（1.国网上海市电力公司青浦供电公司 上海 201799；2.上海置信电气非晶有限公司 上海 200335）
摘要：本文针对配电变压器监测的需求，设计了一种基于ARM嵌入式技术的变压器监测终端系统。本文首先针对电网需求进行了系统模块总体设计，其次考虑到部分地区移动网络存在信号盲区的问题，本文采用北斗短报文通信方式保障信息传输的安全稳定，并据此设计了硬件部分，最后设计了软件系统。
关键词：ARM嵌入式；变压器监测；北斗通信；状态预警
1 引言
电力是国民经济的命脉，作为电力系统的重要一环，配电网安全稳定运行一直是电力行业的重点关注问题。国家电网的建设目标是2021年全面建成智能运检体系，为了实现这一目标，要求对配电网中的重要设备——配电变压器进行监控、诊断与控制，通过实时监测，可以及时解变压器的运行情况。
配电变压器监测终端单元TTU（Transformer Termianl Unit）是采集配电变压器与非电量数据，监测变压器实时运行情况、传递参数和故障信息的装置。目前关于TTU，国内外已经有了一些研究：文献[1]利用物联网技术开发变压器远程监测系统；文献[2]介绍了一种基于LTE-4G网络的新型电力变压器监控方式；文献[3]利用GPRS网络技术设计了变压器的运行监控系统；文献[4] 结合当下物联网技术,提出了基于3G技术的变压器远程监测系统；文献[5]设计了一种具有故障-反馈和需求-反馈的智能监控终端；文献[6]介绍了一种以ARM微控制器为核心的配电变压器监测终端的设计方案。然而上述文献在信息传输方面基本都采用普遍采用GPRS,在地理偏僻、环境恶劣的地方，GPRS网络由于受到地理环境的限制，存在信号盲区，难以保障TTU远程数据传输的持续稳定性。
本文基于ARM技术，提出了变压器监测终端系统的设计方案，并将国家近年大力建设的北斗通信用于TTU中，运用北斗卫星短报文通信功能保障TTU信息传输的持续可靠性，并完成配套实施方案。
2 系统模块设计
TTU的技术指标为：1可采集的数据有：交流电压、交流电流、有功、无功、频率、电量、功率因数、变压器油温、油箱内气体等，并实现远程抄表。2采集的状态量可以实现远程传送，并可以在终端显示。可采集开关信号和异常信号，实现信号记录。3实现故障监测和遥测的越界警报，保存数据后可实现故障预警。
传感器将采集的到信息传到ARM处理器的管脚上，ARM处理器将管脚上的信息进行处理后通过北斗短信息板卡传到北斗卫星上在由北斗卫星发给监测中心。图1为监测终端的整体设计原理图。
图1配电监测终端整体结构设计框图
3 主要电路设计
3.1 ARM嵌入式模块
嵌入式系统是一种嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统，用于使系统运作效率和成本最优化，可以支持多任务实时操作[7]。ARM技术就是一种嵌入式的结构，具有高效、实时多任务的特性。ARM的硬件使用要配合Linux系统，Linux是一种自由和开放源码的类UNIX的操作系统，可安装在各种计算机的硬件设备里。
ARM嵌入式模块也就是TTU系统的主控模块，所用芯片是LPC2131芯片。LPC2131是一个基于实时仿真和嵌入式跟踪的32/16位ARM7微控制器，并带有512KB的嵌入的高速Flash存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。LPC2131还有多达32位定时器、1个10位8路ADC、10位DAC、PWM通道和47个GPIO以及多达9个边沿或电平触发的外部中断，这使它特别适用于工业控制领域，本文因此选用该芯片作为主控芯片。
3.2 电源电路设计
为了保证电网因故断电后，TTU系统仍能够正常运行，本文参考文献[8]采用12V的蓄电池作为TTU系统的后备电源，电源电路设计图如图2：
图2 电源电路图
当电网正常运行的时候会产生两个电压：+5V的输出电压供北斗短报文通信模块使用，3.3V的电压供电能计量芯片MAXQ3180和ARM芯片使用。同时电网正常运行时，220V的交流电会对系统的备用电源——12V的铅酸蓄电池进行充电。
图3软件系统设计流程图
3.3 北斗通信模块
目前关于TTU的研究传送信息的方式大部分都是通过以GPRS为
主要通信方式, 然而配电变压器很多都分布在地理偏僻、环境恶劣的地方，这些地方的移动网络由于受到地理环境的限制，存在信号盲区，难以保障TTU远程数据传输的持续稳定性[8-9]。因此本文选用北斗系统来传输监测信息。
中国北斗卫星导航系统是中国自行研制的全球卫星导航系统[10]。它可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力[11]。近几年北斗系统在电力行业的应用已经逐步展开[8-11]，本文即是利用北斗系统能够通过短报文通信来安全稳定地传输信息的功能。
本文的北斗模块采用的是深圳融辉信息科技公司的RD0538D模块。RD0538D是一款北斗RDSS单模模块，其内部集成了北斗RDSS射频收发芯片DT-A6、RDSS基带芯片TD1100A、5W功放芯片LXK6618及其他LNA电路，通过外接SIM卡和无源天线即可现北斗RDSS的短报文通信功能和TI星定位功能。
4.软件系统设计
系统软件设计流程如图3：系统各模块初始化成功之后，将检测到的参数通过高低电平的方式发到嵌入式芯片LPC2131的管脚上，LPC2131会读取管脚电平状态并进行处理。
5 结论
本文基于ARM技术，设计了一种变压器监测终端系统。为了改善以往研究中，部分地区通信信号不佳致使终端监测信息无法正常传输的问题，本文终端系统通信采用北斗短报文模块发报。该系统通过无源无线传感器采集变压器的状态数据，通过北斗模块实现了远程通信和数据传输，最后设计了软件系统。
参考文献：
[1]周超，何文华，熊树生.基于物联网的变压器远程监测系统开发[J].现代机械，2018,2:59-62.
[2]彭伟谦. 电力变压器监控系统[J].电子世界, 2016,22(72):107-109.
[3]梁吉山，段荣霞，张弛. 变压器运行状态监测系统的研究与设计[J].自动化技术与应用,2018,37(2):117-119.
[4]姜振军，潘文佳，胡增辩. 电力变压器远程监测系统硬件开发[J].电力学报，2018,33(1)：60-64.
论文作者:王建高1,徐友刚1,田野2,顾伟2,王静2,袁靖2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/2/15
标签：北斗论文; 变压器论文; 终端论文; 系统论文; 模块论文; 通信论文; 报文论文; 《电力设备》2018年第25期论文;