配电变压器远程监控系统

电力18讯：    
哈尔滨理工大学  陈涛  

摘要：该文介绍了配电变压器远程监控系统的设计及工作原理，包括现场远程终端的数据采集、运算、处理、远程传输和后台监控等几个方面，并以硬件框图和软件框图的方式描述整个系统的工作过程。

关键词：遥控；遥测；遥信；远程终端

中图分类号：TM764.2 文献标志码：B 文章编号：1003-0867(2008)02-0036-02

在配电变压器远程监控系统中，远程终端通过对配电变压器低压侧线路上的三相电压和三相电流的交流采样，计算出低压侧的线电压、三相电流、有功功率、无功功率、功率因数、频率，并能计算有功电量、无功电量、测量变压器温度；四路脉冲计数，记录配电变压器低压侧出口处有功脉冲电能表和无功脉冲电能表的脉冲数，由脉冲数测量出电量；八路遥信量，可检测配电变压器各种事故和开关变位；二路遥控，可对变压器的开关和电容器进行远方控制；配有RS-485 接口同智能电能表集抄器进行通信，实现远程抄表；并将所有遥测数据由RS-232 接口与TC35i 进行通信，通过GSM 网络以短信息传送给后台主站，实现多台配电变压器远程终端组网运行。

1 配电变压器远程终端的设计

配电变压器远程终端包括6 个功能单元电路：N80C196 KB 单片机存储器扩展电路、遥测电路、开关量输入电路（遥信）、脉冲量输入电路、遥控电路、通讯接口电路。这6个单元电路构成整个远程终端系统。

1.1 N80C196KB单片机存储器扩展电路

该电路由单片机，程序存储器，数据存储器，地址锁存器，地址译码器，系统时钟组成。N80C196KB 为16 位单片机，系统所有操作都由其完成。因为N80C196KB 内部没有程序存储器和数据存储器，所以需要在单片机外部对存储器进行扩展，如图1所示。


图1 单片机存储器扩展电路框图

程序存储器D3选用EPROM27C256（32 K ）存放应用程序和检查程序，数据存储器D4选用RAM61C256（32 K）存放采集数据，计算中间结果及设置参数，地址锁存器D2为单片机提供寻址地址。地址译码器D5确定了所有I/O 口的地址。12 MHz 晶振为系统时钟。这样单片机寻址能力可达64 KB 空间，并且ROM、RAM 统一编址。

1.2 遥测电路

该电路由单片机，地址译码器，2个输入缓冲器，A/D 转换器，多路选择开关，5个采样保持器，2个电压互感器（TV），3个电流互感器（TA ）组成。0～380 V 交流电压和0～6A 交流电流，经TV 和TA 互感器变成0～5V 的交流电压经采样电阻分压加到采样/保持器的输入端，进行采样保持，然后经过多路模拟开关对信号进行切换。把每路信号送到A/D 转换器的输入端进行A/D 转换，转换后的信号存放在输入缓冲器中，单片机从缓冲器中读取转换值，再利用交流算法完成有关电力参数的计算。

电网频率的检测是通过TV 把0～380V 正弦交流电压变成0～5V 的正弦交流电压经过电压跟随器及过零比较器进行过零比较，把正弦波形转换成方波，单片机对方波进行采集计算出相应的频率值。

1.3 遥信电路

在配电变压器远程终端中，有8路遥信量（开关量）输入，对变压器断电、缺相等事故信号及隔离开关开合信号进行显示，并通过GSM 网络传送给后台主站，使操作员及时发现变压器故障及开关状态。该电路由单片机、地址译码器、输入缓冲器和光电耦合器及保护电路组成。

外部开关状态经光电耦合器光电隔离后，把状态反映到输入缓冲器的输入端，CPU 对输入缓冲器进行读入操作，把状态读入CPU ，完成遥信功能。

1.4 遥控电路

该电路由单片机、输出锁存器、电平转换器、继电器组成。TC35i 通信模块由GSM 网络接收到后台主站下发的遥控命令后，首先通过RS-232 标准总线向远方终端发出遥控命令，CPU 接到遥控命令后将与遥控合或跳继电器相连的输出锁存器的相关位置转成有效，此信号再经电平转换器转换成可以驱动继电器的信号，驱动合或跳继电器动作，完成遥控功能。

1.5 接口电路

配电变压器远程终端有两个通信接口，一个是RS-232 、另一个是RS-485/RS-422，RS-232 用于与GSM通信模块进行通信，通过GSM 网络与后台计算机交换数据，RS-485/RS-422 与智能电能表集抄器进行通信，采集每个用户电能表中的电量数，通过GSM 网络传给后台主机，实现远程抄表功能，电路框图如图2所示。


图2 接口电路框图

RS-485/RS-422 接口：由单片机、光电隔离器D8 、D9（75LBC184 ）组成，收发信号通过光电隔离器后，由D8、D9进行发送和接收，当选用RS-485 方式时，D8完成收发功能。当选