（广东电网有限责任公司潮州供电局 广东潮州 521000）
摘要：针对目前变电运行设备状态的固有在线监测模式，提出了一款移动式变电设备运行工况在线监测装置的设计和应用。本装置采用无纸记录仪作为核心记录元件，配合相应的传感器元件，利用GPRS-DTU数据传输，运行于物联网平台。可实现对噪声、温度、电流等基本电气参数的实时监测及多维度设备状态同时记录，具有安装简易、配置灵活、使用及维护简便等特点，是减少运行人员值守强度及监视设备发生故障时的有效补充监测手段。
关键词：无纸记录仪；变电设备；移动式；在线监测
1 必要性
变电设备是变电站乃至电力系统的重要组成单元，变电设备的安全稳定运行状态对整个电网系统的可靠运行起着支撑作用，且随着系统规模的飞速发展和智能电网的全力建设，这种作用尤为显著。变电设备的在线状态监测[1]是掌握其运行状态的一项重要手段，同时也是变电设备智能化的基础。现有变电设备的在线状态监测系统[2]可通过安装不同的传感器来实现对不同变电设备运行状态的监测，但为使运行人员能够准确地掌握变电设备的运行状态、及时发现运行设备状态异常，移动式变电设备运行工况在线监测装置的实现便成了一种迫切需求。
2 总体设计
本装置采用无纸记录仪[3][4]作为核心记录元件，配合不同的高精度传感器元件，通过GPRS-DTU数据传输方式，运行于物联网平台。能够实现对电气设备温度、湿度、电流、电压、直流母线绝缘、断路器位置、现场声音、气体压力、报警信号等运行参数的监测，可完成同时16个通道数据的实时监测，并具备超限报警、短信或微信提醒功能，记录可超过30天的监测数据用于数据分析，同时具备远程监视功能。该装置对温度记录做到非接触式，特别适应于大电流开关柜、户内变压器等电气设备状态的实时监测，是对已安装物理性在线监视装置的设备，在监视设备发生故障时的有效补充监测手段。同样适合用于试验研究，可同进对某个设备实施全方位的数据采集和记录，分析更加简单和直观。装置外观采用铝制机箱，交流电源供电，安装直接采用磁贴吸附于高压开关柜上，传感器同样采用磁吸原理，安装简易、使用方便、设置灵活，更适合于班组层面的配置。图1是本装置的总体设计框图。
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图1 总体设计框图
3 主要硬件结构及功能
3.1无纸记录仪
无纸记录仪内部结构如图2所示，系统的主要组成部分由采集控制单元、ARM核心底层硬件单元、系统支撑层单元和功能层软件单元构成。系统可连接最多16路不同类型的传感器对变电设备的物理量进行实时采集记录、显示控制，可通过无线或U盘等存储设备将采集记录的数据转发或转存给上位机，便于做进一步的分析处理。
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图2 无纸记录仪内部结构框图
本装置出于不同变电设备处于不同工作环境可能出现的恶劣情况考虑，ARM核心底层硬件单元采用比ARM7工作稳定、性能更为优越的ARM9高端内核芯片，其技术特征如下：（1）7寸高清彩色液晶显示屏；（2）电阻式触控操作；（3）ARM9工业级高端处理器；（4）内存：64M，记录容量：2G；（5）支持无线传输；（6）USB2.0高速接口。
无纸记录仪的数据接收由采集控制单元完成；功能层软件单元主要包括物理量计算、分通道显示、图形显示选择、数据记录、数据分析及历史数据回看、数据转发与存储等。其中利用无线网络传输特性可以将实时数据传送至物联网平台进行数据共享，不仅可以在本装置上实时显示和进行数据处理，也可以在其它PC机或者进一步在APP上进行数据的实时显示与分析。同时功能层软件单元还嵌有报警限制模块，可对所采集物理量进行需要的上下限设置，方便对变电设备运行状态的实时跟踪。
3.2信号输入
本装置输入信号框图如图3所示。
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3.3 USB接口及与上位机连接
本装置USB接口采用v2.0高速数据传输协议，主要用于数据导出，可将采集数据导入到电脑，用于后期数据的分析处理。也可将数据通过无线网络通讯传输至物联网平台，便于运行人员实时监控变电设备的运行状态。
3.4 人机交互
本装置显示分为设置模式和监控模式两种显示情况。各显示界面间的切换采用按键操控和触屏操控两种方式。
（1）设置模式界面
①输入设置界面：选择要设定的采样通道，针对该通道进行输入类型、量程上下限、显示单位、误差修正等参数设置。
②控制设置界面：对所选定采样通道设置PID调节系数、控制周期、输出上下限等参数。
③系统设置界面：用于设置系统时间、显示的最大通道数量、数据记录间隔、通讯参数、报警定义等系统参数。
④系统工具界面：包含通道设置参数复制、通道控制参数复制触屏校准、格式化、恢复默认设置、清空数据等小工具。
（2）监控模式界面
①实时曲线界面：用波形方式显示当前采样通道的实时数据，最多可显示16个通道数据。能显示实时曲线点数取决于系统设置中的曲线间隔。
②实时棒图界面：用于显示当前实测值，便于查看当前通道是否有超限。
③历史曲线界面：与实时曲线界面基本相同，可直接输入开始与结束时间进行查询。
④历史表格界面：输入查询时间可查看日积、月积、年积历史数据报表。
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图4 装置实物连接图
4 装置整体效果测试
将本装置放置于某220kV变电站10kV高压室，装置本体及测温探头利用磁吸原理吸附于高压开关柜柜体表面，现场实际测量开关柜正常运行时隔离刀闸触头温度，整体连接如图4所示。
由图4可以看出，目前现场连接了两通道测量，装置连接简便，可实现现场被测物温度可视化，同时结合本装置的上下限报警功能，实现温度连续全程监控，也可在保供电或特需时段进行。通过本装置的GPRS-DTU数据传输功能，利用移动终端连接物联网进行实时监测，在现场和非现场装置监测效果如图5所示。
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图5 装置现场和非现场监测图
由实际测试与应用可知，本装置可实现移动式地对变电设备运行工况进行在线监测，极大地降低了运行人员的值守强度，同时也实现了在任意时刻和地点对所关注的设备运行状态的实时监测，可有效预防设备事故的发生，及早发现设备缺陷，为电网安全稳定运行提供了一种简单易行的监测手段。
5 结论
本装置可应用于现场多信号的监测与试验，对有异常温度的高压柜设备可简单安装即实现远程监视和报警，对已实现温度在线监测装置的柜体，当测温装置故障时，本装置可作为补充监测手段，完善设备的在线状态监测。在本装置实现移动式监测变电设备运行状态的基础上，继续开发和植入新的监测功能是本文今后需要大力开展的工作。
参考文献：
[1]杨虹，张来福，姜敏等.输变电设备在线监测及诊断技术的研究[J].现代电子技术[J]，2017，40（9）：163-165；
[2]李剑，张劲，王灿等.变电设备物联网一体化智能监测装置研究[J].高电压技术[J]，2015，41（12）：3881-3887；
[3]刘立阳，张金成.基于ARM&WinCE的无纸记录仪[J].仪表技术与传感器，2011（8）：28-30；
[4]朱松林.基于STM32F103ZE的无纸记录仪设计与开发[D].华东理工大学，2012.
作者简介：
成凤东（1987-），男，从事电气工程自动化技术研究。
论文作者:成凤东,陈伟杰
论文发表刊物:《河南电力》2018年3期
论文发表时间:2018/6/27
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