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配电变压器智能监测系统研究

发表时间：2021/4/15 来源：《基层建设》2020年第32期作者：李东升

[导读] 摘要：近年来，经济快速发展，电力行业发展迅速，配电变压器是配电网电能运输的核心设备，若发生故障而不及时进行维修会引起大面积停电，从而严重影响居民的生活，因此能对配电变压器进行实时监测与故障定位是保障配电网安全稳定运行的关键性步骤。

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        摘要：近年来，经济快速发展，电力行业发展迅速，配电变压器是配电网电能运输的核心设备，若发生故障而不及时进行维修会引起大面积停电，从而严重影响居民的生活，因此能对配电变压器进行实时监测与故障定位是保障配电网安全稳定运行的关键性步骤。基于变压器应具备的功能与条件进行了模块设计，并提出了一套配电变压器智能监测系统方案，从而尽可能地减少外力事故的发生。
        关键词：配电；变压器；智能监测；系统研究
        引言
        在电力供配电系统中，配电变压器是将电能直接分配给低压用户的电力设备，其运行的各种数据的实时监测是配电自动化系统的一个重要方面。配电变压器监测终端（简称配变终端）是一种对变压器进行实时数据采集与控制的自动化终端设备，它可以通过通信网络与配网自动化系统相连，并上报监测的各种数据。实际的配电网中，配电变压器数量众多且分散各处，针对此种情况，本文提出了一种低维护、高性能的基于GPRS网络配变远程监测系统的设计方案，并基于ARM控制器设计一种新型的配变监测终端装置，能可靠、实时、廉价地为电力部门的专业分析提供实时数据。分析后，及时发现配电变压器运行中出现的异常情况并进行处理和优化，保证配电网正常稳定的运行，以实现良好的经济和社会效益。
        1配电变压器运行现状
        作为在电力系统输送中的相当重要的设备，配电变压器的稳定运转、电力的正常输出以及所读取的变压器日、月、季、年的峰谷值是否处于正常水平等，这些都直接影响了人民的生产与生活，而对于设备的管理者来说，正确掌握这些信息是意义重大的。一直以来，供电部门都是通过派人员现场跟踪测量来获得我们所提到的这些指标以及数据，这样做可以更好地规划电网，有利于正确预测电网负荷变化。此外，随着国际上铜价飞涨，我国由于配电变压器分布广，而且有很大一部分安装在偏远地域，变压器的铜芯就成了不法分子的目标，每年全国各地类似变压器被盗的案件层出不穷。这不仅对人们的生活有着极大的影响，同时也极大地影响当地的生产企业，给电力部门以及生产企业造成不可估量的损失。因此，加强配电变压器的远程监测和防盗管理非常重要。
        2配电变压器智能监测系统研究
        2.1监测模块设计
        监测模块包括各类变压器运行参数的监测模块、补偿模块及信号转换模块，由电缆与各类传感器组成，能获取变压器的各种状态参数，并将采集到的数据进行处理得到微处理器能识别的电信号，进而传输至微处理器实现数据的进一步分析与传输。电能、运行环境及局部放电监测电路分别与相对应的传感器连接，能实时监测变压器的电能参数、环境参数和局部放电情况，通过对比分析故障时刻与正常运行时的各类监测参数，得出故障原因，为之后的监测提供经验。三相不平衡补偿电路通过检测负载点电流来对电网的三相不平衡度进行调节，提升电网运行质量。无功补偿电路由单相与三相电力电容器构成，通过单相分补和三相共补等形式实现无功补偿。信号转换模块与监测模块相连，对采集到的各类参数进行信号的初步处理，随后传输至微处理器进行进一步的分析。
        2.2TCP数据库服务层
        数据库服务层负责对运行数据、故障数据、系统维护数据以及操作记录数据收集集成，包含运行数据记录库、故障库、系统日志库和操作记录库。运行数据记录库负责对监测终端采集传送过来的变压器上各相电压值、各相电流值、有功功率、无功功率和频率进行记录，为了满足数据库设计的可用性的要求，以上每条记录都伴有精确到秒的时间记录。故障库记录了由数据采集设备发送来的告警信息，每条记录包含故障设备标识码、故障代号、故障内容、故障发生时间、是否成功发出告警以及告警是否处理六个属性。系统日志库记录了终端设备的启动时间、关闭时间、故障恢复时间，监测端用户的登陆名、登陆时间、登陆IP地址以及注销时间。

