基于嵌入式的智能变电站变压器在线监测系统研究

引 言

在科技飞速发展的今天，电能的重要性日益突显，对于电力系统稳定性和可靠性的要求也更加严格。随着传感器和通信等相关技术日渐成熟，作为电力系统中关键部分的变电站由传统人工值守向数字化、网络化方向发展已是必然趋势。因此， 基于数字化变电站提出了智能变电站的概念，即采用现代先进的传感器、电子、信息、通信、控制及软件技术，构建统一的应用平台。本文提出了基于嵌入式的智能变电站在线监测系统， 可极大地提高工作效率，减少人工成本的投入。

1 监测系统的总体概述

在电力系统中，绝大多数变压器都是油浸式变压器。不同的运行状态会导致不同的气体溶于油中，故监测的主要方式是监测绝缘油中的气体变化，即气象色谱法。本文系统的工作方式如图 1 所示。首先通过传感器采集油中气体的实时数据， 利用数据处理单元对数据进行处理，然后由嵌入式系统对数据进行整合并上传至上位机，使用相关算法对变压器工作状态进行判断，最终实现对变压器的实时在线监测。

                                                                                                                                                           图1 系统工作方式

2 监测系统硬件设计

硬件部分主要由传感器采集模块、信号预处理模块、ARM 处理器控制模块、通信模块组成。通过上述模块可对变压器的实时运行状态进行在线监测，提高电力系统的稳定性。

2.1 传感器采集模块

若要对变压器进行在线监测，气体采集检测过程至关重要。对绝缘油中的气体采集 ：先对其进行油气分离，之后将分离的气体保存在气室中。由于该气体是多种气体的混合，且各组成部分在色谱柱中的流速不同，故可利用色谱柱进行分离。传感器按顺序对分离后的气体浓度进行采集，随后全部转化成电信号传送至数据处理模块进行分析。根据油色谱法原理， 需要对气体中的H2，CO，CO2，CH4，C2H2，C2H4，C2H6 浓度进行测量。本文系统采用 SnO2 半导体气体传感器，该类型传感器可以很好地检测上述气体并且其价格相对较低，经济实惠。

2.2 信号预处理

因为传感器采集到的信号通常十分微弱，并且可能含有噪音信号的干扰，对数据处理影响很大，所以需要对传感器信号进行预处理。本文系统增加了放大与滤波电路，方便后续处理。

2.3 ARM处理器模块

本文系统采用 Atmel 公司的 AT91SAM9261 作为主控芯片，对采集到的信号进行处理分析。该芯片拓展了 Jazelle Java 加速器以及 DSP 指令集，极大地丰富了集成接口，也使其调试范围更加宽泛，性能非常优越，最高可达 210 MIPS。芯片功耗较低，是外部总线接口，可同时支持静态存储器， DRAM，NandFLASH 和CompactFLASH。

在该芯片内写入事先编好的监测软件，经过预处理的信号送入芯片后，其迅速计算分析相关气体浓度信号，结合预设好的算法做出相应的判断，结果通过通信模块传至上位机。工作人员可实时得到变压器运行状态，如果发生故障也可及时处理，避免意外发生，节约大量的人工成本。

3 监测系统软件设计

软件部分基于嵌入式系统软件开发设计完成，其中最重要的是算法的选择。监测系统有较多的算法可以实现，但是通过比较分析，本文系统最终选择了神经网络算法。由于需要对气体浓度进行相关计算处理，所以要求相比一般的系统更高，故将 μC/0S-II 作为软件开发平台。该平台的调试开发都可在软件环境下进行，简洁方便。软件程序流程如图 2 所示。

4 结 语

本文利用嵌入式系统基于 ARM 处理器对智能变电站变压器的在线监测系统进行设计。通过该系统，智能变电站的工作人员无需到现场就可通过上位机对变压器的运行状态进行监测，可有效降低变压器突然故障带来的损失，同时节省了大量的人力、物力，安全智能，对智能变电站的发展具有重大意义。