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配电变压器参数的GPRS网络远程监测系统

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:主要介绍一种基于GSM网络的GPRS网络通信技术实现的变压器负荷监测系统,通过GPRS网络实现变压器参数的远程监测。该系统具有建网方便、无需布线和几乎不受区域限制,一次性投资少,日常运行费用低等特点。

    关键词:GPRS Modem 单片机系统 远程监测 AT命令集

随着无线通信技术的不断提高,利用移动运营商提供的无线网络实现配电网数据采集和监控SCADA,是电力系统现代化的一个重要发展方向。由于GSM网络的通信技术已经成熟,覆盖面又广,利用GSM无线通信方式来实现变压器参数的实时采集,无疑是对现有资源的最大利用。最重要的是GSM网络是由移动运营商投控系统,可以节省数以千亿计的导线材料及人工费用,达到环保、节能、资源最大共享的目的,而且免除了网络的日常修改和维护工作,最大限度地节省了投资。无论何时何地,只要有一部电脑和可以上网的电话线就能实现对各地变压器进行监控;如果配备GPRS(General Packet Radio Service,通用无线分组业务)无线Modem,使能实现,便能实现移动监控。本系统用基于GPRS网络通信技术和网络微处理器技术相结合的方法,解决变压器参数远程传输问题,实现及时报警、实时数据采集和实时负荷监测的功能。其意义在于:通过监视变压器的运行状况,优化配网运行方式;发生故障或异常运行时,迅速报警,及时恢复正常供电,减少停电时间,保证变压器的安全运行;记录电压越限时间,计算电压合格率,从而合理控制电平水平,改善供电质量。

1 系统结构

本系统由现场变压器三相电力参数采集、GPRS通信网络和监测中心上位机软件三大部分构成。变压器三相电力参数采集安装在变压器现场,通过电压互感器(PT)和电流互感器(CT)对变压器二次端的电气参数进行采集监测;同时,分析、记录采集数据供电位机查询,并在变压器三相电力参数出现异常事件时主动上传告警信息。GPRS通信网络是监测中心与现场变压器之间的数据传输的桥梁,通过GPRS网络使现场变压器的相关参数能够主时传送到监测中心计算机;监测中心软件一方面通过GPRS网络与现场监测器进行双向通信,另一方面为用户提供一个可视化界面,让用户足不出户即可了解远方变压器相对实时的运行状况。与现场GPRS无线Modem相对应,监测中心计算机必须借助GPRS无线Modem拨号进行GPRS网络,方可与现场监测器进行远程通信。系统结构如图1所示。
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    变压器三相电力参数采集包括两大部分。一是电力参数采集模块,对变压器三相电气参数进行实时采集;同时存储历史数据,以便监测中心要了解变压器的电压、电流、功率等电参数质量时,可以通过预先设定的查询历史数据命令获取,然后通过监测中心软件分析形成曲线报表等。二是智能监测与GPRS通信管理模块。该模块监测与分析采集模块送出的实时参数,如果发现电压电流超限或断电来电,则启动GPRS通信模块的监测中心发送报警信息;当上位机软件发起通信请求时,还要负责握手和建立通信链路。

监测中心软件为用户提供一个可视化的监测界面。该监测界面采用多级电子地图的形式,让用户直观、方便、快捷地了解变压器的运行状态。通过此界面,用户可以及时发现变压器出现的故障。譬如,某变压器A相电压过大,则在电子地图中该变压器处出现闪烁亮点,提示用户该变压器出现警情,并伴有声音报警。用户可以点击变压器图标处查看告警详细内容;同时,用户通过查询历史数据库,可以调出变压器的历史运行状态曲线,从而预测变压器的负荷情况。

2 系统硬件

2.1 总体结构

变压器参数远程监测器以单片机系统为中心,配合电力远动采集功能模块和GPRS Modem通信模块,解决变压器参数远程传输问题,实现及时报警、实时数据采集和实时监测的功能。硬件结构如图2所示。

单片机系统采用主从结构,主处理器W78E58B通过串行口与负责三相电力参数采集的从处理器80C196进行通信。通信数据帧采用ModBus协议的数据帧格式。为为防止GPRS无线通信带来的干扰,所有的数据帧后两位字节都是CRC-16校验码。主处理器定时获得从处理器80C196送上来的变压器实时参数,包括三相电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因素、总有功电度、总无功电度、频率、实时时间。同时,该单片机系统还负责分析变压器的运行状态并作记录,通过实测值不断与最新记录比较的方法,得到电压、电流的一天最大最小值记录;通过实测值与预先设置好的报警阀值进行实时比较,如果得到越限报警记录,主处理器通过控制GPRS调制解调器主动向管理中心发出通信请求,管理中心应答后将数据送出。管理中心对收到的数据包解包后进行CRC-16校验,得到正确数据后

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