电力设备远程监控

电气设备与网络一体化

摘要：针对电力系统管理自动化和网络化的需求，依托GPRS网络，构建了一个无线的、实时的、多对象的电力设备远程监控系统。系统具有传输速率高、成本低并能够直接与Internet互连等特点，能对变电所电力设备运行参数进行实时远程监控。在了解电力设备远程监控系统的现状和发展前景的基础上提出了采用ARM微处理器操作系统的电力设备远程无线监控系统的总体设计方案。利用Motolora的G20作为GPRS通信模块对系统现场终端的硬件进行设计，提高了系统的运行速度和数据处理能力。

关键词：远程监控电力系统 GPRS网络

1 绪论

1.1 研究背景、目的及意义

本论文是针对电力部门对供配电系统管理的自动化、网络化及“无人值守”变电所需求提出来的，在GPRS网络成熟商用的基础上开发出能够实时监控变电所中变压器等电力设备运行参数的远程无线监控系统。

当前，我国经济遵循可持续发展战略，进入了稳步增长时期，能源特别是电力仍然是制约经济发展的重要因素之一，所以在加快发电能力建设的同时，进一步改进和提高电力设备的监控能力是十分必要的。电力设备的远程监控是近年来发展迅速并受到人们日益关注的一个新的研究领域，也是目前国内外的一个研究热点。电力系统的地理范围覆盖广、供配电变压器节点多，电力网络线路复杂，从发电厂经升压变压器到输电线路，再经降压变压器到用户网络，存在许多需要实时监控的电力设备和计量节点。采用远程监控系统将对电力系统的安全有效运行有着重要意义，其经济效益和社会效益非常显著。我国目前电力系统的管理自动化水平不高，效率低，大部分靠人力来建设、运营、管理和维护。为节省人力、财力、物力，提高管理水平，电力系统管理的自动化是必然趋势，网络化是必然结果。目前各类监控系统在实用性方面还存在一些不足，其中主要影响因素集中在数据远程通信和测控环节，主要表现为通信误码率高、数据误差大和易丢失。专网投入资金大、建设周期长、运行维护要求高、数据实时性与同步性差等，比较好的做法是借助于现有的公共网络:计算机网络、公共电话网络、有线电视网络。

考虑到监控系统的实时性要求，从运营成本上应首选计算机网络。但对于一些偏远地区，因特网接入的几种介质如光缆、双绞线、电话线等很难铺设到目的地，采用电力载波调制的接入方式其抗电网干扰始终是个问题。综上所述，采用无线的接入方式成为必然选择。而要达到如此大面积的覆盖范围，移动通信网便是最好的选择。

1.2 电力设备远程监控的发展现状

20世纪90年代以来，电力设备监控己成为供电部门最重要的任务之一。我国对电力设备远程监控技术的研究与应用起步较晚，但随着电力企业的快速增长及电网改造工作的全面深入，电力设备远程监控行业得到了迅速发展。据不完全统计，全国从事电力设备远程监控系统生产和研制的单位己有100余家，国家知识产权局受理的自动抄表系统的专利己有近200项。

电力设备的安全运行非常重要，任何意外故障都可能造成重大事故，停电会带来巨大的经济损失，这在当前竞争日趋激烈的环境下尤为显著，而电力设备本身是贵重资产并消耗大量维护费用。计算机技术、传感器技术、信号处理技术以及人工智能技术的发展使得对电力设备有效的监控成为可能。随着监控系统在可靠性、智能化和经济性方面的进一步提高，监控技术将在电力系统中获得广泛应用。电力设备监控在很多方面仍处发展之中，当前的研究工作主要集中在监控系统的灵敏性、可靠性、自动化和网络化以及降低成本等方面。

GPRS是欧洲电信标准化协会(ETSI)从1993年开始研究制定的，于1998年基本完成，作为向3G标准过渡的中间方案。中国移动通信集团公司在引进欧洲技术的基础上，基本完成了GSM网的GPRS升级，在全国的好多城市提供了较高质量的GPRS相应服务。该网络近几年正式运营的实践证明了其稳定性和可靠性，针对该网络局部性能的研究与改进也一直在进行。

世界各国都在积极开展变电所“无人值守”等电力设备监控方面的研究工作，很多发达国家均在220KV以上的大型变电所全面实现无人值守。美国和法国率先完成了无人值守变电所的改造工作。日本比之较晚，在1955年以前主要采用电话调度和就地手动操作的方式，1955年以后推广应用遥控，逐步发展无人值守变电所，70年代初无人值班变电所达60%以上，1975年引入计算机集中监控系统促进了变电所自动化的发展，80年代已经有90%以上的变电所实现了无人值守，直至今日也已基本完成中、小型变电所应用远程监

控技术实现了无人值守的改造。

1.3 电力设备远程监控的发展前景

电力设备远程监控的发展前景非常广阔，这依赖于各种相关技术的发展。其中主要是嵌入式系统技术、通信技术和计算机网络技术。

嵌入式系统((Embedded System)是以应用为中心、以计算机技术为基础的，软硬件可裁剪，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗等指标严格要求的专用计算机系统[。进入20世纪90年代，嵌入式技术全面展开，目前己成为通信和消费类产品的共同发展方向。嵌入式系统可以用于A TM机、自动售货机、工业控制等专用设备和移动通信设备、GPS、娱乐等的相互结合。所有上述产品中，都离不开嵌入式系统技术。可以预见，将嵌入式技术应用于电力远程监控系统能充分发挥嵌入式技术的优势。基于Internet的电力远程监控技术实际是在现场设备中嵌入Internet技术或在设备中安装嵌入Internet技术的网络部件，也就是说，把TCP/IP协议作为一种嵌入式应用，从而实现接入Internet的功能。

随着通信和网络技术的发展，移动IP(Internet Protocol)开始从过去的希望变成现实。事实上，从GSM移动蜂窝通信系统诞生的那一天起，移动通信就具有数据通信能力，主要是基于9.6kbit/s电路型数据业务，如中文短消息服务。在发展数据通信的过程中，不断采用新技术，增加传输带宽，进一步引进数据业务，尤其是与Internet相结合的数据业务。移动Internet正是在这时候开始从概念阶段走上业务发展的前台，成为移动通信的主流发展趋势。GPRS就是在这种条件下应运而生的，它解决了移动IP所面临的问题，满足了初步的要求。它成为移动IP的理想解决方案，在向3G过渡的过程中起到很重要的作用。从GPRS投入商用以来在各个领域得到了广泛的应用。

GPRS网络传输速度快，永远在线。用GPRS技术实现的监控系统，实时性强，安全可靠，按流量计费，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。而且系统具有网络覆盖范围广，抗干扰能力强，通信速度快，通信误码率低等优点，并且完全利用GSM和GPRS移动通信网络，其建设和运行成本低m。随着GPRS网络技术的不断发展，构筑在GPRS网上的远程无线监控系统必然能与移动通信技术的发展同步，因而具有广阔的前景。