在電力變壓器監測中嵌入系統的應用探究

馮海清　楊逸晴　盧志鵬　惠杰

摘 要：想要保證電力系統運行的穩定性與可靠程度，前提是要監測電力設備的狀態并且診斷出現的故障，這也是在研究智能電網方面的重點內容。本文針對電力變壓器從其實用性出發，將嵌入式系統采用進來進行了在線狀態監測系統的設計，提供了相應的工作原理、參數等。

關鍵詞：嵌入式系統；電力變壓器；監測

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.09.129

在近十年間監測電力設備的狀態以及故障診斷成為了重點關注和進行研究的領域，只有做好這個前提才能為電力系統運行的可靠性和穩定性提供保障，對于智能電網的研究工作來說這也是一個重要內容。發電機、勵磁、水輪機以及繼電保護裝置都是電力系統中的組成部分，對于這些部分均實現了狀態的監測以及診斷故障，但是電力變壓器卻沒有被規劃進狀態監測的范圍內，同時也沒有進行預警以及故障診斷。

1 電力設備運行狀態監測系統

在電力設備運行的過程中需要對其狀態進行監控，具體工作內容包括記錄設備的運行狀態、分類記錄數據并進行評估，在日后需要對設備進行維護的時候，可以使用這些記錄作為依據采取適當的對策，保證收集到的設備運行資料是真實并且完整的，作為依據來進行后續的故障分析和診斷，保證故障預防和處理的科學程度，具體包含以下內容：

（1）將設備運行狀態下的資料和收據收集起來，形成設備運行歷史檔案；

（2）初步判斷設備的狀態是正常運行還是出現了異常，然后結合歷史檔案、呈現出來的故障特征、運行的具體狀態以及征兆來對故障的性質和等級進行判斷；

（3）評估設備的運行狀態并且進行分類，以此為依據來進行設備的檢修。

在線監測電力設備與診斷技術未來的發展趨勢如下：

（1）電力系統的監測將越來越緊密的與前沿高端技術結合在一起：設備診斷技術中會融入更所的通信技術、電力電子相關技術、計算機技術、人工智能技術等，不斷地提高診斷的技術水平；

（2）從單一化的監測發展為群體監測：傳統的目標是在線監測單臺設備，以后會逐漸延伸向整體在線設備的在線監測；

（3）遠程對設備狀態進行監測，同時借助互聯網進行跟蹤：在不斷升級優化設備監測技術的同時，還可以將計算機網絡方面的先進技術結合融入起來，對設備狀態相關參數進行采集，并且將采集到的數據通過移動通信技術來完成遠程的傳送，這樣一來故障就可以集中在一起進行分析并完成故障預警；

（4）聯合監測狀態系統將以及其他系統：如今的信息技術以及傳感技術都得到了極大的發展，自然也變得更加成熟，我們可以將繼電保護系統等與狀態監測系統有機結合起來并保證其有效性，在專家系統和神經網絡等智能化理論的基礎上與負責采集信號、分析數據的進算計技術結合起來作為輔助監測、完善診斷技術，這樣一來就可以進一步提高監測電力設備的智能化程度，保證運行狀態監控與故障分析診斷的準確性。

如上文所述，目前對電力設備運行狀態進行監測的技術雖然有很大的發展進步空間，但是目前監測技術還沒有在電力變壓器方面實現覆蓋，本文中提出的系統是監測電力變壓器在線運行狀態的系統，其中采集并處理在線運行參數是利用嵌入式系統實現的，而遠程傳輸數據則是通過移動通信網絡來實現的，通過結合監測預警服務平臺實現聯動，電力變壓器就可以順利的進行故障分析和預警工作。

2 電力變壓器監測系統的結構

2.1 系統結構

在電力變壓器監測中嵌入系統具體的組成部分包括ARM CPU、傳感器、變送器、USB GPRS模塊等。

2.2 工作流程

（1）采集前端數據：溫度、開關的狀態以及電壓或者電流是監測電力變壓器的三種主要參數，其中溫度和電流/電壓屬于模擬量，溫度傳感器可以獲取溫度信號，電壓/電流變送器可以獲得相應的信號；獲取得到的模擬量的取值均是0～5V的電壓信號，最后進入CD4051這個多路轉換電路中，中途會經過LM339這個信號隔離電路，然后再通過LF398采樣保持電路并且進入到A/D轉換器中，模擬信號因此轉變成為了數字信號，然后通過CPU完成數字處理。

開關狀態是開關量信號，首先要對其進行處理去除抖動、整形信號，然后通過開關量信號接受線路，傳送到CPU以后統一完成信號處理工作。

（2）數據處理：采集獲得的開關量以及模擬量通過CPU進行統一的處理和排序，對數據的格式進行標準和規范，以窗口的形式來進行移動保存的操作，同時對采集到的數據進行判斷，確定其是否有異常情況出現，將異常標識添加上去為上傳和處理提供依據。

（3）數據上傳：CPU以數據處理為準，上傳的時候優先那些帶有異常標識的數據，如果數據均沒有帶有異常標識的話，則定時將那些受到的模擬量和開關量信號輪流進行上傳。

（4）數據顯示：顯示電路由LED構成，采集到的溫度值、電壓/電流值等數據輪流顯示在上面。

3 電力變壓器監測系統的實施參數

3.1 軟件參數配置

（1）以實際的采集點來對采集點數進行配置；

（2）通過對參數映射值進行歸一化處理，整定采集參數值；

（3）有連續三次的采集參數超出整定值的范圍就是異常；

（4）整定遠程通信包括配置傳輸通道、配置傳輸優先級以及配置傳輸時間。

3.2 參數的采集工作

（1）對三路溫度的點數進行采集；

（2）對三路的電壓點數進行采集記錄；

（3）采集兩路電流的相關點數；

（4）采集并記錄四路開關量點數。

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