配电变压器在电力系统中具有设备数量多、需监控范围广、监控数据量大、配置分散的特点，需要采集和传输的数据量很大，基于GPRS/GSM等2G网络的监测系统因数据传输速率较低已无法满足对配变进行高质量实时监测的要求。
【摘要】本文采用TD-SCDMA(3G)通信技术实现对配电变压器监测参数的远程在线传输，并利用LabVIEW虚拟仪器技术开发监测主站(上位机)软件，对配电变压器运行参数进行分析、处理与显示，实现资源共享和远程监测。
【关键词】电力工程师论文,TD-SCDMA(3G),LabVIEW,配电变压器,在线监测
引言
本文针对电力系统对配电变压器的监测要求，设计了基于中国移动的TD�SCDMA(3G)通信网络的配变远程在线监测系统，借助3G网络的高速率、高抗干扰性、高频谱利用率、高灵活性和低成本等优点[1-3]，可全面实现对配电变压器的运行参数的实时采集和高速传输。同时，为满足对大量的配变运行数据进行分析、处理和信息管理的要求，在上位机中利用美国国家仪器(NI)公司的LabVIEW软件开发了配变运行参数的数据采集、波形显示和数据管理系统。
1、系统总体结构设计
系统由配变监测终端和监测主站(上位机)两大部分组成，总体结构如图1所示。监测终端安装在配电变压器现场，实现对配电变压器的三相电参量、变压器油温等信号的采集、上传和就地监测功能，配置于不同地理位置的多个监测终端通过3G通信网络将监测数据上传至监测主站;监测主站利用LabVIEW软件完成人机操作、信号分析、数据显示、系统管理和给各监测终端发送命令的功能，并兼有数据管理、网络化监控、资源共享等功能。
2、配变监测终端
综合考虑系统对配电变压器在线监测的精度、速率、稳定性、可靠性、成本等指标要求，以ATmega128单片机为核心，结合三相电参量测量模块、3G模块和温度变送器，设计综合性能优良的配电远程监测终端，负责对配电变压器的三相电参量运行数据以及油温数据进行采集，并通过3G网络与监测主站进行双向数据通信。
2.1 三相电参量测量
电参量测量选用山东力创科技有限公司的EDA9033D智能型三相电参数综合采集模块，配变二次侧的三相电信号经PT、CT进行信号调理后接入EDA9033D模块，该模块以ARM7嵌入式处理器为核心，可实现对三相电压、三相电流、有功/无功功率、功率因数、基波有功/无功、谐波有功、基波无功、频率、正反向有功电量、正反向无功电量等电参数的高精度计量和存储，电量测量精度达0.5级，数据更新周期最小可达40ms，并具有超限报警和脉冲输出功能。
EDA9033D模块的工作由ATmega128单片机进行控制，考虑抗电磁干扰和传输距离等方面的要求，二者通过RS-485总线进行通信(图1中ATmega128的串口0经RS-232 TO RS-485转换电路后与EDA9033D的二线制RS-485接口相连)。ATmega128单片机一方面将监测主站通过3G网络发送来的控制命令转换成MODBUS-RTU通讯规约语句后，发送给EDA9033D模块以设置其测量数据类型、量程、采样周期、报警上下限、通信速率等工作参数，另一方面将 EDA9033D测量到的配变运行参数通过3G模块上传至监测主站，同时，ATmega128配置有LCD触摸屏，供工作人员在现场与监测终端进行数据读取、参数设置等人机交互操作。
2.2 变压器油温测量
本系统将Pt100热电阻插入配变的测温孔，通过温度变送器将油温转换为1～5V DC标准电压信号后，由ATmega128单片机使用自带的10位ADC进行采样，在对采样数据进行滤波和非线性校正后计算出配变油温，并根据监测主站的控制命令将油温数据上传至监测主站，以反映运行负荷和环境温度等参数。
2.3 3G通信系统的选择
本系统采用中国移动TD-SCDMA(3G)标准的CM8250P模块(厦门才茂通信科技有限公司产品)作为连接监测终端和监测主站的通信节点。
在设计中采用了配变监测终端与监测中心(上位机)间通过TD-SCDMA(3G)网络与Internet网结合的组网方案。配变监测终端中的 ATmega128主控制器通过RS-232串口(图1中的串口1)与CM8250P(3G)模块连接，利用CM8250P登陆3G网络，再与连接在 Internet的网上监测主站建立连接，然后将采集到的配变三相电参量和油温数据经3G网络上传至监测中心。为提高通信的可靠性和稳定性，监测中心配置为公网固定IP，同时，为简化软件设计，监测主站使用TCP2COM软件将CM8250P模块上传的TCP数据转换为虚拟串口COM数据，在 LabVIEW虚拟仪器软件应用VISA串口读写工具进行串口读写。监测主站下发的控制命令也是利用TD-SCDMA网络经CM8250P模块发送给监测终端。
3、监测主站设计
LabVIEW是美国NI公司推出的一款基于PC平台的图形化编程开发环境，拥有丰富的函数库和工具包，支持常用的网络协议，具备强大的数据采集、信号处理、可视化分析和网络化测控功能。利用LabVIEW开发虚拟仪器，具有开发时间短、成本低、功能灵活、可移植性强等优点，已在电力系统测控领域得到广泛应用[4-6]。本系统基于LabVIEW开发配电变压器监测主站软件，主要完成配变数据的读取与显示、数据分析、数据库管理等功能
3.1 配电变压器监测数据的读取与波形显示
利用LabVIEW的VISA工具模板中的 VISA configure Serial Port.vi配置好串口参数后，即可利用VISA 读取.vi获取经虚拟串口COM中上传的配变监测数据。监控终端上传的数据帧格式为“01 03 00 gg hh ii jj kk An data1 data2 data3 data4 data5 data6”，共15个字节，其中gg、hh、ii、jj、kk等5个字节根据读取的三相电参量的通讯规约来确定。An中的n范围为1～C，对应需监测的十二组数据，上位机能根据该字节判断本数据帧对应哪组参数，data1～data6则为真正要处理和显示的数据，配变三相电参量的数据是以补码形式上传的，需要转换为原码之后才能进行显示，例如，三相有功功率数据读取和处理显示的程序框图如图2所示。 在监控界面中使用9个波形图表模板显示三相电参量曲线，界面如图3所示。
监测主站还通过自定义的通信协议，向监测终端发送控制命令，设置监测终端的数据采集与上传周期、数据类型等参数，控制命令数据帧格式为“EB 0B x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 91”共11个字节，其中EB为起始字节，0B为帧长度，x1为数据上传与否的控制位，x2为数据采集的周期设定参数，当x2为00、01、02、03 时，数据采集上传周期分别为1s、2s、5s、10s;x8为通信协议的校验和，监测终端命令帧的 x8=0B+x1+x2+x3+x4+x5+x6+x7，则说明接收到的命令数据无误。
监测主站不仅能对变压器运行参数进行实时监测，还可以利用LabVIEW的数据分析模板，通过对数据进行分析实现故障报警、异常事件诊断与处理等功能。
配变监测数据查询界面如图4所示。
4、结束语
本系统基于3G通信技术，实现对配变电压器的运行参数的实时在线监测，并利用功能强大的LabVIEW虚拟仪器技术构建监测主站，相对于传统的配变监测仪器具有成本低、功能灵活的优点，能随时监测变压器的工作状况和相应地分析实时运行数据对突发事故进行预测，避免恶性事故发生。
参考文献
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