张海涛 刘洋 胡欣然

（安徽理工大学安徽淮南232001）

基于GPRS的配电变压器远程集中监测系统设计

张海涛 刘洋 胡欣然

（安徽理工大学安徽淮南232001）

本文以配电变压器所具有的特点，诸如数量众多、分布广泛以及实时性强等显著性特点为出发点，在此基础上设计了一种以GPRS为支撑基础的配电变压器远程集中监测系统并对其进行设计上的实现。本文针对该项设计的监测系统所对应的总体设计方案以及硬件电路组成两部分进行重点的介绍。

配电变压器；GPRS；集中监测系统；ARM

引言

常年以来，供电企业对配电变压器的监测和管理仅仅是通过人工定期巡查，配电变压器的运行状况、负荷变化状况和损耗情况等仅仅凭目测和估算，势必会带来一些不定因素。因此，研究并开发出成本低、维护简单、稳定性好的配电变压器远程集中监测系统是势在必行的。

1 系统总体设计方案

本文采用GPRS处理方式作为系统数据传输接收方式，以此实现远程实时监控的设计目的。与此同时，该系统进行监测的对象为低压配电变压器，以预置的GPRS模块作为数据从而传输到远端管理部门，为其供配电调控提供可靠参考数据，以科学合理对远程变压器运行进行调控。

1.1 配电变压器监测终端

该终端设备需要以实际需要为基础对其进行安装，设计中要求其可独立运行，并可进行远程通讯以方便实时监测，因为远程控制中心需对该设备运行状况、相关参数进行实时监测并反馈信息，以此及时发现故障、安全隐患等，制定相应策略予以调控。

1.2 GPRS数据通信网络

GPRS数据通信网络是数据进行传输的通道，其承载远程控制中心与终端设备之间的信息流，因此通信网络稳定高效的运行将是系统数据传输稳定的保证。配电变压器的监测终端进行良好运行的第一步是先要对数据展开一系列的采集以及处理，经过初步处理的数据量更小，干扰信息也更少，可以提升预置于远端设备的GPRS模块所发送数据的质量和速度，方便远程控制中心接收。控制中心接收信息后，所发送指令如查询、控制等命令也需要通过数据网络进行传输，由终端设备接收后执行，从而实施远程控制。

1.3 配变监测中心

控制中心为系统设计的核心，由核心计算机、UPS电源及数据服务器以及打印机等相关的外围设备组合而成。一方面配变点的监测中心可以和监测的终端之间保持较好性能的双向通信，接收相关参数及报警信息等实时变化数据，并由监控人员决策后想监测终端发送控制信号；另一方面，可为监控人员提供稳定、清晰的监控界面，方便进行信息识别，从而对配电变压器的报警信息、运行状态、以及参数统计结果等进行实时反应。

2 配变监测终端设计

配电变压器监测终端保证了整个配电变压器监测系统的功能实现。该系统主要包括微处理器模块、模拟信号采集电路模块、开关量输入模块、显示电路模块、键盘电路模块、控制输出电路模块、存储电路模块和数据通信模块等部分共同组成，相互作用，保证了系统的稳定高效的运行。然而配电监测终端的核心部分采用ARM芯片S3C2430，将其配外部配加合适的外围电路即可实现各种功能，其硬件原理框图如图1所示。

配电变压器监测终端采用数据和信号采集电路实时的采集系统运行时的各种电力参数和开关状态等信息。随之，监测终端将所采集到的数据发送到ARM核心控制器进行数据的计算和处理。一方面进行数据的采集、统计以及处理并进行存储以备使用；另一方面，根据实时数据的采集以及相关的处理结果对其按功率因数进行补偿。与此同时，ARM核心控制器也可以接收来自于监测控制中心的控制指令，从而完成数据的传输、控制和系统的成功组网。该人机接口电路主要包括键盘和显示电路，从而用于终端的参数设置、显示和查询等功能。数据通信接口主要用于实现终端和监测中心的数据传输。控制输出电路其主要适用于系统无功功率和特殊情况下的开关分合。

图1 监测终端硬件原理框图

2.1 ARM微处理器系统

该系统为终端设备核心系统，主要由ARM核心处理器S3C2430以及发挥供电、存储、复位等功能的相关模块组成。所用系列内核为ARM920T，采用FBGA形式进行封装，该系类拥有较丰富的配套内部组件；同时兼具相互独立的16KB数据Cache和指令Cache，采用MMU虚拟存储器作为管理模块、所用驱动器型号为LCD、内存引导时可支持NAND形式，定时器采用PWM形式，数量为4个，该定时器具有实时时钟IO端口，可采用触摸屏方式进行设备接入，另外配置有SPI接口，和USB接口，分别有两个接口，同时配置了8路10位的ADC模块。

2.2 模拟信号采集电路

本文所用采集电路以工业级AD7656为模数核心转换芯片，采用集成模块设计，具有6个可独立采样的ADC模块，并设置有可供参考电压的BUFF。各路ADC均为16位，6个信息通道同时进行云错，同步转换速度不低于250KSPS，可以较好的满足信号采集的速率要求。

2.3 数据通讯电路

通讯模块采用MC35i，为双频模块，可同时支持GSM及GPRS通信业务。该信息处理模块由射频装置、基带处理器以及内部FLASH和SDRAM等组成，并配置有匹配电源。GSM基带处理器是系统核心功能实现的中心模块，可进行协议转换，从而处理来自于外部系统的指令，该指令通常以串口形式发送。GSM模块上的射频天线主要用于信号的调制和解调，并且是基于外部射频信号和内部基带处理器之间的信号转换模块。匹配电源则为处理器和射频部分所提供的需求电源。

3 系统软件设计

本文设计的GPRS的配电变压器远程监测系统主要由路由节点、协调器节点和终端节点这三部分有机组成。其中路由节点起到协调作用，发挥管理网络连接及控制数据转换的功能。为提供完整路由协议，同时保证应用层具备充分的透明性，本文所研究的软件进行了协议栈移植，添加了Z－Stack协议栈。本设计所对应的程序开发任务出发点为Z－Stack协议栈，在此基础上设计了配套的协调器节点和路由器节点，完成对该部分系统模块的程序设计。

设计完成后，进行了测试。测试结果显示该网络可以较好的完成相关参数及运行状态数据采集，所测数据与实地检测一致，同时数据传输状况良好，协调器节点完整的接收到由无线传感网络发送的信息。表明本文所设计无线传感网络运行正常，并符合该系统工作环境要求，可以稳定工作。

4 结论

本文以配电变压器侧的监测需求以及管理需求为出发点，进而进行先进GPRS数据传输技术、电力监测技术以及ARM综合监测技术的融合式设计，最终形成以GPRS为基础的配电变压器的远程集中监测系统的设计。该系统具有运行维护方便、投资成本低、稳定性好等特点。为提高供电的质量和可靠性发挥着及其重要的作用，在电力及其相关行业具有非常广阔的应用前景。

[1]张义华，张曙光，宋慧欣.基于GPRS技术的配电变压器远程监测系统的设计[J].科技信息，2010，13：353+352.

[2]高志强.基于GPRS的配电变压器远程监测系统设计[D].山东理工大学，2007.

[3]王涵.杭州市基于4G网络配电变压器远程监测系统的设计[D].华北电力大学，2014.

TM421

A

1004-7344（2016）28-0088-02

2016-9-23

张海涛（1986-），男，硕士在读，在安徽理工大学就读电气工程专业。

刘洋（1987-），男，硕士在读，在安徽理工大学就读电气工程专业。胡欣然（1987-），男，硕士在读，在安徽理工大学就读电气工程专业。