基于GPRS远程监控的新型智能箱式变电站

摘要：该文通过对基于GPRS箱式变电站智能化远程监控系统的论述，探讨了目前实现箱式变电站智能化远程监控系统的一种新型的智能化箱式变电站技术解决方案，在此基础了开发了基于GPRS箱式变电站智能化远程监控系统的 设计 以及该项具体技术方案的具体实施细节内容和技术 项目 。提高了箱式变电站的 安全 性、合理性、可靠性和科学性，方便了电力部门及时掌握用户的用电负荷及远方三遥控制等情况，为今后进行箱式变电站智能化远程监控系统改造等工作奠基了良好的技术基础。

关键词：GPRS；远程监控；智能化；箱变

汉中供电局市区局及下属企业——汉中安特电气有限公司从2007年开始根据本企业的电气产品开发生产优势和市场发展的最新需求，开始研制新式智能化箱式变电站，即基于GPRS远程监控的新型智能化箱式变电站。这种新式智能化箱式变电站，不但通讯方便，不需要去架设任何通讯线路和光缆，而且能够实现智能化远程监控，操作便利，安全可靠。

在箱式变电站智能化监控系统的 通信 中，可以采用数传电台、GSM短消息、光纤接入等方式。数传电台的优势是除了每年的频点费以外，平时运行无需额外费用，缺点是受地形、气候的影响较大，造成系统的可靠性、实时性较差，无法主动上报。GSM短消息方式可以实现主动上报，缺点是按条收费，运行费用高，而且在节假日短消息中心服务器繁忙时延时相当长。光纤通信稳定可靠，但是施工成本投入太大、扩展性差、光纤及设备等的维护方面很不方便。而GPRS通信则避免了以上问题。

1 基于GPRS箱变远程监控系统总体设计

基于GPRS箱变远程监控系统由监控中心、GPRS通信网络和箱变监控终端（Transformer Terminal Unit，缩写为TTU）3大部分构成。箱变智能监控终端安装在箱变内部，通过电压互感器（TV）和电流互感器（TA）对变压器一次和二次端的电气参数进行采集后定时发送给GPRS模块，GPRS模块再把数据发送到GPRS网中，上传到监控中心。在变压器三相电力参数出现异常事件时主动上传报警信息，实现对箱式变电站运行状态的实时监测。同时，通过智能监控终端对箱变一次和二次端的所有开关进行远方遥控操作，每个开关按照485通讯进行寻址操作，并有开合状态位指示，实现箱变的远方三遥控制。

GPRS通信网络是监控中心与箱式变电站监测终端之间数据传输的桥梁。监控中心可以借助专线（ADSL）经由互联网进入GPRS网络，就可与现场箱式变电站监测终端进行远程通信。通过GPRS网络使现场变压器的相关参数能够及时传送到监控中心计算机中。同时监控中心的查询命令或控制命令也可以通过GPRS网发送到GPRS模块，再由GPRS模块传送给相应的箱式变电站监测终端，对它们进行控制操作。

2 系统整体通信分析

通信系统是建设箱式变电站智能化 自动化 系统的关键技术，通信系统的好坏从很大程度上决定了自动化系统的优劣。箱式变电站智能化系统要借助可靠的通信手段，将控制中心的控制命令下发到各箱式变电站智能化执行机构或远方终端，同时将各箱式变电站智能化远方监测终端所采集的各种信息上传至控制中心。对通信系统的要求取决于箱式变电站智能化的规模、复杂程度以及预期达到的自动化水平。总体来说，有如下要求：具有较高的可靠性和抗干扰能力，并且网络扩展方便；双向通信（个别情况下不需要）；容易操作、维护方便；此外，建设成本要低，并且通信要不受停电的影响。

基于GPRS箱式变电站远程监控系统，是以配电网低压配电系统为监控对象的GPRS公用网的无线远程监控系统。主要是为应用GPRS通信技术对变台低压端总回路电参数及各分回路通断情况进行远程采集、传输和故障诊断；实现及时报警、实时数据采集和实时负荷监控功能。主要目标为该系统在低压配电中的应用可以改变目前变台人工监控、变台数据测量不及时、故障处理时间长、效率低的缺点。可使低压配电 管理 更为完善，减轻维护人员工作量，提高电力运行维护管理效率。对于降低故障处理成本、缩短故障处理时间能起到积极的作用。

