郅富标

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.050

摘 要：本文针对电力输送故障产生的原因，故障产生所带来的巨大经济损失，传统故障诊断方法的缺陷，提出了一套基于STM32的电力传输远程故障监测系统。研究工作对电力输送系统故障诊断提供了一种新的解决办法，对以后的开发工作具有一定的指导意义和参考价值。

关键词：电力输送故障 程故障监测系统 故障诊断

中图分类号：TM764 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（a）-0050-02

在电力系统的各个设备中，电力传输和转换设备占据主体地位，一旦该设备运行中发生故障问题，将直接造成电力系统无法正常有序的运转下去，进而带来不可估量的经济损失。随着社会的快速发展，我国电网公司电力设备检修工作的故障诊断已经获得了较好的实效性，然而诊断不够及时和准确，所以当务之急就是深入分析研究输变电设备故障远程监测系统，具有非常现实的意义。

1 系统综合设计

1.1 系统综合构架分析

本系统主要围绕STM32处理器而展开，采用全球通远程通信技术全面收集所有节点中的故障监测信号，由集中控制室及时接收各类数据信息，有效落实在线监测和远程故障诊断。在健康有序运行情况下，通常由数据集中接收器对各个故障监测节点进行集中控制，根据一定时间采集各监测节点信号；当存在故障信号现象时，这时候的故障节点具有很高的优先级，因此，集中控制室必须及时接收出现故障的信息，并要求相关工作者采取措施有效处理，减少因故障造成的巨大损失。

综合化采集与处理电力输送设备的电压、电流等信号是故障监测节点的核心任务，对现行设备的安全性、可靠性进行准确判断。任何故障节点都存在特有的编码，当故障问题出现时，相关人员就能够及时找准具体的故障点，这是之前采用的逐级查找方法所不能实现的，将损失率减少到最小范围内。

数据集中接收器在一定时间内综合采集所有节点上的数据信息，并及时发现故障点，只有在规定时间内完成采集工作，才能保证各节点的安全性和成本合理性，随着对节点采用了在线监测、数据存储及故障发报技术，数据集中接收器不用再过于注重规定时间内采集数据信息；规定时间内进行采集不仅能够掌握现行电力输送设备的工作情况，还可定期完成监测节点的工作状况，从而减少节点的故障发生率，确保效益不受损。

最后，通过上位机显示所有监测节点的数据信息，只要为相关人员配备一套计算机，就能够实时监测电网内所有运行的节点情况，不仅减轻了劳动强度、节约了成本，而且适用性能显著。

1.2 故障监测节点

1.2.1 电流互感器

电流互感器主要是在电磁感应原理的基础上将一次侧大电流转换为二次侧小电流来完成测量工作的仪器设备，其内部构造有闭合的铁心和绕组。

实际调查发现，发电线路、变电线路、输电线路、配电线路以及用电线路之间的电流存在很大的差异，最小的有几安，最大的高达几万安。初级绕组CT不多，在电路的测试序列中面临巨大的电流，当二次侧电路闭合，电流互感器在电流互感器和电隔离起着重要的作用。

CT有利于电流的及时变换，在一定的变比情况下将一次大电流变换成小电流，对二次仪表实施准确测量并发挥应有的保护作用。

1.2.2 电流信号采集

实际采集输送电设备的电流信号过程中，因为受到功率和高压等因素的影响，通常会以套管式和母线式电流互感器为主要手段，互感器二次侧中的电流信号在进行一番信号滤波、放大及调理工作后，输送至单片机中，将模拟信号转换为数字信号，从而在一番变比计算后获得原边电流。

1.2.3 电压互感器

电压互感器的作用是变换线路上的电压，对仪表和继电保护装置供电、线路电压、功率、电能进行测量，所以，电压互感器不会有太大的容量，通常保持在几伏安、几十伏安，最多也不超过1kVA。有的电压互感器对电路正常供电提供保障，当电路出现异常情况时，对线路中一些核心的组件加以保护。

1.2.4 电压信号采集

在采集输送电设备电压信号过程中，应结合现场实际情况，配备合适变比和封装类型功率的电压互感器，互感器二次侧中的电压信号在进行一番信号分压、滤波、调理工作后，输送至单片机中，将模拟信号转换为数字信号，从而在一番变比计算后获得原边电压。

1.2.5 GSM远程传输设计

（1）GSM模块。

通过GSM模块能够实时发送SMS短信、语音通话，并完成GPRS数据传输等以GSM网络为前提的通信。

GSM模块相关研发者通过ARM或者单片机实现RS232串口与GSM模块之间的通信，在专用的AT命令基礎上对GSM模块的整体无线通信功能进行合理控制，最初研发的GSM模块应用于手机行业中，由手机行业和模块制造商直接联系购买，再配置一些外围器件，一部完整的手机就形成了。

