學院配電系統運行數據監測系統

張君慧

學院配電系統運行數據監測系統

張君慧

張君慧 孫紅亮

山東工業職業學院電氣工程系

概述

我院目前有三個相互獨立的變配電室，由于維護人員短缺，沒有專門的24小時值守人員，當發生部分停電事故時，值班維修人員不能及時掌握情況。為此設計一個運行監測系統，當變配電室出現線路停電，電流超過預警值時，通過無線發送短信到指定手機，以便于維護維修人員及時做出反應。系統主要包括：停電監測若干回路，需要監測電流預警值的若干回路，實時時鐘，無線模塊，GPRS模塊等。可以將數據存入監測計算機，實現運行狀況的長期記錄。

整個學院配電系統運行監測系統的總體框圖如圖1所示，是由n個監測單元和一個主控單元組成。

圖1 學院配電系統運行監測系統的總體框圖

我們分別介紹監測單元和主控單元的組成和各部分組成的作用，我們首先看監測單元的組成，如圖2所示，主控單元的框圖如圖3所示。

圖2 監測單元框圖

圖3 主控單元

在圖2監測單元框圖中，電壓監測系統輸入交流電源380v，將380v交流電轉換成直流電：一方面轉換成3.3v的直流電供給單片機STM8S主控芯片，一方面轉換成3.6～4.2v的直流電給鋰電池充電。此監測系統負荷電流監測是通過霍爾電流互感器將大電流轉換成小電流，并通過電流/電壓變換電路將電流信號轉換成電壓信號，此輸出電壓信號送到單片機的主控芯片中。

主控芯片將監測的信息通過SPI接口送入NRF24L01無線數傳模塊，將信息發給主控單元。

在主控單元中，整個供電系統是220v交流電轉換的直流電，一方面給主控系統供電，一方面給鋰電池充電，以供故障斷電時鋰電池放電，維持整個主控單元的正常運行。單片機的主控芯片還是采用STM8S103。可以在按鍵上設置系統時鐘、每個回路報警電流值（上限值）、設置短信發送號碼或瀏覽歷史記錄（故障電流發生時間、斷電時間、斷電次數等等），這些信息可以在顯示屏12846進行顯示。串口可以連接打印機，GPRS模塊在這里采用中興通訊ME3000_V2模塊，設置發生斷電時將斷電線路、時間通過短信的形式發送到指定的手機號上，以便設備與儀表維修人員能夠及時進行維修，恢復供電。

電源

供電系統如圖4所示，（a）圖中系統輸入380v交流電，通過阻容降壓電路，再經過二極管的半波整流作用，最終在M1，M2間輸出直流電。

（b）圖中M1，M2是圖（a）輸出的直流電，經過降壓作用，一方面給鋰電池BAT1充電，一方面給U1供電。

圖4 供電系統

檢測單元

檢測單元主要用來檢測供電線路是否發生停電事故，如果發生停電的話，就將停電時間、線路等信息發到指定手機上。其檢測單元框圖如圖5所示。

圖5中將J6兩相交流電在正半周數值不等時，經過降壓限流電阻，將電流限制在10mA以內，電流流過光耦器件，就會在三極管輸出端輸出低電平；當兩相交流電相交或同時出現在下半周時，沒有電流輸出，則三極管的輸出端會持續輸出高電平，這意味著某一線路出現停電事故。

圖5 檢測單元

無線模塊

無線模塊采用NRF24L01無線數傳模塊，該模塊在接收模式下可以接收6路不同通道的數據，每一個數據通道使用不同的地址，但是共用相同的頻道，也就是6個發送端和1個接收端。數據通道0是唯一的一個可以配置為40位自身地址的數據通道。1-5數據通道都為8位自身地址和32位公用地址。所以數據通道都可以設置為增強型ShockBurst模式。

GPRS模塊

本文的通信模塊采用中興通訊ME300_V2模塊，該模塊除工作頻段不同外，在硬件和結構設計上完全兼容，具有語音、短信和數據業務等功能，可以廣泛應用于數據傳輸、無線POS、校園通、無線媒體、醫療監護、車載監控、無線廣告等領域。

模塊提供AT指令接口，模塊通過AT指令可以方便跟外部設備進行通信。AT指令是一個接口標準，它的指令返回值和格式都是固定的。

當線路出現停電事故時，要將具體哪條線路停電及停電時間通過無線模塊傳送到手機上，這就需要通過AT指令進行設置。

短信發送到指定手機號上或SIM卡的某個手機號上，其設置格式如下：

輸入為文本模式

AT+CMGF=1

OK

向手機號13569782212發送內容為ABC的短信

AT+CMGS=“13569782212”〈CR〉

ABC〈Ctrl+Z〉

OK

發送到存在SIM卡上的短信

+CMGW：2；短信被存到記錄2

OK

AT+CMSS=2；發送到存貯在記錄2中的短信

+CMSS：0；發送成功

OK；CMSS返回計數初始值0

結束語

整個監測系統的設計能夠及時準確地反映供電線路的供電和停電現象，并及時反饋到運行維護人員的手機上，對故障線路及時進行維修，減少停電時間，提高了供電的可靠性和準確性。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.029