学院配电系统运行数据监测系统

张君慧

学院配电系统运行数据监测系统

张君慧

张君慧 孙红亮

山东工业职业学院电气工程系

概述

我院目前有三个相互独立的变配电室，由于维护人员短缺，没有专门的24小时值守人员，当发生部分停电事故时，值班维修人员不能及时掌握情况。为此设计一个运行监测系统，当变配电室出现线路停电，电流超过预警值时，通过无线发送短信到指定手机，以便于维护维修人员及时做出反应。系统主要包括：停电监测若干回路，需要监测电流预警值的若干回路，实时时钟，无线模块，GPRS模块等。可以将数据存入监测计算机，实现运行状况的长期记录。

整个学院配电系统运行监测系统的总体框图如图1所示，是由n个监测单元和一个主控单元组成。

图1 学院配电系统运行监测系统的总体框图

我们分别介绍监测单元和主控单元的组成和各部分组成的作用，我们首先看监测单元的组成，如图2所示，主控单元的框图如图3所示。

图2 监测单元框图

图3 主控单元

在图2监测单元框图中，电压监测系统输入交流电源380v，将380v交流电转换成直流电：一方面转换成3.3v的直流电供给单片机STM8S主控芯片，一方面转换成3.6～4.2v的直流电给锂电池充电。此监测系统负荷电流监测是通过霍尔电流互感器将大电流转换成小电流，并通过电流/电压变换电路将电流信号转换成电压信号，此输出电压信号送到单片机的主控芯片中。

主控芯片将监测的信息通过SPI接口送入NRF24L01无线数传模块，将信息发给主控单元。

在主控单元中，整个供电系统是220v交流电转换的直流电，一方面给主控系统供电，一方面给锂电池充电，以供故障断电时锂电池放电，维持整个主控单元的正常运行。单片机的主控芯片还是采用STM8S103。可以在按键上设置系统时钟、每个回路报警电流值（上限值）、设置短信发送号码或浏览历史记录（故障电流发生时间、断电时间、断电次数等等），这些信息可以在显示屏12846进行显示。串口可以连接打印机，GPRS模块在这里采用中兴通讯ME3000_V2模块，设置发生断电时将断电线路、时间通过短信的形式发送到指定的手机号上，以便设备与仪表维修人员能够及时进行维修，恢复供电。

电源

供电系统如图4所示，（a）图中系统输入380v交流电，通过阻容降压电路，再经过二极管的半波整流作用，最终在M1，M2间输出直流电。

（b）图中M1，M2是图（a）输出的直流电，经过降压作用，一方面给锂电池BAT1充电，一方面给U1供电。

图4 供电系统

检测单元

检测单元主要用来检测供电线路是否发生停电事故，如果发生停电的话，就将停电时间、线路等信息发到指定手机上。其检测单元框图如图5所示。

图5中将J6两相交流电在正半周数值不等时，经过降压限流电阻，将电流限制在10mA以内，电流流过光耦器件，就会在三极管输出端输出低电平；当两相交流电相交或同时出现在下半周时，没有电流输出，则三极管的输出端会持续输出高电平，这意味着某一线路出现停电事故。

图5 检测单元

无线模块

无线模块采用NRF24L01无线数传模块，该模块在接收模式下可以接收6路不同通道的数据，每一个数据通道使用不同的地址，但是共用相同的频道，也就是6个发送端和1个接收端。数据通道0是唯一的一个可以配置为40位自身地址的数据通道。1-5数据通道都为8位自身地址和32位公用地址。所以数据通道都可以设置为增强型ShockBurst模式。

GPRS模块

本文的通信模块采用中兴通讯ME300_V2模块，该模块除工作频段不同外，在硬件和结构设计上完全兼容，具有语音、短信和数据业务等功能，可以广泛应用于数据传输、无线POS、校园通、无线媒体、医疗监护、车载监控、无线广告等领域。

模块提供AT指令接口，模块通过AT指令可以方便跟外部设备进行通信。AT指令是一个接口标准，它的指令返回值和格式都是固定的。

当线路出现停电事故时，要将具体哪条线路停电及停电时间通过无线模块传送到手机上，这就需要通过AT指令进行设置。

短信发送到指定手机号上或SIM卡的某个手机号上，其设置格式如下：

输入为文本模式

AT+CMGF=1

OK

向手机号13569782212发送内容为ABC的短信

AT+CMGS=“13569782212”〈CR〉

ABC〈Ctrl+Z〉

OK

发送到存在SIM卡上的短信

+CMGW：2；短信被存到记录2

OK

AT+CMSS=2；发送到存贮在记录2中的短信

+CMSS：0；发送成功

OK；CMSS返回计数初始值0

结束语

整个监测系统的设计能够及时准确地反映供电线路的供电和停电现象，并及时反馈到运行维护人员的手机上，对故障线路及时进行维修，减少停电时间，提高了供电的可靠性和准确性。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.029