变电站母线电压监测系统研究

变电站母线电压监测系统研究

冯文秋

冯文秋

（广东电网有限责任公司湛江供电局524000）

摘要：变电站的电压监测数据是考核各级电网电压质量，为有关部门制定电压曲线﹑电网规划和安排合理的运行方式的重要依据。监测变电站母线电压状态信息是一项十分重要且需要长期坚持实施的工作。通过母线电压数据的监测，可以掌握整个电网的电压/负荷在不同时刻的变化情况，分析系统电压的谐波分量的多少及变化情况，同时，结合母线上线路的负荷性质、用电特征等信息对整个电网运行状况进行深入解析。本文针对变电站母线电压监测问题，提出了一种基于单片机和GPRS模块的远程监测系统。系统由数据采集终端、通信网络及监控上位机构成。数据采集终端采用STC12C5608AD作为控制核心，扩展电源模块、数据采集模块、无线传输模块，实现数据的采集、处理和传输；通信网络采用GPRS，实现电压信息的远程无线传输；上位机采用组态软件ForceControl6.0实现远程监测。系统在实验室环境下完成测试运行，运行效果良好。

关键词：母线电压；监测系统；GPRS

引言

电压监测技术是21世纪智能电网电能质量的一个关键技术和发展方向,能够实时采集、分析电压数据,进行智能缺陷诊断,为智能电网的状态评估和检修提供有力的依据,从而为用户提供优质的电力服务。并且电压质量是供电质量管理的主要指标。为了确保向用户提供电压质量合格的电能,如何加强供电质量管理,成为供电企业创先工作的重点之一。电力系统发生故障可以根据不同变电站的母线电压监测数据来重现故障或不正常工作状态时间段的整个电网的电压幅值、频率等变化情况，对发生故障的原因、影响范围等进行分析，用于制定更加合理的系统运行方式、更加准确的继电保护整定值、更加完善的控制策略以确保电网稳定运行。本文提出一种集中在线监测变电站母线电压的远程无线监测系统，该系统可实现对多个监测点同时进行远程无线集中监测，能够实时显示监测系统信息，具有按时间、条件查询显示母线电压的历史数据和各测试点的日电压曲线，能打印日、月报表，具有数据越限报警、事件记录等功能，可对设备进行添加、修改、删除操作，用户根据自己的管理需要和具体目标可进行采样频率和时间的设置。

1系统总体方案设计

系统总体设计方案如图1所示。系统总体设计方案如图1所示，主要由数据采集终端(下位机)、通信网络及监控上位机组成。数据采集终端(下位机)由控制器、信号检测电路、供电电源及转换电路、数据通讯电路、晶振及复位电路等组成。

各下位机实时检测变电站的母线电压信号，经过数据处理以后送给GPRS模块，通过移动通信网络接入Internet网络，上位机采用固定的TCP/IP地址通过网桥与下位机实现通信，无线远程传输给监控上位机。监控上位机是本系统的远程监测终端，实现数据监测、故障报警、数据查询、事件记录、用户管理、采样控制等功能。上位机采用组态软件ForceControl6.0实现，可设置设备的一些基本信息，可以添加、修改、删除用户，当测量值超过了设定的上下限时系统自动报警，以表格形式任意检索到的每台设备和任意时间段的数据输出电子报表，记录登录系统的操作员的操作。

2系统硬件设计

2.1数据采集终端硬件组成

数据采集终端完成信号的采集、数据处理、无线传输等功能，硬件结构如图2所示。

数据采集终端的硬件由信号检测及处理板、GPRS模块连接板和GPRS模块组成，信号检测及处理板实现变电站母线电压信号的检测处理及对GPRS模块的控制；GPRS模块连接板实现控制CPU、GPRS模块、移动公司SIM卡之间的数据传输及发送。

2.2数据采集接口

电路信号检测电路由运算放大器IL084，稳压管TVS1，电阻R16、R17、R19、R22和电容C11组成。变电站母线电压经互感器和变换器转换成0~5V的直流信号后加在信号输入端VS11，经IL084放大后送给CPU芯片STC12C5608AD，该芯片内置A/D模块完成模数转换。为防止雷击等过电压损坏设备，在信号输入端加稳压管VS11实现过压保护。数据采集接口电路如图3所示。

2.3电源变换电路

数据采集终端设备采用+12V直流电源供电，但控制芯片STC12C5608AD工作电压为+5V，同时，信号检测电路中的运算放大器IL084需要±5V工作电压，因此需要设计电源变换电路。本文设计的电源变换电路如图4所示。外加+12V直流电源通过接口DIN11输入，经稳压管TVS2稳压、电容C1滤波后加到DC/DC变换电源模块。DC/DC变换电源模块采用隔离稳压正负双路输出模块WRA1205CS，将+12V直流电源变换为±5V。

2.4GPRS模块接口

电路和SIM卡接口电路数据采集终端采用GPRS模块Q24PLUS实现数据的远程无线传输，Q24PLUS具有GPRSWAP功能，通过模块AT指令控制，波特率从300到115200bits/s，数据传输速率下载53.6kbits/s、上传26.8kbits/s，数据线路异步传输可达14400bits/s。

3系统软件设计与实现

3.1数据采集终端软件设计

数据采集终端完成现场数据的采集及处理，通过无线的方式传送到监控上位机。数据采集终端的软件包括A/D转换、数据处理、数据打包、无线数据传输等主要程序。数据采集及传输程序流程图如图5所示。

图5数据采集及传输流程图

3.2监控上位机软件设计

监控上位机接收各数据采集终端上传的数据，实时显示检测数值，参数越限发出报警信息，能够实现数据存储与查询、绘制趋势曲线、提供数据报表、事件记录、参数设置等功能。上位机采用组态软件ForceControl6.0实现，ForceControl6.0是对现场生产数据进行采集与过程控制的专用软件，它提供了良好的用户开发界面和简捷的工程实现方法。监控软件功能框图如图8所示。

图6监控软件功能框图

组态软件ForceControl6.0保存的数据无法脱离组态环境查看，提供的实时数据库不能对用户开放，不利于实现数据的灵活管理及数据的操作。本文将微软公司的SQLSever2000关系型数据库作为嵌接数据库，很好地解决了数据管理功能的实现。系统在实验室环境下完成测试运行，运行效果良好，能够实现数据的远程无线集中监测，同时具有数据管理、越限报警、事件记录、绘制曲线等功能。

4结束语

本文提出了一种变电站母线电压远程无线集中监测的新方法，设计了监测系统。系统对现场母线电压数据进行采集和处理，经实验运行表明，能够实现母线电压的实时集中监测。该系统在实现自动监测的基础上还提供了故障报警、绘制趋势曲线、事件记录、历史数据查询等功能。在电力系统综合自动化变电站越来越多的今天，如果把这项远程无线集中实时监测变电站母线电压的方式进行推广实施，电力系统内各个变电站的母线电压监测数据实时上传和汇总，电力主管部门利用这些监测数据再现相当长一段时间内的电网电压变化情况，大大有助于开展整个电网范围内的负荷预测和电能质量控制；在电网事故的分析过程中，从整个电网的高度来进行分析判断事故的起因、发展和变化过程，有利于采取更加全面的预防措施保证电网的安全运行。

参考文献：

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