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配电变压器监控终端(TTU)的硬件研究
「我国基础设施建设蓬勃发展的大背景下,电力系统网络的建设也越来越完善。作为建设坚强电网重要组成部分,保证供电网络可靠稳定的运行,显得尤为重要,其中最关键的工作就是对配电变压器(以下简称变压器)进行监控。(2020-11-30)」
【关键词】配电变压器;监控终端;硬件
  引言
  变压器是配电网络重要组成部分。目前对变压器的监控主要是过监控终端(TTU)来实现,下面我们就对监控终端的硬件电路进行详细的分析。
  一、设计原理
  由于市场需求量大,监控终端在研发的过程中,不仅要考虑它的实用性,也要考虑到它的经济性。因此,对于监控终端硬件的设计主要考虑下面四个因素。
  (一)快速性
  由于监控终端承担着非常复杂的计算任务,需要在短时间内对大量的数据进行高速运算,这就要求监控终端所使用的CPU具有较强的运算能力及较快的数据处理速度,保证CPU可以连续进行高速运算工作。
  (二)对中断的异步响应能力
  在监控终端实际的工作中,数据采集与通信信号的中断现象时有发生,这就要求监控终端的硬件电路在设计的时候就要考虑到对于中断信号的异步响应能力,这是保证整个系统能稳定运行的关键因素。
  (三)简化外部电路设计
  由于变压器外设设备较多,且处于带电运行状态,这使监控终端在安装的过程中具有一定的难度。因此,监控终端要多外设集成,简化外部电路,既提高了安装工作效率,又降低维护成本。
  (四)低功耗原則
  在设计监控终端硬件电路时,要充分考虑到功耗的问题。一方面是顺应现代电子设备向低功耗领域发展的潮流。另一方面让整个硬件系统变得更加简化,为以后增加功能模块提供便利。
  二、硬件主体结构
  (一)主电路
  监控终端的硬件设备中,主电路负责电力系统数据的采集与控制,并对采集的数据进行及时的整理,接收通信数据以及控制输出,可以说是整个硬件系统中最为重要的部分。主电路主要包括CPU、程序调试电路以及电源。而这些元器件中,CPU是最重要的组成部分。作为整个电路系统的运算控制中心,CPU的性能直接决定主电路的运行状态,要根据不同的功能要求来选择功能合适的CPU。
  (二)监控芯片
  监控芯片的作用是监控主电路中电子元器件工作运行情况,主要的功能包括低电压监控、手动复位等,是保障主电路得以稳定运行的关键环节。
  (三)实时时钟芯片
  对于电力数据来说,整个监控终端的监测工作做到快速响应。因此在硬件的主体结构中需要加入实时时钟芯片。一方面是为其数据运算提供时间向量,另一方面是为上位机提取电量参照进行计算。
  三、数据采集电路结构
  电力数据的采集有着十分重要的意义,这些数据的采集与整理不仅仅是电力网络平稳运行的可靠保障,同时也是为今后优化供电网络提供数据上的支持。对于监控终端而言,数据采集电路是非常重要的组成部分。具体来说,数据采集电路包括变压器运行温度采集电路、交流数据采集电路两种。变压器温度采集电路对变压器的工作时的温度进行实时监控与采集,并通过在主电路CPU中设定的阈值,对变压器温度的异常波动做出快速的反应与信息反馈。而交流数据采集电路通过互感器及模拟信号调整电路的联动,进行交流数据的计算工作,获得交流采样数据。
  四、状态信息采集设计
  配电系统的状态量信息主要是指设备运行状态信息以及遥信状态信息,通过这两种状态信息的采集可以对监控终端运行过程中的电路、芯片的运行信息进行准确的收集。
  五、通信接口电路
  为了满足当今社会对于供电网络的需求,对于供电设施进行配电自动化的改造是十分必要的。在供电自动化系统中,出现的远程遥控技术、远程数据采集、故障远程定位等功能,而这些功能的平稳运行都离不开监控终端中的通信接口电路,在设计通信接口的时候,要注意以下几点。
  (一)经济性
  通信接口电路虽然重要,但是其工作原理相对比较简单,在设计的时候在保证稳定性的同时也要兼顾成本的控制,影响硬件设备的经济性。
  (二)稳定性
  变压器绝大多数都是安装于露天环境中,而监控终端设备安装在变压器附近,同时经受酸雨,盐雾,潮湿和紫外线这四大主要环境因素的考验,特别是雨水的渗入以及电磁场的干扰,对于硬件设备的稳定性产生很大威胁。因此在设计通信接口电路方案时,应考虑降低这些不利因素的影响。
  (三)双向通信能力
  为了更好地对监控终端系统进行远程控制,其通信接口电路须配置双向通信的模块,不仅要输出电路数据信号,还要接受到远程终端所发出的各种指令信号,以保证监控终端的高效与可靠运行。
  (四)便于扩展
  随着时代的不断发展,城市的供电网络建设也在飞速增长,为了全面保障电力监控系统稳定性,就要对信息接口电路进行预设接口处理,选择扩展通信接口的功能模块,以满足多种方式通信的需求。
  六、抗干扰装置
  由于监控终端常常安装在自然条件恶劣的地区,想要保证稳定运行,就要做好防电磁干扰措施。针对电磁干扰多以脉冲的形式出现的特点,可以从供电系统、过程通道干扰以及辐射干扰这三个方面,采用硬件与软件抗干扰结合的方式来应对,而在硬件抗干扰方面,主要通过加装交流稳压器、屏蔽层、低通滤波器等装置。
  七、结束语
  变压器监控终端是监控和保障配电网络平稳运行的关键设备之一,要确保整个变压器监控终端的稳定运行,需不断优化其硬件电路设计方案,做好硬件设备的升级与维护工作。
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  (作者单位:平高集团智能电气有限公司)
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