配电变压器失压主动报警装置研究

石 燕 ，刘航航 ，张 霖 ，孙德达 ，孙金燕

（1.国网山东省电力公司东营市东营区供电公司，山东 东营 257091；2.国网山东省电力公司东营供电公司，山东 东营 257091）

0 引言

目前，一些老旧小区、物业代管小区及用户厂站，配网设备非智能且老化严重，极易发生故障停电或在受到线路波动干扰的情况下失压脱扣。针对上述情况，配网抢修人员无法及时、有效获取相关信息，造成故障查找困难，用户停电时间过长。为此，需要研制一种配电变压器失压主动报警装置，及时解决用户停电时间过长等问题。

目前国内对配电变压器监测的研究，仅限于在线远程监测［1-2］配电变压器的运行参数，无法精确定位故障位置［3］，研制一种低成本、高性能的配电变压器失压主动报警装置。该装置通过MSP430F5438A微控制器对信号进行处理，并基于SIM900短信模块发送告警信息，变被动抢修为主动抢修，提高了供电可靠性，提升了用户满意度。

1 设计原理

设计的配电变压器失压主动报警装置按照功能可分为电源部分、MCU （Microcontroller Unit微控制单元）部分、告警部分、固定部分，如图1所示。

图1 失电主动报警装置设计原理

装置以配电变压器出线侧电压、电流作为监测参数，通过微控制器将出线侧电压进行数字化处理，对采集到的数据进行分析、处理，定位失压配电变压器具体位置，并进行失压过流判断，生成报警信息，送入GPRS无线传输组件，GPRS无线传输组件主要由SIM900通信模块组成，可以将事故告警信息迅速准确编辑，发送至运维人员手机，确保故障第一时间通知到运维人员。

2 系统的硬件实现

2.1 电源

配电变压器失压主动报警装置的电源部分取自线路低压侧电源，内部配置锂电池。线路正常时，电源取自线路低压侧，当系统断电后，可依靠自身锂电池放电将信号正常发出。由于电路需要准确可靠地判断停电状态，及时切换至后备电源供电，锂电池必须满足续航条件，为此选取型号为TF803040（容量1000 mAh）的锂电池，循环次数大于500次。

电源电路的设计对配电变压器失压主动报警装置的性能尤为重要，为整个设计提供动力支持。电源电路需要一个可以保持固定电压同时又能向负载提供充足的驱动电流的直流电源［4］。由于系统各个功能模块和所使用芯片对电源的要求不同，系统需要5 V、12 V、3.3 V 3种不同电压大小的电源，设计电路如图2所示。

图2 电源电路设计

输入220 V电压经电源变压器降压、整流、滤波后得到12 V电压，12 V电压再经过2块LM1085芯片得到两路5 V电源：Vcc和5V-I。12 V电源主要用于输出控制，5V-I主要用于通信电路的供电，而Vcc是作为输入电压经过SPX111M稳压芯片得到3.3 V输出电压，3.3 V电源主要为CPU部分供电。

2.2 MCU

MCU部分承担整个系统的信号处理、逻辑分析及输出控制工作。装置选用具有高性能、低功耗、抗干扰能力强、质优价廉等特点的单片机——MSP430F5438A微控制器。

若配电变压器发生故障，采集到的电压电流信号经过信号处理电路发送至MCU。MCU内嵌模数转换模块，且转换精度为12位，完成模拟信号转换为12位数据并存入转换存储器。MCU对提取的电压、电流信号进行预置判断分析处理，并记录故障发生时间及位置。若出现失压过流，则触发本装置的短信告警模块发出故障报警信息。若出现失压不过流，则触发本装置的短信告警模块发出停电报警信息。

2.3 报警

10 kV架空线路输送距离长、条次多，当配电变压器失压时，需要将告警信号统一发出分级接收。装置采用SIM900短信模块的报警方式，具有成本低、可靠性高和实用性强等优点。当装置检测到异常时，通过短信模块将异常用户的编号位置发送给运维人员，使其可以第一时间接收告警报警信息，快速定位巡线位置，及时恢复用户供电。报警执行部分如图3所示。

图3 报警执行部分硬件

3 系统的软件实现

以IAR作为软件开发平台，采用C语言进行数据编程。软件设计部分主要由单片机数据处理单元和报警发送单元组成。

3.1 数据处理单元

该单元的主要功能是采集配电变压器失压数据并做出分析判断。检测判断软件采用汇编语言，把程序编写固化在微型单片机MSP430F5438A存储器内，单片机初始化后，对采集到的电压信号进行判断，程序流程如图4所示。

3.2 报警发送程序

微控单片机通过串口与SIM900实现GPRS通信［5］，当程序判断出配电变压器失压时，将立即执行报警程序，发送对应的报警短信信息至相关运行人员手机。软件流程如图5所示。

图4 逻辑判断流程

图5 发送程序软件流程

4 终端测试

经过对失压主动报警装置的软测试及硬件组装，配电变压器失压主动报警装置整体实物如图6所示。

图6 配电变压器失压主动报警装置

为了测试所研制的用户变失压主动报警装置的性能，将产品安装到某小区，模拟发生故障时的工作情况，如图7所示。

图7 现场模拟工况

通过对系统的整体调试，实现各功能模块的正常工作。中央处理器将信号采集模块所采集的信号进行处理，用户变压器失压立即告警，并将告警信号发送至运维人员手机终端。应用该装置后，由以往被动处理故障恢复用户供电变为设备失电2 s内自动发送停电信息的主动抢修。

5 结语

配电变压器失压主动报警装置简单易用，高可靠性，造价低廉，独立运行，具有推广价值。装置应用后，避免了老旧小区及非智能用户线路发生故障时，线路巡视人员的盲目巡视、难以发现故障点、巡视时间长以及用户失压后无法及时有效恢复供电等问题，变被动抢修为主动抢修，提高了供电可靠性。