基于GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

1、引言

配電變壓器是聯(lián)系電網(wǎng)和用戶的基礎(chǔ)，它的運(yùn)行狀況直接關(guān)系到用戶能否可靠的使用電 能，因此有必要對(duì)它進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控．目前國(guó)內(nèi)已出現(xiàn)的配變數(shù)據(jù)采集通信主要有 有線與無(wú)線兩種方式．有線通信方式有電話線、電力線載波和光纖等，它們存在通信易受干 擾、可靠性低等缺點(diǎn)，難以普及，而無(wú)線電臺(tái)通信方式由于需要進(jìn)行主站建設(shè)，費(fèi)用較高．隨 著無(wú)線通信技術(shù)與通信網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，特別是基于GSM數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的GPRS技術(shù)的成熟，為配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供了新的通信方式．

本文提出了一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，解決了配變參數(shù)遠(yuǎn)程傳 輸問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)負(fù)荷監(jiān)測(cè)的功能．并基于ARM 控制器設(shè)計(jì)了一種先進(jìn)的配 變監(jiān)測(cè)器，為電力部門(mén)的專業(yè)分析(如負(fù)荷預(yù)測(cè)、線損分析、故障判斷、用電質(zhì)量等)提供實(shí) 時(shí)數(shù)據(jù)，進(jìn)而提高了配電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性．

2、GPRS 通信技術(shù)

通用分組無(wú)線業(yè)務(wù) (General Packet Radio Service，GPRS)是在現(xiàn)有的GSM數(shù)字移動(dòng)通 信系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種移動(dòng)分組業(yè)務(wù)，它采用分組交換技術(shù)，提供端到端的、廣域的無(wú)線IP連接，與GSM 的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式相比，GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻 繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸．它的主要技術(shù)特點(diǎn)有：

(1)傳輸速率高．GPRS采用了4種不同的編碼方式：CS-l～CS-4，每個(gè)用戶最多可同時(shí)使 用8個(gè)時(shí)隙，最高理論速度為l71.2kbps的傳輸速率．

(2)實(shí)時(shí)在線．即使沒(méi)有數(shù)據(jù)需要傳送，仍一直與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)接，處于“一直在線”狀 態(tài)．

(3)GPRS的核心網(wǎng)絡(luò)層采用IP技術(shù)，提供了與現(xiàn)有數(shù)據(jù)網(wǎng)的無(wú)縫連接．

(4)費(fèi)用低．在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面只須沿用現(xiàn)有的GSM 網(wǎng)絡(luò)來(lái)發(fā)展即可，由于數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)分組 發(fā)送和接收，系統(tǒng)通常按流量計(jì)費(fèi)，用戶可以總是在線，服務(wù)成本低．

（5）網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍很廣．

GPRS的用途十分廣泛，包括通過(guò)手機(jī)發(fā)送及接收電子郵件，在互聯(lián)網(wǎng)上瀏覽數(shù)據(jù)等．將 GPRS應(yīng)用于配變監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可以滿足配變監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性的要求，而且節(jié)約成 本，實(shí)現(xiàn)靈活方便．

3、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)由監(jiān)控終端、GPRS通信網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心站構(gòu)成，如圖1所示．變壓器監(jiān)控終端安裝 在變壓器現(xiàn)場(chǎng)，采集變壓器二次端的電氣參數(shù)和一些開(kāi)關(guān)量，通過(guò)GPRS modem定時(shí)上傳采集 信息到位于變電所的監(jiān)控中心站，當(dāng)變壓器三相電力參數(shù)出現(xiàn)異常立即向中心站上傳報(bào)警信 息；同時(shí)，當(dāng)中心站發(fā)送控制命令到監(jiān)控終端，監(jiān)控終端通過(guò)GPRS modem接收命令，可以控 制變壓器的一些開(kāi)關(guān)量．GPRS網(wǎng)絡(luò)是監(jiān)控終端與中心站通信的橋梁，監(jiān)控終端的采集信息和 報(bào)警信息上傳，中心站控制命令下達(dá)都是通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無(wú)線通信．GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet 網(wǎng)是無(wú)縫鏈接的，中心站借助ADSL 專線接入Internet從而進(jìn)入GPRS網(wǎng)絡(luò)，一方面與監(jiān)控終 端雙向通信，另一方面提供了一個(gè)可視化界面，讓用戶足不出戶了解遠(yuǎn)方變壓器的運(yùn)行狀 況．當(dāng)變壓器出現(xiàn)報(bào)警信息，中心站可以及時(shí)得知并通知就近值班員排除故障，大大縮短故 障排除時(shí)間，提高配電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性和安全性．

圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

4 配電變壓器監(jiān)控終端硬件組成及原理

監(jiān)控終端是系統(tǒng)的核心部件，其主要作用有：

（1）過(guò)流保護(hù)：實(shí)現(xiàn)了對(duì)配變的過(guò)流保護(hù)，保證了供電的可靠性；

（2）遠(yuǎn)程通信：實(shí)現(xiàn)終端的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸；

（3）采集模擬量：實(shí)現(xiàn)采集三相電壓和三相電流；

（4）抄表：抄取電子電度表的電度示值．

配電監(jiān)控終端是由ARM 處理器、鐵電存儲(chǔ)器、跳閘合閘繼電器、抄表RS485 模塊、按 鍵、顯示模塊、電能AD 芯片ATT7022B、GPRS 模塊以及抄表RS485 模塊組成．其方框圖如圖2所示．

圖2：配變終端原理框

ARM 處理器通過(guò)SPI 接口讀取ATT7022B 內(nèi)部的數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，將所取得的數(shù)據(jù)和通 過(guò)RS485 模塊讀取的電度表的電度示值存入鐵電存儲(chǔ)器，并每隔一段時(shí)間由GPRS 模塊把數(shù) 據(jù)發(fā)送到主站服務(wù)器．ARM 處理器通過(guò)AD 的數(shù)據(jù)判斷是否過(guò)流保護(hù)產(chǎn)生跳合閘信號(hào)保護(hù)配 電變壓器，并將報(bào)警通過(guò)GPRS 模塊發(fā)送主站．