基于GPRS的配電變壓器遠程集中監測系統設計

張海濤 劉洋 胡欣然

（安徽理工大學安徽淮南232001）

基于GPRS的配電變壓器遠程集中監測系統設計

張海濤 劉洋 胡欣然

（安徽理工大學安徽淮南232001）

本文以配電變壓器所具有的特點，諸如數量眾多、分布廣泛以及實時性強等顯著性特點為出發點，在此基礎上設計了一種以GPRS為支撐基礎的配電變壓器遠程集中監測系統并對其進行設計上的實現。本文針對該項設計的監測系統所對應的總體設計方案以及硬件電路組成兩部分進行重點的介紹。

配電變壓器；GPRS；集中監測系統；ARM

引言

常年以來，供電企業對配電變壓器的監測和管理僅僅是通過人工定期巡查，配電變壓器的運行狀況、負荷變化狀況和損耗情況等僅僅憑目測和估算，勢必會帶來一些不定因素。因此，研究并開發出成本低、維護簡單、穩定性好的配電變壓器遠程集中監測系統是勢在必行的。

1 系統總體設計方案

本文采用GPRS處理方式作為系統數據傳輸接收方式，以此實現遠程實時監控的設計目的。與此同時，該系統進行監測的對象為低壓配電變壓器，以預置的GPRS模塊作為數據從而傳輸到遠端管理部門，為其供配電調控提供可靠參考數據，以科學合理對遠程變壓器運行進行調控。

1.1 配電變壓器監測終端

該終端設備需要以實際需要為基礎對其進行安裝，設計中要求其可獨立運行，并可進行遠程通訊以方便實時監測，因為遠程控制中心需對該設備運行狀況、相關參數進行實時監測并反饋信息，以此及時發現故障、安全隱患等，制定相應策略予以調控。

1.2 GPRS數據通信網絡

GPRS數據通信網絡是數據進行傳輸的通道，其承載遠程控制中心與終端設備之間的信息流，因此通信網絡穩定高效的運行將是系統數據傳輸穩定的保證。配電變壓器的監測終端進行良好運行的第一步是先要對數據展開一系列的采集以及處理，經過初步處理的數據量更小，干擾信息也更少，可以提升預置于遠端設備的GPRS模塊所發送數據的質量和速度，方便遠程控制中心接收。控制中心接收信息后，所發送指令如查詢、控制等命令也需要通過數據網絡進行傳輸，由終端設備接收后執行，從而實施遠程控制。

1.3 配變監測中心

控制中心為系統設計的核心，由核心計算機、UPS電源及數據服務器以及打印機等相關的外圍設備組合而成。一方面配變點的監測中心可以和監測的終端之間保持較好性能的雙向通信，接收相關參數及報警信息等實時變化數據，并由監控人員決策后想監測終端發送控制信號；另一方面，可為監控人員提供穩定、清晰的監控界面，方便進行信息識別，從而對配電變壓器的報警信息、運行狀態、以及參數統計結果等進行實時反應。

2 配變監測終端設計

配電變壓器監測終端保證了整個配電變壓器監測系統的功能實現。該系統主要包括微處理器模塊、模擬信號采集電路模塊、開關量輸入模塊、顯示電路模塊、鍵盤電路模塊、控制輸出電路模塊、存儲電路模塊和數據通信模塊等部分共同組成，相互作用，保證了系統的穩定高效的運行。然而配電監測終端的核心部分采用ARM芯片S3C2430，將其配外部配加合適的外圍電路即可實現各種功能，其硬件原理框圖如圖1所示。

配電變壓器監測終端采用數據和信號采集電路實時的采集系統運行時的各種電力參數和開關狀態等信息。隨之，監測終端將所采集到的數據發送到ARM核心控制器進行數據的計算和處理。一方面進行數據的采集、統計以及處理并進行存儲以備使用；另一方面，根據實時數據的采集以及相關的處理結果對其按功率因數進行補償。與此同時，ARM核心控制器也可以接收來自于監測控制中心的控制指令，從而完成數據的傳輸、控制和系統的成功組網。該人機接口電路主要包括鍵盤和顯示電路，從而用于終端的參數設置、顯示和查詢等功能。數據通信接口主要用于實現終端和監測中心的數據傳輸。控制輸出電路其主要適用于系統無功功率和特殊情況下的開關分合。