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在操作记录库，详细记录了由监测系统对监测终端进行操作的操作用户、操作对象设备代号、操作内容、操作时间以及执行结果。
        2.3GSM基站信息定位原理
        在整个网络框架中，设计人员把各个区域分开，采用微分的方案实现整个范围的细分化构建，之后通过蜂窝的样式组合起来。具体划分原则是根据每个区域内的使用人数和当地的地理结构；还要注意最大的划分区域面积不能超过直径20km，最小的范围划分不能小于100m。在设计的区域中，每个都有自己的基站，能够实现数据的处理功能。为了方便计算通信费用，系统还专门设计了一套用于实现用户信息记录的功能，这些信息主要包括使用者的地理方位等等。除了这些之外，这些基站还能够实现一些常用的数据处理功能，比如CH/BSIC等重要的信息。整个系统的工作原理是这样的，当每一个使用移动电话的用户打开他的设备时，这个网络系统就会把自身的数据信息和这个设备相联系起来，通过和这个设备交换唯一确定的识别数字，这样来获得相关的地理信息等一系列信息，整个过程自动完成的，使用者可以在自己的手机里运用AT这个命令来实现对基站数据信息的访问，把这些数据信息传输给检测中心解码，就能够读出那个手机的相关信息，比如说位置等等。
        2.4监测系统的构成
        配电变压器智能监测系统是一种能对变压器运行参数进行实时采集、分析、存储与传输的智能化系统，主要由现场监测部分、通信部分与管理终端部分组成。现场监测部分由监测模块、微处理器模块、定位模块、数据存储模块、通信模块及电源模块构成。通过监测模块对变压器的各项参数进行采集，并传输至微处理器模块进行处理。通过通信模块建立起通信通道，将测量得到的数据通过服务器传输至监控终端实现人机交互。大数据库与服务器相连接，不仅能实现数据的储存，还可进行历史数据访问以便进行对比分析。
        2.5终端设备操作与用户
        配电变压器监测管理人员综合配电变压器监测系统给出的信息做出决策，终端设备操作业务负责将配电变压器监测管理员的决策通过命令形式发送给监测管理软件，经由监测管理软件发送给数据采集设备让终端设备执行相应动作，同时将命令内容、命令时间和执行结果存储到操作记录库中，定期将操作记录报告给上一级管理员，以便发现不安全的操作或命令保证监测设备正常运转。
        2.6系统安全
        作为电力系统的一部分，安全问题必须进行考虑，安全管理体现在通信安全和监测系统本身的安全，为了保证系统工作环境的安全，本文介绍的系统使用了用户身份认证、登陆时间、连接数以及某一时段内登陆次数的限制等手段作为应用系统的一道防护，在很大程度上保证了系统的安全。
        结语
        目前，在配电变压器数量多、分布广的情况下，配电变压器智能监测系统能对现场情况进行有效监控，不仅能及时对故障进行定位检修，还极大地降低了人力的投入。配电变压器智能监测系统实现了配电变压器的油温，油压，电压，电流等状态量的实时监测。本文研究了集基本电能数据监测、局放监测、无功补偿、三相不平衡补偿、定位技术、通信技术等功能为一体的配电变压器智能监测系统。该系统能实现实时监控、历史数据访问、智能分析、数据存储等功能，进而达到及时发现配电变压器故障并进行检修的目的。而在今后的发展中，应不断完善系统功能，提高监测准确性、实时性及智能性，从而更加适应电网的进一步发展。
        参考文献
        [1]严小强.配电变压器智能监测技术及系统研究[Ｄ].南昌：东华理工大学，2019.
        [2]孟江南.配电变压器在线监测与状态综合评估方法研究与应用[Ｄ].株洲：湖南工业大学，2019.
        [3]邓珺.配电变压器常见故障及维护管理研究[Ｊ].科技风，2020（4）：185.