配電變壓器監控終端(TTU)的硬件研究①

張紅成 楊婷婷 王龍飛

【摘 ?要】在我國基礎設施建設蓬勃發展的大背景下，電力系統網絡的建設也越來越完善。作為建設堅強電網重要組成部分，保證供電網絡可靠穩定的運行，顯得尤為重要，其中最關鍵的工作就是對配電變壓器（以下簡稱變壓器）進行監控。

【關鍵詞】配電變壓器;監控終端;硬件

引言

變壓器是配電網絡重要組成部分。目前對變壓器的監控主要是過監控終端（TTU）來實現，下面我們就對監控終端的硬件電路進行詳細的分析。

一、設計原理

由于市場需求量大，監控終端在研發的過程中，不僅要考慮它的實用性，也要考慮到它的經濟性。因此，對于監控終端硬件的設計主要考慮下面四個因素。

（一）快速性

由于監控終端承擔著非常復雜的計算任務，需要在短時間內對大量的數據進行高速運算，這就要求監控終端所使用的CPU具有較強的運算能力及較快的數據處理速度，保證CPU可以連續進行高速運算工作。

（二）對中斷的異步響應能力

在監控終端實際的工作中，數據采集與通信信號的中斷現象時有發生，這就要求監控終端的硬件電路在設計的時候就要考慮到對于中斷信號的異步響應能力，這是保證整個系統能穩定運行的關鍵因素。

（三）簡化外部電路設計

由于變壓器外設設備較多，且處于帶電運行狀態，這使監控終端在安裝的過程中具有一定的難度。因此，監控終端要多外設集成，簡化外部電路，既提高了安裝工作效率，又降低維護成本。

（四）低功耗原則

在設計監控終端硬件電路時，要充分考慮到功耗的問題。一方面是順應現代電子設備向低功耗領域發展的潮流。另一方面讓整個硬件系統變得更加簡化，為以后增加功能模塊提供便利。

二、硬件主體結構

（一）主電路

監控終端的硬件設備中，主電路負責電力系統數據的采集與控制，并對采集的數據進行及時的整理，接收通信數據以及控制輸出，可以說是整個硬件系統中最為重要的部分。主電路主要包括CPU、程序調試電路以及電源。而這些元器件中，CPU是最重要的組成部分。作為整個電路系統的運算控制中心，CPU的性能直接決定主電路的運行狀態，要根據不同的功能要求來選擇功能合適的CPU。

（二）監控芯片

監控芯片的作用是監控主電路中電子元器件工作運行情況，主要的功能包括低電壓監控、手動復位等，是保障主電路得以穩定運行的關鍵環節。

（三）實時時鐘芯片

對于電力數據來說，整個監控終端的監測工作做到快速響應。因此在硬件的主體結構中需要加入實時時鐘芯片。一方面是為其數據運算提供時間向量，另一方面是為上位機提取電量參照進行計算。

三、數據采集電路結構

電力數據的采集有著十分重要的意義，這些數據的采集與整理不僅僅是電力網絡平穩運行的可靠保障，同時也是為今后優化供電網絡提供數據上的支持。對于監控終端而言，數據采集電路是非常重要的組成部分。具體來說，數據采集電路包括變壓器運行溫度采集電路、交流數據采集電路兩種。變壓器溫度采集電路對變壓器的工作時的溫度進行實時監控與采集，并通過在主電路CPU中設定的閾值，對變壓器溫度的異常波動做出快速的反應與信息反饋。而交流數據采集電路通過互感器及模擬信號調整電路的聯動，進行交流數據的計算工作，獲得交流采樣數據。

四、狀態信息采集設計

配電系統的狀態量信息主要是指設備運行狀態信息以及遙信狀態信息，通過這兩種狀態信息的采集可以對監控終端運行過程中的電路、芯片的運行信息進行準確的收集。

五、通信接口電路

為了滿足當今社會對于供電網絡的需求，對于供電設施進行配電自動化的改造是十分必要的。在供電自動化系統中，出現的遠程遙控技術、遠程數據采集、故障遠程定位等功能，而這些功能的平穩運行都離不開監控終端中的通信接口電路，在設計通信接口的時候，要注意以下幾點。

（一）經濟性

通信接口電路雖然重要，但是其工作原理相對比較簡單，在設計的時候在保證穩定性的同時也要兼顧成本的控制，影響硬件設備的經濟性。

（二）穩定性

變壓器絕大多數都是安裝于露天環境中，而監控終端設備安裝在變壓器附近，同時經受酸雨，鹽霧，潮濕和紫外線這四大主要環境因素的考驗，特別是雨水的滲入以及電磁場的干擾，對于硬件設備的穩定性產生很大威脅。因此在設計通信接口電路方案時，應考慮降低這些不利因素的影響。

（三）雙向通信能力

為了更好地對監控終端系統進行遠程控制，其通信接口電路須配置雙向通信的模塊，不僅要輸出電路數據信號，還要接受到遠程終端所發出的各種指令信號，以保證監控終端的高效與可靠運行。

（四）便于擴展

隨著時代的不斷發展，城市的供電網絡建設也在飛速增長，為了全面保障電力監控系統穩定性，就要對信息接口電路進行預設接口處理，選擇擴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

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

七、結束語

變壓器監控終端是監控和保障配電網絡平穩運行的關鍵設備之一，要確保整個變壓器監控終端的穩定運行，需不斷優化其硬件電路設計方案，做好硬件設備的升級與維護工作。

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（作者單位：平高集團智能電氣有限公司）