配電變壓器在電力系統中具有設備數量多、需監控范圍廣、監控數據量大、配置分散的特點，需要采集和傳輸的數據量很大，基于GPRS/GSM等2G網絡的監測系統因數據傳輸速率較低已無法滿足對配變進行高質量實時監測的要求。

　　【摘要】本文采用TD-SCDMA(3G)通信技術實現對配電變壓器監測參數的遠程在線傳輸，并利用LabVIEW虛擬儀器技術開發監測主站(上位機)軟件，對配電變壓器運行參數進行分析、處理與顯示，實現資源共享和遠程監測。

　　【關鍵詞】電力工程師論文,TD-SCDMA(3G),LabVIEW,配電變壓器,在線監測

　　引言

　　本文針對電力系統對配電變壓器的監測要求，設計了基于中國移動的TD?SCDMA(3G)通信網絡的配變遠程在線監測系統，借助3G網絡的高速率、高抗干擾性、高頻譜利用率、高靈活性和低成本等優點[1-3]，可全面實現對配電變壓器的運行參數的實時采集和高速傳輸。同時，為滿足對大量的配變運行數據進行分析、處理和信息管理的要求，在上位機中利用美國國家儀器(NI)公司的LabVIEW軟件開發了配變運行參數的數據采集、波形顯示和數據管理系統。

　　1、系統總體結構設計

　　系統由配變監測終端和監測主站(上位機)兩大部分組成，總體結構如圖1所示。監測終端安裝在配電變壓器現場，實現對配電變壓器的三相電參量、變壓器油溫等信號的采集、上傳和就地監測功能，配置于不同地理位置的多個監測終端通過3G通信網絡將監測數據上傳至監測主站;監測主站利用LabVIEW軟件完成人機操作、信號分析、數據顯示、系統管理和給各監測終端發送命令的功能，并兼有數據管理、網絡化監控、資源共享等功能。

　　2、配變監測終端

　　綜合考慮系統對配電變壓器在線監測的精度、速率、穩定性、可靠性、成本等指標要求，以ATmega128單片機為核心，結合三相電參量測量模塊、3G模塊和溫度變送器，設計綜合性能優良的配電遠程監測終端，負責對配電變壓器的三相電參量運行數據以及油溫數據進行采集，并通過3G網絡與監測主站進行雙向數據通信。

　　2.1 三相電參量測量

　　電參量測量選用山東力創科技有限公司的EDA9033D智能型三相電參數綜合采集模塊，配變二次側的三相電信號經PT、CT進行信號調理后接入EDA9033D模塊，該模塊以ARM7嵌入式處理器為核心，可實現對三相電壓、三相電流、有功/無功功率、功率因數、基波有功/無功、諧波有功、基波無功、頻率、正反向有功電量、正反向無功電量等電參數的高精度計量和存儲，電量測量精度達0.5級，數據更新周期最小可達40ms，并具有超限報警和脈沖輸出功能。

　　EDA9033D模塊的工作由ATmega128單片機進行控制，考慮抗電磁干擾和傳輸距離等方面的要求，二者通過RS-485總線進行通信(圖1中ATmega128的串口0經RS-232 TO RS-485轉換電路后與EDA9033D的二線制RS-485接口相連)。ATmega128單片機一方面將監測主站通過3G網絡發送來的控制命令轉換成MODBUS-RTU通訊規約語句后，發送給EDA9033D模塊以設置其測量數據類型、量程、采樣周期、報警上下限、通信速率等工作參數，另一方面將 EDA9033D測量到的配變運行參數通過3G模塊上傳至監測主站，同時，ATmega128配置有LCD觸摸屏，供工作人員在現場與監測終端進行數據讀取、參數設置等人機交互操作。

　　2.2 變壓器油溫測量

　　本系統將Pt100熱電阻插入配變的測溫孔，通過溫度變送器將油溫轉換為1～5V DC標準電壓信號后，由ATmega128單片機使用自帶的10位ADC進行采樣，在對采樣數據進行濾波和非線性校正后計算出配變油溫，并根據監測主站的控制命令將油溫數據上傳至監測主站，以反映運行負荷和環境溫度等參數。

