基于嵌入式的智能變電站變壓器在線監測系統研究

姜樹偉，陳為星

（安徽理工大學 電氣與信息工程學院，安徽 淮南 232001）

0 引 言

在科技飛速發展的今天，電能的重要性日益突顯，對于電力系統穩定性和可靠性的要求也更加嚴格。隨著傳感器和通信等相關技術日漸成熟，作為電力系統中關鍵部分的變電站由傳統人工值守向數字化、網絡化方向發展已是必然趨勢。因此，基于數字化變電站提出了智能變電站的概念，即采用現代先進的傳感器、電子、信息、通信、控制及軟件技術，構建統一的應用平臺。本文提出了基于嵌入式的智能變電站在線監測系統，可極大地提高工作效率，減少人工成本的投入。

1 監測系統的總體概述

在電力系統中，絕大多數變壓器都是油浸式變壓器。不同的運行狀態會導致不同的氣體溶于油中，故監測的主要方式是監測絕緣油中的氣體變化，即氣象色譜法。本文系統的工作方式如圖1所示。首先通過傳感器采集油中氣體的實時數據，利用數據處理單元對數據進行處理，然后由嵌入式系統對數據進行整合并上傳至上位機，使用相關算法對變壓器工作狀態進行判斷，最終實現對變壓器的實時在線監測。

圖1 系統工作方式

2 監測系統硬件設計

硬件部分主要由傳感器采集模塊、信號預處理模塊、ARM處理器控制模塊、通信模塊組成。通過上述模塊可對變壓器的實時運行狀態進行在線監測，提高電力系統的穩定性。

2.1 傳感器采集模塊

若要對變壓器進行在線監測，氣體采集檢測過程至關重要。對絕緣油中的氣體采集：先對其進行油氣分離，之后將分離的氣體保存在氣室中。由于該氣體是多種氣體的混合，且各組成部分在色譜柱中的流速不同，故可利用色譜柱進行分離。傳感器按順序對分離后的氣體濃度進行采集，隨后全部轉化成電信號傳送至數據處理模塊進行分析。根據油色譜法原理，需要對氣體中的 H2，CO，CO2，CH4，C2H2，C2H4，C2H6濃度進行測量。本文系統采用SnO2半導體氣體傳感器，該類型傳感器可以很好地檢測上述氣體并且其價格相對較低，經濟實惠。

2.2 信號預處理

因為傳感器采集到的信號通常十分微弱，并且可能含有噪音信號的干擾，對數據處理影響很大，所以需要對傳感器信號進行預處理。本文系統增加了放大與濾波電路，方便后續處理。

2.3 ARM處理器模塊

本文系統采用Atmel公司的 AT91SAM9261作為主控芯片，對采集到的信號進行處理分析。該芯片拓展了Jazelle Java加速器以及DSP指令集，極大地豐富了集成接口，也使其調試范圍更加寬泛，性能非常優越，最高可達210 MIPS。芯片功耗較低，是外部總線接口，可同時支持靜態存儲器，DRAM，NandFLASH和CompactFLASH。

在該芯片內寫入事先編好的監測軟件，經過預處理的信號送入芯片后，其迅速計算分析相關氣體濃度信號，結合預設好的算法做出相應的判斷，結果通過通信模塊傳至上位機。工作人員可實時得到變壓器運行狀態，如果發生故障也可及時處理，避免意外發生，節約大量的人工成本。

3 監測系統軟件設計

軟件部分基于嵌入式系統軟件開發設計完成，其中最重要的是算法的選擇。監測系統有較多的算法可以實現，但是通過比較分析，本文系統最終選擇了神經網絡算法。由于需要對氣體濃度進行相關計算處理，所以要求相比一般的系統更高，故將μC/0S-II作為軟件開發平臺。該平臺的調試開發都可在軟件環境下進行，簡潔方便。軟件程序流程如圖2所示。

圖2 軟件程序流程圖

4 結 語

本文利用嵌入式系統基于ARM處理器對智能變電站變壓器的在線監測系統進行設計。通過該系統，智能變電站的工作人員無需到現場就可通過上位機對變壓器的運行狀態進行監測，可有效降低變壓器突然故障帶來的損失，同時節省了大量的人力、物力，安全智能，對智能變電站的發展具有重大意義。