系统的需求分析。箱式变电站远程监测管理信息系统的开发目标是建立一个安全可靠、能提供各种高级服务，并有为应用程序的执行和实施提供较强功能的开放式平台和运行在该平台的多个相对独立的应用子系统组成的系统，成为一个符合配电系统现代化管理要求的，分布式、开放式、模块化，可扩充的箱式变电站综合管理系统。基础平台除提供基本的硬件技术和操作系统内核外，还提供诸如数据库系统、信息传递、人机界面、实时环境应用程序等基础服务。基于基础平台之上的各应用子系统包括：数据查询、报表、图表和其它系统的接口等。

这些子系统在开放式系统结构基础上实现有机的横向和纵向集成，形成一个完整的箱式变电站综合管理信息系统。

3 系统功能要求

箱式变电站远程监控系统软件应具备如下功能：遥测、遥信量实时接收、存储。遥测量主要包括三相电压、电流，有功功率，无功功率，功率因数，频率，时间。遥信量主要是断路器的位置状态，可以有2种状态值，用开关量“0”和“1”表示。监控中心实时接收从箱式变电站监测终端上传的这些数据，并经过格式转换，将其存入数据库。

遥控，即远程控制命令。它是从监控中心发出的改变变压器运行状态的命令。主要用来远程控制断路器状态、时钟设置、精度修正。遥控命令执行成功后将保存有关记录在数据库中，便于操作人员查询以往所发出的遥控命令。

集中监视具有监控系统总貌显示、变压器运行状态显示、报警显示、模拟、状态量统计结果显示、打印等功能。监控系统总貌显示：即监控系统的主界面，应是一张根据实际情况标有所有被监控变压器的电子地图。操作员可以在总貌显示下切换到对某一变压器信息的显示，变压器运行状态显示。监控中心可以实时显示各个变压器的运行状态，包括最近上传的电力参数以及各相断路器状态等。其中，各相断路器的图形化显示还应具有颜色提示和警示功能。报警显示系统应具有强制报警显示功能，不论画面上正在显示何种内容，只要接收到箱式变电站监测终端上传的报警信息，就在屏幕上强制显示出报警提示框，并启动蜂鸣器。提示框内显示事故发生的信息，便于操作人员快速、准确处理事故，并能将发生事故的变压器序号、时间以及有关信息记录储存，以供事故分析使用。模拟量、状态量统计结果显示。系统存储有历史数据，可根据操作员需求显示在某一时间段内某个变压器的某项参数。显示方式包含图、表等。系统还应可以统计一天内某一模拟量的最大、最小值及系统正常运行时间、电压合格率等。打印功能。系统可定时打印或手动打印统计报表、报警信息记录、遥控信息记录等。其他一些辅助功能，如数据库的维护等。

4 系统硬件要求

4.1 系统结构

中压箱变监控系统终端的组成逻辑框图如图1所示，这里以T1公司的TMS320LF2407型DSP为核心进行说明，终端与GPRS无线通信模块通过RS-485总线进行通信。


图1 箱变监控终端的逻辑框图
4.2 电测数据采集模块

在中压箱变监控系统终端中，数据采集的准确与否直接影响系统最后的性能指标。采样方法选用交流采样，可以精确地得到电压或电流的有效值、有功功率、无功功率和功率因数等。电压模拟信号采样一般是通过电阻器和电容器相结合来分压得到小电压即阻容降压。而电流采样是通过并联电流分流的原理对电流进行采样取值。本系统同时采用铁芯互感器和空心互感器。铁芯互感器主要用来实现正常情况下电流值的测量，空心互感器只在过载情况下起作用，这样就兼顾了电流的测量精度和测量范围。

4.3 监控终端的设计

该监控系统采用的配电综合监控仪是根据电力需求侧管理技术要求和配变负荷监控相关标准等设计、制造的一种高科技产品。它采用高精度数字采样处理技术，集数据采集、显示、存储、通讯等多功能于一体，并可通过后台软件将储存记录的数据以图表或报表的形式显示、打印和分析。其科技领先，功能强大、可靠性高，可广泛应用于配电自动化系统的监测。其主要功能有：基本测量参数：三相电压、电流、频率、有功功率、无功功率、功率因数、四象限电能、环境温度等九类，三十多个参数。基本控制参数：合闸控制指令，跳闸控制指令，开关状态指示；根据容量分别有四路、八路、十二路开关控制输出及工作电压、接点容量等参数。额定技术参数：额定电压，额定电流，额定频率。