（2）GSM数据传输设计。

随着GSM数据远程通信技术投入到实际中使用，合理降低了整体系统的设计成本，无需再开展庞大的电缆铺设工程，进一步深化了远程数据监测工作。在设计GSM数据传输系统过程中，应营造基于SIM900A模块的作业氛围，通过通用异步收发传输器的串行接口与单片机保持良好的通信，按照统一的AT指令集配置模块，与相关协议相对应，采用接收短消息的方式将数据信息发出。

（3）数据集中接收器设计。

主要通过STM32处理器和GSM模块配合协作，全面采集工业现场中各设备的运行数据，数据集中接收器共涉及了以下内容：GSM通信单元、液晶显示单元、按键交互单元、数据存储单元、状态指示及报警单元等，密切联系小功耗的电源管理设计，从而毫无遗漏地采集和查询各手持数据，及时接收各类信号，并且本系统内还新增了USB通信构建了USB打印接口，及时把各类数据信息打印到PC等USB主机移动设备中展开深入细致的分析研究。还实现了相匹配的PC上位机软件系统，主要负责及时接收电压、电流等信号，为大数据处理提供有力依据。endprint

2 故障监测节点硬件设计

故障监测节点的内容有：CPU、实时时钟、电流采集电路、电压采集电路、数据存储器、GSM远程通信模组、电源电路等。

2.1 电流检测电路设计

对于强电电流的检测，通常采用电流互感器，因为这样能够在变比计算后把大电流变换为方便开展测量的小电流，并实现了电气之间的有效隔离，二次侧输出的电流再通过取样电阻得到交流电压波形，从滤波电路、运算放大器、精密整流电路的渠道输送至A/D转换器上，单片机在相关计算后知晓具体的电流值。

2.2 电压检测电路设计

强电电压检测和强电电流检测工作基本上一致，主要以电压互感器为核心工具，把原本较高的电压变换为低电压，以此完成相关检测。

2.3 数据存储器

根据故障监测节点情况，本系统将串行Flash作为了主要手段，由于手持数据接收器中存在庞大的数据量，因此为了更好地储存庞大的数据信息，一般会选用TF卡来实现。关于串行FLASH应以型号为AT45DB642D为主，因为其有足够的容量。

2.4 监测节点电源电路

监测节点电源常见于多路电源供电，我们必须注重电源这一环节的设计工作，电源直接将现场380V交流电通过变压器、整流、滤波，最终获得15V直流电压，在LM317的作用下将15V电压降低为12V，不仅保证了后续电路处于稳定电压下供电，而且为GSM模组提供所需的电量，在LM2940的作用下将12V电压降低到5V，主要为报警指示等电路提供所需的电量，最后通过超低压降稳压芯片662K稳压到3.3V，为CPU系统提供所需的电量，从而确保CPU电源一直处于稳定状态。另外，将大量的滤波电容投入到实际中使用，实现了稳定性能极高的直流电压，推动电源系统稳定有序运转。

2.5 手持数据接收器硬件设计

手持數据接收器硬件设计至关重要，在规定时间内综合采集所有监测节点上的数据信息，深入分析、有效处理、全面存储及显示各类数据，对故障节点信号进行及时接收，准确获取具有较高优先级的节点信号，通过声光预警提示，并做好节点ID标示工作，为维修人员的工作提供方便快捷。

2.6 USB通信模块

在设计USB通信过程中，我们主要以CP2102为手段实现 USB转串口通信，之所以会选择这一手段，是因为USB协议具有复杂繁琐性特点，开发难度较大，CP2102芯片内部就存在USB协议，速率也较为理想，性价比高，STM32自带多组串口，能够提高本设计的数据通信效率。

3 故障监测系统软件设计

3.1 GSM远程传输程序设计

GSM远程传输是在GSM网络基础上进行的，其功能作用是把各类信号传输到任何地方。在众多的蜂窝系统中GSM网络的地位十分突出，属于全球通。为了对GSM模块更好地控制，必须贯彻落实AT指令。AT指令集是海因斯首次推出了一个调制解调器命令集，是行业标准的调制解调器通信接口，它能够实现调制解调器配置和软件同步运行，并完成远程通信。

3.2 故障监测节点程序设计

故障监测节点的职责义务是整体采集各种电压和电流，准确监测和判断出现的故障点，及时存储所有采集数据，只要出现故障先，获得最高优先级将故障情况第一时间发送至主机，同时在工业现场现场进行声光预警提示。

3.3 数据采集程序

数据采集程序主要通过STM32内部12位高精度AD来全面采集现场运行设备的电压和电流，同时做好相关的故障分析和储存工作。

4 结语

本课题研究内容可靠、稳定的实现了电力输送系统中的故障在线监测，监测节点对电力输送过程中的电压、电流等进行实时监测，并对数据进行采集和存储，配合手持主机数据接收处理，发生故障时及时产生报警信号，并通过GSM远程告知工作人员，以及时进行故障处理，将损失降到最小，收到较好的经济效益。

参考文献

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