基于GPRS通信的配變遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方案設(shè)計

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，因此有必要對它進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控．目前國內(nèi)已出現(xiàn)的配變數(shù)據(jù)采集通信主要有 有線與無線兩種方式．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，難以普及，而無線電臺通信方式由于需要進(jìn)行主站建設(shè)，費(fèi)用較高．隨 著無線通信技術(shù)與通信網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，特別是基于GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)的GPRS技術(shù)的成熟，為配變監(jiān)測系統(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)計方案，解決了配變參數(shù)遠(yuǎn)程傳 輸問題，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)采集和實時負(fù)荷監(jiān)測的功能．并基于ARM 控制器設(shè)計了一種先進(jìn)的配 變監(jiān)測器，為電力部門的專業(yè)分析(如負(fù)荷預(yù)測、線損分析、故障判斷、用電質(zhì)量等)提供實 時數(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)

　　通用分組無線業(yè)務(wù) (General Packet Radio Service，GPRS)是在現(xiàn)有的GSM數(shù)字移動通 信系統(tǒng)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種移動分組業(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，每個用戶最多可同時使 用8個時隙，最高理論速度為l71.2kbps的傳輸速率．

　　(2)實時在線．即使沒有數(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)來發(fā)展即可，由于數(shù)據(jù)實現(xiàn)分組 發(fā)送和接收，系統(tǒng)通常按流量計費(fèi)，用戶可以總是在線，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)傳輸實時性的要求，而且節(jié)約成 本，實現(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，采集變壓器二次端的電氣參數(shù)和一些開關(guān)量，通過GPRS modem定時上傳采集 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警信 息；同時，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GPRS modem接收命令，可以控 制變壓器的一些開關(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 報警信息上傳，中心站控制命令下達(dá)都是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行無線通信．GPRS網(wǎng)絡(luò)與Internet 網(wǎng)是無縫鏈接的，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)報警信息，中心站可以及時得知并通知就近值班員排除故障，大大縮短故 障排除時間，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：

　?。?）過流保護(hù)：實現(xiàn)了對配變的過流保護(hù)，保證了供電的可靠性；

　?。?）遠(yuǎn)程通信：實現(xiàn)終端的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸；

　?。?）采集模擬量：實現(xiàn)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(jiān)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AD 的數(shù)據(jù)判斷是否過流保護(hù)產(chǎn)生跳合閘信號保護(hù)配 電變壓器，并將報警通過GPRS 模塊發(fā)送主站．