　　2.3 3G通信系統的選擇

　　本系統采用中國移動TD-SCDMA(3G)標準的CM8250P模塊(廈門才茂通信科技有限公司產品)作為連接監測終端和監測主站的通信節點。

　　在設計中采用了配變監測終端與監測中心(上位機)間通過TD-SCDMA(3G)網絡與Internet網結合的組網方案。配變監測終端中的 ATmega128主控制器通過RS-232串口(圖1中的串口1)與CM8250P(3G)模塊連接，利用CM8250P登陸3G網絡，再與連接在 Internet的網上監測主站建立連接，然后將采集到的配變三相電參量和油溫數據經3G網絡上傳至監測中心。為提高通信的可靠性和穩定性，監測中心配置為公網固定IP，同時，為簡化軟件設計，監測主站使用TCP2COM軟件將CM8250P模塊上傳的TCP數據轉換為虛擬串口COM數據，在 LabVIEW虛擬儀器軟件應用VISA串口讀寫工具進行串口讀寫。監測主站下發的控制命令也是利用TD-SCDMA網絡經CM8250P模塊發送給監測終端。

　　3、監測主站設計

　　LabVIEW是美國NI公司推出的一款基于PC平臺的圖形化編程開發環境，擁有豐富的函數庫和工具包，支持常用的網絡協議，具備強大的數據采集、信號處理、可視化分析和網絡化測控功能。利用LabVIEW開發虛擬儀器，具有開發時間短、成本低、功能靈活、可移植性強等優點，已在電力系統測控領域得到廣泛應用[4-6]。本系統基于LabVIEW開發配電變壓器監測主站軟件，主要完成配變數據的讀取與顯示、數據分析、數據庫管理等功能

　　3.1 配電變壓器監測數據的讀取與波形顯示

　　利用LabVIEW的VISA工具模板中的 VISA configure Serial Port.vi配置好串口參數后，即可利用VISA 讀取.vi獲取經虛擬串口COM中上傳的配變監測數據。監控終端上傳的數據幀格式為“01 03 00 gg hh ii jj kk An data1 data2 data3 data4 data5 data6”，共15個字節，其中gg、hh、ii、jj、kk等5個字節根據讀取的三相電參量的通訊規約來確定。An中的n范圍為1～C，對應需監測的十二組數據，上位機能根據該字節判斷本數據幀對應哪組參數，data1～data6則為真正要處理和顯示的數據，配變三相電參量的數據是以補碼形式上傳的，需要轉換為原碼之后才能進行顯示，例如，三相有功功率數據讀取和處理顯示的程序框圖如圖2所示。 　　在監控界面中使用9個波形圖表模板顯示三相電參量曲線，界面如圖3所示。

　　監測主站還通過自定義的通信協議，向監測終端發送控制命令，設置監測終端的數據采集與上傳周期、數據類型等參數，控制命令數據幀格式為“EB 0B x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 91”共11個字節，其中EB為起始字節，0B為幀長度，x1為數據上傳與否的控制位，x2為數據采集的周期設定參數，當x2為00、01、02、03 時，數據采集上傳周期分別為1s、2s、5s、10s;x8為通信協議的校驗和，監測終端命令幀的 x8=0B+x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7，則說明接收到的命令數據無誤。

　　監測主站不僅能對變壓器運行參數進行實時監測，還可以利用LabVIEW的數據分析模板，通過對數據進行分析實現故障報警、異常事件診斷與處理等功能。

　　配變監測數據查詢界面如圖4所示。

　　4、結束語

　　本系統基于3G通信技術，實現對配變電壓器的運行參數的實時在線監測，并利用功能強大的LabVIEW虛擬儀器技術構建監測主站，相對于傳統的配變監測儀器具有成本低、功能靈活的優點，能隨時監測變壓器的工作狀況和相應地分析實時運行數據對突發事故進行預測，避免惡性事故發生。

　　參考文獻

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