配電變壓器遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設計研究

吳羅海

摘要：運維人員巡視過程中監(jiān)測配變溫度是一項重要工作，在配電網(wǎng)中配電變壓器數(shù)量多、分布廣，利用移動通訊網(wǎng)絡開發(fā)一套監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對配電變壓器溫度的監(jiān)測對提高設備運維水平具有積極意義。文章提出一種基于GPRS的配電變壓器溫度遠程監(jiān)測系統(tǒng)，通過GPRS進行數(shù)據(jù)的無線傳輸，利用LabVIEW開發(fā)上位機監(jiān)控系統(tǒng)，該設計方案簡單、實用可靠。

關(guān)鍵詞：溫度監(jiān)測；GPRS；LabVIEW；配電變壓器；遠程監(jiān)測 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM421 文章編號：1009-2374（2016）29-0011-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.29.005

1 概述

配電變壓器是直接給低壓用戶分配電能的設備，其運行狀態(tài)是配電網(wǎng)正常運行的重要數(shù)據(jù)。配網(wǎng)班組通過日常巡視和夜巡獲取正在運行中的配電變壓器的溫度，以判斷配電變壓器是否過負荷發(fā)熱等信息。開發(fā)一套由現(xiàn)場采集到遠程顯示的溫度采集系統(tǒng)，以此實現(xiàn)不出工便可獲取配電變壓器的溫度，提高配電人員獲取配電變壓器溫度的工作效率。

2 系統(tǒng)總體設計

2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

配電變壓器遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)主要由溫度采集部分、GPRS模塊、傳輸網(wǎng)絡以及上位機后臺顯示系統(tǒng)組成，其系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

其工作原理為：溫度采集終端的微處理器通過GPRS模塊接入Internet網(wǎng)訪問域名服務器，獲取后臺顯示系統(tǒng)的IP地址并建立連接。微處理器將采集到的溫度數(shù)據(jù)通過TCP/IP協(xié)議上傳到后臺顯示系統(tǒng)，當溫度達到設定值時則發(fā)出告警信號，運行人員在監(jiān)測系統(tǒng)上看到數(shù)據(jù)并采取應對措施。

2.2 溫度采集部分

溫度采集部分是采集利用PT100鉑熱電阻將溫度信號轉(zhuǎn)換成電阻的阻值變化，通過相應的電路裝換成電信號，其溫度采集部分電路原理圖如圖2所示。

通過A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器將代表溫度的模擬電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，通過單片機處理將數(shù)據(jù)傳送到GPRS模塊并發(fā)送給后臺顯示系統(tǒng)。

PT100鉑熱電阻安裝在配電變壓器上，能直接測得配電變壓器的溫度，實現(xiàn)發(fā)熱量箱電信號的轉(zhuǎn)換。這種測溫方法簡單可靠、易于實現(xiàn)且成本較低。

2.3 GPRS無線通信

配電變壓器分布廣，如何將分散的溫度數(shù)據(jù)實時、可靠傳輸是一個關(guān)鍵技術(shù)問題。GPRS網(wǎng)絡覆蓋了絕大部分地區(qū)，支持應用廣泛的IP協(xié)議和X.25協(xié)議，能提供無縫的Internet網(wǎng)連接，可提供最高115kbit/s的傳輸速率，傳輸速度快，能夠提供點對點、點對多的業(yè)務。其分組交換接入時間少于1秒，實現(xiàn)了即時連接，保證了遠程監(jiān)測數(shù)據(jù)的效率，能夠滿足溫度監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需求。GPRS使用交換技術(shù)，無需撥號連接，只有在接收和發(fā)送數(shù)據(jù)時才會占用資源。其計費是根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)流量，而不是根據(jù)傳送時間，對于長期監(jiān)測溫度的應用來說比較合算。GPRS通訊技術(shù)運行成本低，具有良好的實時性，基本不受地域限制。GPRS網(wǎng)絡的建設和維護是由中國移動負責，將其應用在配網(wǎng)運行中能夠節(jié)省大量遠程監(jiān)測網(wǎng)絡建設費用，也免于網(wǎng)絡的日常維護。

