孫藝博++陳希泉

摘要：根據(jù)配電變壓器監(jiān)測(cè)終端的功能需要，設(shè)計(jì)配電變壓器監(jiān)測(cè)終端。介紹配電變壓器監(jiān)測(cè)終端的硬件選擇及主要功能，以及軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，為實(shí)現(xiàn)配電變壓器監(jiān)控終端智能化管理提供參考。

關(guān)鍵詞：監(jiān)測(cè)終端；配電變壓器；設(shè)計(jì)；軟件；硬件

中圖分類(lèi)號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）09-0058-03

配電變壓器在電網(wǎng)中分布范圍廣、使用數(shù)量多，是電網(wǎng)的最關(guān)鍵的設(shè)備之一，其安全穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行對(duì)整個(gè)電網(wǎng)具有重要意義。隨著科技的進(jìn)步，通信和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)得到了快速發(fā)展，以這些科技為基礎(chǔ)的配電自動(dòng)化系統(tǒng)也日趨完善。配電變壓器監(jiān)控終端是配電自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分，是系統(tǒng)最末端的監(jiān)控單元。發(fā)展初期，配電變壓器監(jiān)控功能單一、通信方式簡(jiǎn)單，近年來(lái)開(kāi)始朝多功能化、智能化方向發(fā)展。智能電網(wǎng)提高配電自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)配電變壓器監(jiān)控終端智能化管理，是適應(yīng)電網(wǎng)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的根本需求，也是提高電力系統(tǒng)供電可靠性、增加電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的重要保障。

1 配電變壓器監(jiān)測(cè)終端的主要作用及基本原理

1.1 配電變壓器監(jiān)測(cè)終端（TTU）的主要作用

采集配電變壓器低壓側(cè)電壓、電流、頻率等電氣參數(shù)，對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行必要處理，通過(guò)通信信道將數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚潆娭髡?，從而全面監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行情況。如果配電變壓器出現(xiàn)問(wèn)題和發(fā)生故障，通信信道會(huì)及時(shí)準(zhǔn)確地將故障位置和故障原因等信息傳輸?shù)脚潆娭髡荆恢髡緦?duì)故障信息進(jìn)行分析判斷后，采取相應(yīng)的控制措施恢復(fù)供電，有效保證配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 配電變壓器監(jiān)測(cè)終端（TTU）的基本原理

配電變壓器監(jiān)測(cè)終端主要由數(shù)據(jù)采集電路、分析處理電路、通信接口電路、人機(jī)接口電路、控制輸出電路等部分組成。

數(shù)據(jù)采集電路實(shí)時(shí)采集相關(guān)電力參數(shù)，將數(shù)據(jù)傳送給微處理器。微處理器分析計(jì)算處理數(shù)據(jù)，根據(jù)系統(tǒng)要求將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備案。同時(shí)，通信接口電路把數(shù)據(jù)傳輸給子站和其它終端設(shè)備，以數(shù)據(jù)處理結(jié)果為依據(jù)實(shí)時(shí)補(bǔ)償系統(tǒng)功率因數(shù)，通過(guò)控制輸出電路發(fā)出控制信號(hào)。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(gè)系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)資源共享共用。人機(jī)接口電路主要用于參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)修改、數(shù)據(jù)顯示及查詢，一般由鍵盤(pán)與顯示電路組成。通信接口電路主要用于傳輸數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)終端與子站（或主站）及其它設(shè)備之間聯(lián)系，其一般由多個(gè)接口電路組成，可以通過(guò)不同的通信方式進(jìn)行各個(gè)部分聯(lián)系?？刂戚敵鲭娐返闹饕饔檬峭肚邢到y(tǒng)無(wú)功，以及在緊急情況下對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行分合。

2 配電變壓器監(jiān)測(cè)終端（TTU）的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

配電變壓器監(jiān)測(cè)終端的核心部件是ARM微控制器。各種傳感器可以實(shí)時(shí)采集配電變壓器的相關(guān)參數(shù)，ARM微控制器對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)與控制中心建立數(shù)據(jù)信息傳輸通道，采集到的相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)可以實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇刂浦行?，確保運(yùn)行狀態(tài)控制中心及時(shí)了解和掌握運(yùn)行狀況。監(jiān)控終端的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 配電變壓器監(jiān)測(cè)終端硬件設(shè)計(jì)

配電變壓器監(jiān)測(cè)終端應(yīng)具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集功能、故障診斷功能、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能、數(shù)據(jù)傳輸與顯示功能、數(shù)據(jù)報(bào)表與存儲(chǔ)功能、實(shí)時(shí)遙信功能、實(shí)時(shí)遙控功能、實(shí)時(shí)遙調(diào)功能、失電數(shù)據(jù)保護(hù)功能、故障報(bào)警與恢復(fù)功能。設(shè)計(jì)的配電變壓器監(jiān)測(cè)終端由4個(gè)模塊組成，分別為數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊、數(shù)據(jù)通信模塊、外圍電路模塊。