4.4 GPRS数据传输终端要求

GPRS数据传输终端实现监控中心主站与监控终端的通讯。本系统中采用YN2010GRPS DTU。该DTU性能特点要求如下：使用低功耗高性能的CPU做处理器，16位内部数据总线，128kB SRAM，512kB FLASH，可高速处理协议和大量数据；支持全透明及帧格式数据传输；支持TTU/FTU、TCP/IP、PPP、ICMP、UDP、TELNET、HTTP协议栈；一个符合ISO 7816-3 IC卡标准的SIM卡座，支持符合GSM11.11和GSM11.10，规范SIM卡；简化的接口设计，使用通用的232接口和简单的AT命令交互界面；提供了更方便的电源接口，即可使用外挂电源。又可从串口直接取电；整机功耗小于3W；完善了GPRS网络中所出现的假拨号，掉线自动重启，远程唤醒等功能；支持远程控制及动态域名解析；同时更具嵌入式系统要求，可提供内置式模块（不带外壳，可通过插针与嵌入式直接系统相连）。同时还有软硬件双重看门狗，在DTU不能正常工作时，能够自动断电复位。

5 系统软件的编程

主站系统软件，包括数据库系统、电力系统模型、数据采集和传输。电力系统模型主要指电力系统设备对象化及网络拓扑；数据库系统分运行库、基础库、标准库和历史库四部分；数据采集和传输就是将各种数据从不同的终端根据各种通讯协议采集过来，但并不进行处理，再通过网络分发给需要这些数据的系统。将采集过来的数据经过各种处理，通过GUI界面显示给用户（Mapinfo配电地理信息系统）。

上位软件主要完成以下功能：箱变变压器SCADA系统，变压器运行监控，箱变变压器异常情况监控，数据的分析、处理和存盘，箱变RTU的参数设置及状态显示。既能获得配电网运行的基本信息，又为功能扩充提供很好的基础。

自动抄表系统：根据设定的时间自动抄录配电变压器和用户的电度数。并具有电表异常告警，跟踪抄表记录和操作记录等辅助功能。

用户购电量管理：对于信誉比较差的用户，通过系统对它进行先购电后供电，并在使用电量达到某些比例时进行警告。

线损 管理：主要是台区线损管理和线路线损管理。

箱变配电设备管理：主要是箱变配电线路和箱变配电变压器等设备的管理。

远程操作终端：可以远方读取或者设置终端的参数，如变压器的整定参数等。可设置开关合闸，开关分闸。可读取或设置VQC参数。

采集谐波数据：通过系统能够采集用户的各次谐波含量。

用户窃电管理：增加用户电量与功率转换为电量的比较，通过设置比例系数，来进行警告，比如当有功功率产生而电量不动时，则产生警告。

总而言之，箱式变电站智能化监控综合管理系统的开发目标是建立一个安全可靠，能提供各种高级服务，具有电力“五防”功能，并有为应用程序的执行和实施提供较强功能的开放式平台和运行在该平台的多个相对独立的应用子系统组成的系统，成为一个符合配电系统现代化管理要求的，分布式，开放式，模块化，可扩充的箱式变电站智能化监控综合管理系统。基础平台除提供基本的硬件技术和操作系统内核外，还提供诸如数据库系统、信息传递、人机界面、实时环境应用程序等基础服务。基于基础平台之上的各应用子系统包括：高低压开关远方三遥控制、配电变压器管理，线损管理，电能计量管理、自动抄表，VQC功能，谐波数据，购电量管理，数据查询，自动报表，图表和与其他系统的接口等。这些子系统之间在开放系统结构（OSA）基础上实现有机的横向和纵向集成，形成一个完整的箱式变电站智能化监控综合管理系统。

6 结束语

实现箱式变电站智能化监控综合管理系统，是提高供电质量、用电可靠性和提高电力企业自身水平的需要，GPRS作为一种新的通讯手段，应用在配电自动化中有很多优点，基于GPRS通信的箱式变电站智能化监控综合管理系统是一个比较有应用前景的实施方案。譬如黄河九甸峡 工程 中6台智能化箱式变电站等工程项目中已经运用。

该种智能化箱式变电站，功能全面，交互性好。可对采集进来的数据进行实时、正确的处理，对故障做出立即响应和报警。而且，友好的界面操作系统，强大的数据库管理系统与网络控制，可以使工作人员通过远程控制，方便、正确地对箱变实施监控和管理，进行及时分析，做出快速反应。GPRS技术有着其他通信方式不可比拟的优越性，将其应用于箱变监测，可准确及时获取更完整的配电网运行数据。这不仅有利于箱变运行的安全性、经济性、可靠性等管理，而且为配电网的运行及性能指标的监视控制、供电方案优化等管理工作提供了有效的技术手段。