配電變壓器監測終端設計與研究

孫藝博++陳希泉

摘要：根據配電變壓器監測終端的功能需要，設計配電變壓器監測終端。介紹配電變壓器監測終端的硬件選擇及主要功能，以及軟件系統的設計過程，為實現配電變壓器監控終端智能化管理提供參考。

關鍵詞：監測終端；配電變壓器；設計；軟件；硬件

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）09-0058-03

配電變壓器在電網中分布范圍廣、使用數量多，是電網的最關鍵的設備之一，其安全穩定經濟運行對整個電網具有重要意義。隨著科技的進步，通信和電子計算機技術得到了快速發展，以這些科技為基礎的配電自動化系統也日趨完善。配電變壓器監控終端是配電自動化系統的重要組成部分，是系統最末端的監控單元。發展初期，配電變壓器監控功能單一、通信方式簡單，近年來開始朝多功能化、智能化方向發展。智能電網提高配電自動化水平，實現配電變壓器監控終端智能化管理，是適應電網長遠發展的根本需求，也是提高電力系統供電可靠性、增加電力企業經濟效益的重要保障。

1 配電變壓器監測終端的主要作用及基本原理

1.1 配電變壓器監測終端（TTU）的主要作用

采集配電變壓器低壓側電壓、電流、頻率等電氣參數，對采集數據進行必要處理，通過通信信道將數據傳輸到配電主站，從而全面監測變壓器運行情況。如果配電變壓器出現問題和發生故障，通信信道會及時準確地將故障位置和故障原因等信息傳輸到配電主站；主站對故障信息進行分析判斷后，采取相應的控制措施恢復供電，有效保證配電網穩定運行。

1.2 配電變壓器監測終端（TTU）的基本原理

配電變壓器監測終端主要由數據采集電路、分析處理電路、通信接口電路、人機接口電路、控制輸出電路等部分組成。

數據采集電路實時采集相關電力參數，將數據傳送給微處理器。微處理器分析計算處理數據，根據系統要求將數據存儲備案。同時，通信接口電路把數據傳輸給子站和其它終端設備，以數據處理結果為依據實時補償系統功率因數，通過控制輸出電路發出控制信號。通信接口電路接收主站控制命令，并傳輸給微處理器，從而把整個系統聯接起來，實現資源共享共用。人機接口電路主要用于參數設置、數據修改、數據顯示及查詢，一般由鍵盤與顯示電路組成。通信接口電路主要用于傳輸數據，實現終端與子站（或主站）及其它設備之間聯系，其一般由多個接口電路組成，可以通過不同的通信方式進行各個部分聯系。控制輸出電路的主要作用是投切系統無功，以及在緊急情況下對開關進行分合。

2 配電變壓器監測終端（TTU）的系統結構

配電變壓器監測終端的核心部件是ARM微控制器。各種傳感器可以實時采集配電變壓器的相關參數，ARM微控制器對采集的數據進行分析處理，利用GPRS網絡與控制中心建立數據信息傳輸通道，采集到的相關數據參數可以實時傳輸到控制中心，確保運行狀態控制中心及時了解和掌握運行狀況。監控終端的結構如圖1所示。

3 配電變壓器監測終端硬件設計

配電變壓器監測終端應具有實時數據采集功能、故障診斷功能、實時監測功能、數據傳輸與顯示功能、數據報表與存儲功能、實時遙信功能、實時遙控功能、實時遙調功能、失電數據保護功能、故障報警與恢復功能。設計的配電變壓器監測終端由4個模塊組成，分別為數據采集模塊、數據分析處理模塊、數據通信模塊、外圍電路模塊。

3.1 數據采集模塊

選用ATT7022B芯片采集變壓器的各項數據。此芯片集成7路16位A/D轉換器，用三路采集三相電壓數據和三相電流數據，用一路采集零線電流數據，可以采集三相三線和三相四線相關數據。ATT7022B芯片的7通道16位∑-ADC模數轉換電路先采集輸入電壓和輸入電流樣本，然后再對樣本進行轉換；24位DSP模塊對轉換后的數據進行處理，三相電能參數運算全部完成后，將數據保存到相應的參數寄存器中。同時，通過SPI口與MCU交換數據。在這個過程中，有功/無功電能脈沖、基波/諧波有功無功電能脈沖、RMS和PQS視在電能脈沖在24位DSP模塊上生成，這些脈沖能夠對各類參數進行精度校正，確保數據的精準性。

配電變壓器的低壓側電壓和電流信號通過PT，CT轉換成低電壓、小電流信號，對這些信號進行調整和濾波處理后，傳輸到ATT7022B芯片中。管腳VxP和VxN輸入16位A/D轉換器的每路ADC交流輸入，ATT7022B芯片采集配電變壓器的電流、電壓有效值和功率因數、頻率、相角等參數數據。通過DIN和DOUTATT7022B芯片與MCU進行數據聯通，并從MCU通過SCIK取得時鐘。

3.2 數據分析處理模塊

在設計過程中，數據分析處理的核心芯片選用ARM7TDMI-S核。ATT7022B芯片將采集的數據傳輸到LPC2138微控制器后，LPC2138對數據進行分析處理，判斷是否發生線路故障。如果確定發生故障，通過I/O口控制輸出進行分閘或者合閘，防止故障損壞電路，并在LED屏上進行顯示。通過IICI口將采集的數據存儲到24LC512存儲芯片上，進行數據備案，同時數據和信息通過UART串口傳輸到配電主站，等待主站發生控制指令。如果要控制LPC2138，可以通過按鍵輸入，操作結果經由SSP口發送到LCD進行顯示。

3.3 數據通信模塊

配電變壓器監測終端通過一個RS-485接口與PLC板通信進行數據傳輸和協議轉換。為實現主-從結構半雙工通信方式，通信接口必須遵守DL/T645-2007通信規約。幀起始符、從站地址域、數據長度、數據域、控制碼、幀信息縱向校驗碼、幀結束符組成一幀信息。計量檢測接口與另一個RS-485相連接，并連接低壓載波集抄器。控制中心的抄表命令通過中壓載波通道下達，再傳輸到低壓載波集抄器，并將電表信息上傳到控制中心。

3.4 外圍電路模塊

存儲芯片采用24LC512芯片，用來存儲所有TTU采集的數據。24LC512芯片以x8位存儲器進行組合，支持2線串行接口。TTU的功能采用液晶顯示模塊LCM12864ZK顯示。24LC512芯片具有串行通信功能，可以對LCM12864ZK進行串行控制，并對系統功能的結果進行顯示。

4 配電變壓器監測終端軟件設計

在軟件設計中，編程采用ADS集成開發環境。系統通電后開始初始化程序：校正ATT7022B芯片把校正參數寫入24LC512芯片，再進行依次啟動，使用校正參數對系統進行初始化，判斷數據中心是否配置配電變壓器額定參數后，采集參數、處理數據、打包發送等程序開始運行。系統初始化后進入（下轉第62頁）（上接第59頁）正常工作模式：查看數據端報送的數據信息，包括配電變壓器的額定參數、報警限值、報警時間等；收到相關數據信息后，數據實時采集開始運行；采集數據時，每分鐘采集1次參數，經過分析計算后，把數據存儲到24LC512；判斷是否有報警消息，如果有報警信息，發出保護信號指令，避免電路受損，故障信息一方面存入24LC512芯片，另一方面報送配電主站，并記錄發生故障時間。終端LCD顯示器上能夠顯示每次數據采集的情況。

參考文獻

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