圖1 監測終端硬件原理框圖

2.1 ARM微處理器系統

該系統為終端設備核心系統，主要由ARM核心處理器S3C2430以及發揮供電、存儲、復位等功能的相關模塊組成。所用系列內核為ARM920T，采用FBGA形式進行封裝，該系類擁有較豐富的配套內部組件；同時兼具相互獨立的16KB數據Cache和指令Cache，采用MMU虛擬存儲器作為管理模塊、所用驅動器型號為LCD、內存引導時可支持NAND形式，定時器采用PWM形式，數量為4個，該定時器具有實時時鐘IO端口，可采用觸摸屏方式進行設備接入，另外配置有SPI接口，和USB接口，分別有兩個接口，同時配置了8路10位的ADC模塊。

2.2 模擬信號采集電路

本文所用采集電路以工業級AD7656為模數核心轉換芯片，采用集成模塊設計，具有6個可獨立采樣的ADC模塊，并設置有可供參考電壓的BUFF。各路ADC均為16位，6個信息通道同時進行云錯，同步轉換速度不低于250KSPS，可以較好的滿足信號采集的速率要求。

2.3 數據通訊電路

通訊模塊采用MC35i，為雙頻模塊，可同時支持GSM及GPRS通信業務。該信息處理模塊由射頻裝置、基帶處理器以及內部FLASH和SDRAM等組成，并配置有匹配電源。GSM基帶處理器是系統核心功能實現的中心模塊，可進行協議轉換，從而處理來自于外部系統的指令，該指令通常以串口形式發送。GSM模塊上的射頻天線主要用于信號的調制和解調，并且是基于外部射頻信號和內部基帶處理器之間的信號轉換模塊。匹配電源則為處理器和射頻部分所提供的需求電源。

3 系統軟件設計

本文設計的GPRS的配電變壓器遠程監測系統主要由路由節點、協調器節點和終端節點這三部分有機組成。其中路由節點起到協調作用，發揮管理網絡連接及控制數據轉換的功能。為提供完整路由協議，同時保證應用層具備充分的透明性，本文所研究的軟件進行了協議棧移植，添加了Z－Stack協議棧。本設計所對應的程序開發任務出發點為Z－Stack協議棧，在此基礎上設計了配套的協調器節點和路由器節點，完成對該部分系統模塊的程序設計。

設計完成后，進行了測試。測試結果顯示該網絡可以較好的完成相關參數及運行狀態數據采集，所測數據與實地檢測一致，同時數據傳輸狀況良好，協調器節點完整的接收到由無線傳感網絡發送的信息。表明本文所設計無線傳感網絡運行正常，并符合該系統工作環境要求，可以穩定工作。

4 結論

本文以配電變壓器側的監測需求以及管理需求為出發點，進而進行先進GPRS數據傳輸技術、電力監測技術以及ARM綜合監測技術的融合式設計，最終形成以GPRS為基礎的配電變壓器的遠程集中監測系統的設計。該系統具有運行維護方便、投資成本低、穩定性好等特點。為提高供電的質量和可靠性發揮著及其重要的作用，在電力及其相關行業具有非常廣闊的應用前景。

[1]張義華，張曙光，宋慧欣.基于GPRS技術的配電變壓器遠程監測系統的設計[J].科技信息，2010，13：353+352.

[2]高志強.基于GPRS的配電變壓器遠程監測系統設計[D].山東理工大學，2007.

[3]王涵.杭州市基于4G網絡配電變壓器遠程監測系統的設計[D].華北電力大學，2014.

TM421

A

1004-7344（2016）28-0088-02

2016-9-23

張海濤（1986-），男，碩士在讀，在安徽理工大學就讀電氣工程專業。

劉洋（1987-），男，碩士在讀，在安徽理工大學就讀電氣工程專業。胡欣然（1987-），男，碩士在讀，在安徽理工大學就讀電氣工程專業。