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調速開關|嵌入式系統在電力變壓器監測中
發布時間 : 2018-06-06 16:22 瀏覽量 : 68

電力設備的狀態監測與故障診斷是近10年來備受關注的研究和實施領域,是保障電力系統穩定可靠運行的前提,也是智能電網[1]重點研究和發展的領域之一。在電力系統中,諸如發電機、水輪機、勵磁和調速系統、繼電保護等,均已全部或部分實現了狀態監測和故障診斷。然而,電力變壓器(尤其是配電系統中)卻是無人問津的荒地,完全未納入監測、故障診斷和預警服務的范圍。
    電力設備在線運行狀態監測指對設備的運行狀態進行記錄、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)對設備運行狀態處于正?;虍惓W龀龀醪脚袛?,根據歷史檔案、運行狀態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。
    電力設備在線監測與診斷技術發展趨勢是:
    (1)電力系統監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)單一化向群體監測發展:由以單臺設備為目標的在線監測向整體在線設備的監測延伸;
    (3)設備狀態的遠程監測和網絡化跟蹤:將設備監測技術與計算機網絡技術相結合,在設備狀態參數采集后,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)狀態監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,將狀態監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測和診斷技術,電力設備狀態監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監測技術和發展趨勢,結合監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監測系統,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測系統結構如圖1所示,系統由傳感器、變送器、ARM9 CPU、RF發射模塊(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測系統的部分電路。

 

    (1)前端數據采集:電力變壓器的監測參數包括溫度、電壓/電流和開關狀態三類參數,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,本文設計的監測系統采用高抗干擾性能的USB GPRS模塊,并采用信號監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。

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