數據，同時對數據進行顯示和存儲。當溫度過高超過設定值時，具有自動告警功能。整個監測系統自動化程度高、使用方便。

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（責任編輯：黃銀芳）