GPRS上網(wǎng)先通過配置GPRS modem參數(shù)，初始化后發(fā)送“ATDT”指令連接基站服務器，然后通過LCP配置、PAP/CHAP認證、IPCP配置建立連接。建立簡介后，GPRS模塊就會從移動基站服務器上獲得一個動態(tài)IP地址。GPRS模塊可以在協(xié)議框架中嵌入TCP/IP數(shù)據(jù)向上位機進行數(shù)據(jù)傳輸。由于上位機接收到多個溫度采集終端的數(shù)據(jù)，為了將各終端進行區(qū)分，GPRS模塊需要向上位機發(fā)送自身標志信息。具體步驟為：配置DNS→選擇域名→設定本地端口號→獲得本地IP地址→開始一個TCP連接→模塊返回CONNTCT OK→GPRS模塊與上位機成建立通訊聯(lián)系→發(fā)送采集的溫度數(shù)據(jù)。

2.4 上位機后臺顯示系統(tǒng)

后臺顯示系統(tǒng)是利用LabVIEW編寫一個后臺應用軟件，將溫度采集部分發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進行處理、顯示、存儲及比較，通過設定定值的方式，來判斷采集溫度是否超出定值，如果超出則發(fā)送告警信號給運行人員，以便運行人員快捷地采取措施，維護設備。其系統(tǒng)流程圖如圖3所示：

LabVIEW是基于對象開發(fā)系統(tǒng)，使用可視化技術(shù)建立人機界面，該軟件能夠提供虛擬儀器面板，在測試、測量、控制領(lǐng)域能起到良好的應用效果。在軟件運行界面，可選擇不同的溫度采集終端，顯示各溫度采集終端的IP地址。這個地址是各溫度采集終端的GPRS模塊接入Internet網(wǎng)絡時隨機分配的IP地址。后臺顯示系統(tǒng)功過TCP協(xié)議與溫度采集終端建立通訊。運行界面中設置指示燈查看上位機實時TCP連接狀態(tài)，綠色表示連接正常，紅色表示連接斷開。運行界面中的數(shù)據(jù)是當前時刻某溫度采集終端通過GPRS模塊發(fā)送給上位機的溫度數(shù)據(jù)。系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)庫部分，所有數(shù)據(jù)會存儲在數(shù)據(jù)庫對應的表中，在需要查詢數(shù)據(jù)記錄時，可以讀取表內(nèi)的數(shù)據(jù)。溫度高告警的設計不僅通過檢測系統(tǒng)顯示屏上的指示燈顯示，同時發(fā)出蜂鳴聲，并彈出對話框提醒工作人員注意，經(jīng)過查看后判斷是否需要到發(fā)出告警信號的配電變壓器現(xiàn)場進行檢修處理。當運行人員發(fā)現(xiàn)告警對話框并確認后，蜂鳴聲停止，告警燈在溫度過高時依然常亮，當對應配電變壓器溫度降到設定值之下時，信號燈滅。

3 應用前景

在湛江局配網(wǎng)系統(tǒng)的所有配電變壓器都裝上測溫裝置，并在區(qū)局配電運行班組裝設后臺機，做到實時監(jiān)控臺變溫度，方便配電變壓器負荷過大時，運行人員進行轉(zhuǎn)負荷操作，同時不必再進行夜間巡視工作，只需在采集后臺觀測數(shù)據(jù)即可。減輕運行人員的工作負擔，同時減少出車次數(shù)和人員配置，從而達到減少支出提高經(jīng)濟效益的目的。

4 結(jié)語

本文闡述了綜合運用GPRS、LabVIEW的配電變壓器遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)的設計方案。該方案結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟實用、運行可靠，能夠?qū)崟r采集到分散分布的配電變壓器的溫度數(shù)據(jù)，同時對數(shù)據(jù)進行顯示和存儲。當溫度過高超過設定值時，具有自動告警功能。整個監(jiān)測系統(tǒng)自動化程度高、使用方便。

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（責任編輯：黃銀芳）