基于GPRS通信的配變遠程監控系統方案設計

1、引言

　　配電變壓器是聯(lián)系電網(wǎng)和用戶(hù)的基礎，它的運行狀況直接關(guān)系到用戶(hù)能否可靠的使用電 能，因此有必要對它進(jìn)行數據采集和實(shí)時(shí)監控．目前國內已出現的配變數據采集通信主要有 有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)兩種方式．有線(xiàn)通信方式有電話(huà)線(xiàn)、電力線(xiàn)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(xiàn)電臺通信方式由于需要進(jìn)行主站建設，費用較高．隨 著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)與通信網(wǎng)絡(luò )的迅速發(fā)展，特別是基于GSM數字移動(dòng)通信系統的GPRS技術(shù)的成熟，為配變監測系統提供了新的通信方式．

　　本文提出了一種基于GPRS網(wǎng)絡(luò )的配變遠程監控系統的設計方案，解決了配變參數遠程傳 輸問(wèn)題，實(shí)現實(shí)時(shí)數據采集和實(shí)時(shí)負荷監測的功能．并基于ARM 控制器設計了一種先進(jìn)的配 變監測器，為電力部門(mén)的專(zhuān)業(yè)分析(如負荷預測、線(xiàn)損分析、故障判斷、用電質(zhì)量等)提供實(shí) 時(shí)數據，進(jìn)而提高了配電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性和安全性．

　　2、GPRS 通信技術(shù)

　　通用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù) (General Packet Radio Service，GPRS)是在現有的GSM數字移動(dòng)通 信系統基礎上發(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(xiàn)IP連接，與GSM 的電路交換數據傳送方式相比，GPRS特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻 繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸．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(hù)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(xiàn)．即使沒(méi)有數據需要傳送，仍一直與網(wǎng)絡(luò )保持聯(lián)接，處于“一直在線(xiàn)”狀 態(tài)．

　　(3)GPRS的核心網(wǎng)絡(luò )層采用IP技術(shù)，提供了與現有數據網(wǎng)的無(wú)縫連接．

　　(4)費用低．在網(wǎng)絡(luò )建設方面只須沿用現有的GSM 網(wǎng)絡(luò )來(lái)發(fā)展即可，由于數據實(shí)現分組 發(fā)送和接收，系統通常按流量計費，用戶(hù)可以總是在線(xiàn)，服務(wù)成本低．

　?。?）網(wǎng)絡(luò )的覆蓋范圍很廣．

　　GPRS的用途十分廣泛，包括通過(guò)手機發(fā)送及接收電子郵件，在互聯(lián)網(wǎng)上瀏覽數據等．將 GPRS應用于配變監控系統，不僅可以滿(mǎn)足配變監控系統數據傳輸實(shí)時(shí)性的要求，而且節約成 本，實(shí)現靈活方便．

　　3、系統結構

　　系統由監控終端、GPRS通信網(wǎng)絡(luò )和監控中心站構成，如圖1所示．變壓器監控終端安裝 在變壓器現場(chǎng)，采集變壓器二次端的電氣參數和一些開(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控中心站，當變壓器三相電力參數出現異常立即向中心站上傳報警信 息；同時(shí)，當中心站發(fā)送控制命令到監控終端，監控終端通過(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 )是監控終端與中心站通信的橋梁，監控終端的采集信息和 報警信息上傳，中心站控制命令下達都是通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行無(wú)線(xiàn)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(zhuān)線(xiàn)接入Internet從而進(jìn)入GPRS網(wǎng)絡(luò )，一方面與監控終 端雙向通信，另一方面提供了一個(gè)可視化界面，讓用戶(hù)足不出戶(hù)了解遠方變壓器的運行狀 況．當變壓器出現報警信息，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)運行的可靠性和安全性．

　　圖1：系統結構圖

　　4 配電變壓器監控終端硬件組成及原理

　　監控終端是系統的核心部件，其主要作用有：

　?。?）過(guò)流保護：實(shí)現了對配變的過(guò)流保護，保證了供電的可靠性；

　?。?）遠程通信：實(shí)現終端的數據遠程傳輸；

　?。?）采集模擬量：實(shí)現采集三相電壓和三相電流；

　?。?）抄表：抄取電子電度表的電度示值．

　　配電監控終端是由ARM 處理器、鐵電存儲器、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 內部的數據并進(jìn)行處理，將所取得的數據和通 過(guò)RS485 模塊讀取的電度表的電度示值存入鐵電存儲器，并每隔一段時(shí)間由GPRS 模塊把數 據發(fā)送到主站服務(wù)器．ARM 處理器通過(guò)AD 的數據判斷是否過(guò)流保護產(chǎn)生跳合閘信號保護配 電變壓器，并將報警通過(guò)GPRS 模塊發(fā)送主站．