3.1 數(shù)據(jù)采集模塊

選用ATT7022B芯片采集變壓器的各項(xiàng)數(shù)據(jù)。此芯片集成7路16位A/D轉(zhuǎn)換器，用三路采集三相電壓數(shù)據(jù)和三相電流數(shù)據(jù)，用一路采集零線電流數(shù)據(jù)，可以采集三相三線和三相四線相關(guān)數(shù)據(jù)。ATT7022B芯片的7通道16位∑-ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換電路先采集輸入電壓和輸入電流樣本，然后再對(duì)樣本進(jìn)行轉(zhuǎn)換；24位DSP模塊對(duì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，三相電能參數(shù)運(yùn)算全部完成后，將數(shù)據(jù)保存到相應(yīng)的參數(shù)寄存器中。同時(shí)，通過(guò)SPI口與MCU交換數(shù)據(jù)。在這個(gè)過(guò)程中，有功/無(wú)功電能脈沖、基波/諧波有功無(wú)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?qū)Ω黝?lèi)參數(shù)進(jìn)行精度校正，確保數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性。

配電變壓器的低壓側(cè)電壓和電流信號(hào)通過(guò)PT，CT轉(zhuǎn)換成低電壓、小電流信號(hào)，對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行調(diào)整和濾波處理后，傳輸?shù)紸TT7022B芯片中。管腳VxP和VxN輸入16位A/D轉(zhuǎn)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(shù)、頻率、相角等參數(shù)數(shù)據(jù)。通過(guò)DIN和DOUTATT7022B芯片與MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)聯(lián)通，并從MCU通過(guò)SCIK取得時(shí)鐘。

3.2 數(shù)據(jù)分析處理模塊

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，數(shù)據(jù)分析處理的核心芯片選用ARM7TDMI-S核。ATT7022B芯片將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絃PC2138微控制器后，LPC2138對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，判斷是否發(fā)生線路故障。如果確定發(fā)生故障，通過(guò)I/O口控制輸出進(jìn)行分閘或者合閘，防止故障損壞電路，并在LED屏上進(jìn)行顯示。通過(guò)IICI口將采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到24LC512存儲(chǔ)芯片上，進(jìn)行數(shù)據(jù)備案，同時(shí)數(shù)據(jù)和信息通過(guò)UART串口傳輸?shù)脚潆娭髡?，等待主站發(fā)生控制指令。如果要控制LPC2138，可以通過(guò)按鍵輸入，操作結(jié)果經(jīng)由SSP口發(fā)送到LCD進(jìn)行顯示。

3.3 數(shù)據(jù)通信模塊

配電變壓器監(jiān)測(cè)終端通過(guò)一個(gè)RS-485接口與PLC板通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和協(xié)議轉(zhuǎn)換。為實(shí)現(xiàn)主-從結(jié)構(gòu)半雙工通信方式，通信接口必須遵守DL/T645-2007通信規(guī)約。幀起始符、從站地址域、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)域、控制碼、幀信息縱向校驗(yàn)碼、幀結(jié)束符組成一幀信息。計(jì)量檢測(cè)接口與另一個(gè)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(guò)中壓載波通道下達(dá)，再傳輸?shù)降蛪狠d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(chǔ)芯片采用24LC512芯片，用來(lái)存儲(chǔ)所有TTU采集的數(shù)據(jù)。24LC512芯片以x8位存儲(chǔ)器進(jìn)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(duì)LCM12864ZK進(jìn)行串行控制，并對(duì)系統(tǒng)功能的結(jié)果進(jìn)行顯示。

4 配電變壓器監(jiān)測(cè)終端軟件設(shè)計(jì)

在軟件設(shè)計(jì)中，編程采用ADS集成開(kāi)發(fā)環(huán)境。系統(tǒng)通電后開(kāi)始初始化程序：校正ATT7022B芯片把校正參數(shù)寫(xiě)入24LC512芯片，再進(jìn)行依次啟動(dòng)，使用校正參數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，判斷數(shù)據(jù)中心是否配置配電變壓器額定參數(shù)后，采集參數(shù)、處理數(shù)據(jù)、打包發(fā)送等程序開(kāi)始運(yùn)行。系統(tǒng)初始化后進(jìn)入（下轉(zhuǎn)第62頁(yè)）（上接第59頁(yè)）正常工作模式：查看數(shù)據(jù)端報(bào)送的數(shù)據(jù)信息，包括配電變壓器的額定參數(shù)、報(bào)警限值、報(bào)警時(shí)間等；收到相關(guān)數(shù)據(jù)信息后，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集開(kāi)始運(yùn)行；采集數(shù)據(jù)時(shí)，每分鐘采集1次參數(shù)，經(jīng)過(guò)分析計(jì)算后，把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到24LC512；判斷是否有報(bào)警消息，如果有報(bào)警信息，發(fā)出保護(hù)信號(hào)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(bào)送配電主站，并記錄發(fā)生故障時(shí)間。終端LCD顯示器上能夠顯示每次數(shù)據(jù)采集的情況。

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