嵌入式系統在電力變壓器監(jiān)測中的應用
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電力設備在線運行狀態(tài)監(jiān)測指對設備的運行狀態(tài)進行記錄、分類和評估，它為設備維護、維修提供決策依據，為設備積累完整和真實的運行記錄資料，為故障分析和診斷提供真實依據，為故障預防和處理提供科學依據，它包括以下任務：
(1)積累設備運行情況資料和數據,建立設備運行的歷史檔案；
(2)對設備運行狀態(tài)處于正?；虍惓Ｗ龀龀醪脚袛啵鶕v史檔案、運行狀態(tài)等級和已出現的故障特征及征兆初步判斷故障的性質和程度；
(3)對設備的運行狀態(tài)進行評估，并對評估進行分類，為設備檢修的實施提供依據。
電力設備在線監(jiān)測與診斷技術發(fā)展趨勢是：
(1)電力系統監(jiān)測與前沿性技術成果緊密結合：將計算機技術、通信技術、人工智能技術、電力電子技術與設備診斷技術結合起來,使診斷技術不斷提高；
(2)單一化向群體監(jiān)測發(fā)展：由以單臺設備為目標的在線監(jiān)測向整體在線設備的監(jiān)測延伸；
(3)設備狀態(tài)的遠程監(jiān)測和網絡化跟蹤：將設備監(jiān)測技術與計算機網絡技術相結合，在設備狀態(tài)參數采集后，采用移動通信技術遠程傳送數據，集中進行故障分析和故障預警；
(4)狀態(tài)監(jiān)測系統與其他系統聯網、集成：隨著傳感技術和信息技術的日益成熟，將狀態(tài)監(jiān)測系統與繼電保護等系統有機結合，在智能化理論(如神經網絡和專家系統)的基礎上結合信號采集、數據分析為主的計算機輔助監(jiān)測和診斷技術，電力設備狀態(tài)監(jiān)測與故障分析診斷必將進入智能化的新時代。
根據上述電力設備在線運行狀態(tài)監(jiān)測技術和發(fā)展趨勢，結合監(jiān)測技術未涉足電力變壓器的現狀，本文針對電力變壓器，提出了在線運行狀態(tài)監(jiān)測系統，利用嵌入式系統實現了在線運行參數的采集處理[2-3]，通過移動通信網絡實現數據遠程傳輸，并結合“電力設備在線監(jiān)測預警服務平臺[4]”，實現電力變壓器的故障分析和預警服務。
1 電力變壓器監(jiān)測系統結構
1.1 系統結構
利用嵌入式系統實現的電力變壓器在線監(jiān)測系統結構如圖1所示，系統由傳感器、變送器、ARM9 CPU、RF發(fā)射模塊（USB GPRS 模塊）等組成。
1.2 工作流程
圖2給出了電力變壓器在線監(jiān)測系統的部分電路。
(1)前端數據采集：電力變壓器的監(jiān)測參數包括溫度、電壓/電流和開關狀態(tài)三類參數，其中溫度和電壓/電流為模擬量，溫度信號通過溫度傳感器獲取，電流/電壓信號通過電流/電壓變送器獲??；模擬量獲取后的取值均為0~5 V的電壓信號，均經過信號隔離電路LM339后輸入到多路轉換電路CD4051，之后經由采樣保持電路LF398，輸入到A/D轉換器，將獲取的模擬信號轉換為數字信號，然后由CPU進行數字處理；開關狀態(tài)為開關量信號，通過去抖和整形信號處理后，交由開關量信號接收電路送至CPU，然后由CPU進行統一地信號處理。
(2)數據處理：CPU對采集的模擬量和開關量進行排序和歸一化處理，形成標準的數據格式，并按窗口方式進行移動保存，同時對采集數據進行異常判斷，加注異常標識，以便優(yōu)先上傳和處理。
(3)數據上傳：CPU根據數據處理的結果，通過標準USB接口電路和帶USB接口的射頻電路(USB GPRS模塊)，優(yōu)先上傳帶有異常標識的數據，在沒有異常標識的情況下，定時輪流上傳模擬量和開關量信號。
(4)數據顯示：通過LED構成的顯示電路，在LED上輪流顯示采集的溫度值、電壓/電流值。
(5)配置管理：通過RS485接口電路接受遠程配置管理，包括采集數據整定值、數據保存窗口大小、異常數據閥值、上傳數據格式、上傳信號通道配置、上傳信號時間配置等。
2 電力變壓器監(jiān)測系統實施參數
2.1 系統實施參數
(1)CPU：(ARM9)AT91RM900，主頻266 MHz；
(2)A/D轉換：12 bit；
(3)操作系統：嵌入式Linux；
(4)多路轉換開關：CD4051，8路；
(5)模擬量：支持8路；
(6)開關量：支持8路；
(7)RF模塊：采用移動網絡(GSM)的USB GPRS接口模塊；
(8)遠程通信接口：RS485，用于系統配置；
(9)顯示：2×6 bit LED。
2.2 軟件參數配置
(1)采集點數配置：根據實際采集點配置采集點數；
(2)采集參數值整定：歸一化參數映射值；
(3)異常整定：采集參數連續(xù)3次超過整定值，即為異常；
(4)遠程通信整定：包括傳輸通道配置、傳輸時間配置、傳輸優(yōu)先級別配置。
2.3 采集參數
(1)溫度采集點數：3路；
(2)電壓采集點數：3路；
(3)電流采集點數：2路；
(4)開關量采集點數：4路。
本文給出的針對電力變壓器的監(jiān)測系統，可以擴展應用于其他的電力設備，例如箱式變電站、高壓開關柜等尚未進行監(jiān)測的電力設備。其中的模擬量采集信號可以進行擴充，達到32路，開關量采集信號可以達到16路。為了保證系統的抗干擾性，本文設計的監(jiān)測系統采用高抗干擾性能的USB GPRS模塊，并采用信號監(jiān)測及返回校驗和看門狗，保證遠程傳輸的可靠性。并采用相應的電磁屏蔽方式，對系統中的核心部件進行屏蔽處理。
參考文獻
[1] 許振山，劉崢嶸，張智超，等.嵌入式Linux開發(fā)應用詳解[M].北京：北京機械工業(yè)出版社，2004.
[2] 程玲.電力系統設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[J].水電廠自動化，2008，29(3)：67-68，75.
[3] 劉偉明，陳建元.嵌入式電能質量監(jiān)測裝置的設計與實 現[J].電子測量技術，2008，31(11)：164-167.
[4] 劉婭琴，聶為清.電力設備在線監(jiān)測預警服務平臺[D].2009年中國嵌入式系統年會會議論文，2009.
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