智能化配电变压器监控系统设计

广州正航电力工程有限公司 刘正长

在响应国家推行的5G 网络技术、“双碳”新能源特点和政策的基础上，实现配电变压器更智能、更节能、更安全运行的目标，利用监控系统的设计，能够感知设备运行状态，从而建立智能化配电变压器实时性监控模式，就能更好地完成数据的汇总和分析，提高数据管理的可靠性。传统的监测软件存在功能单一且整体结构应用效率不足的问题，而配合监控软件的智能化控制系统能最大程度上实现编程语言的模块化处理，保证工程化设计的规范性和科学性[1]。

1 智能化配电变压器监控系统设计方案

本文以智能化配电变压器监控系统设计项目为研究对象，匹配相应的监控软件系统模式，能实现现有管理系统和配电变压器的信息交互，提升数据分析的准确性和科学性。

1.1 整体架构

在完成智能化配变监控系统设计工作前，要明确系统应用设计的意义，并结合整体设计方案的规范要求开展相关设计工作，设定标准化的框架体系，从而丰富整体设计内容，结合配变监控系统的控制要求，整体架构主要分为配变监控中心、通信网络和配变监控终端（图1）。

图1 架构示意图

配变监控终端。作为整个系统的关键组成部分之一，一般安装在配变设备的固定位置，利用配变运行的实时性电压参数、电流参数、油温控制参数等就能建立有效的数据分析模式，并汇总基础数据，将其作为后续监控系统具体功能开展的基础依据，并借助通信网络实现数据长传、到达配变监控中心。

通信网络。利用计算机网络和GPRS 技术就能实时性分析数据信息，搭建VPN 专网模式，借助专网信息富集和信息管理的手段完成信息的汇总，并了解信息的关键词和关联性，在此基础上有效实现数据加密、身份认证等具体工作，确保能发挥技术信息数据的优势作用，从而一定程度上实现数据阐述的安全性和保密性要求[2]。

数据监控中心。终端模式中配变监控中心包括监控主机、数据库服务器及通信管理机等基础内容，不仅能为系统数据交互提供保障，还能更好地完成配变基础档案信息的管理工作。配变监控终端能搭建综合分析模式，建立数据运行机制的同时了解配变实时性运行状态，配合故障预警模块就能减少安全隐患问题。

1.2 方案设计目标

对变压器自电源侧配电设备与负荷侧配电设备运行情况的监测、配电房内的环境监测数据进行交换，将监测数据通过网络传输到后台（监控中心、调度中心等）完成分析，做到状态环境可视化、预判预警、阶段性自主调整负荷容量的合理分配降低损耗，状态信息推送等系统性设计。进而使配电变压器在安全、性能、能效、环保低碳等方面做到绿色运行。

1.3 配变监控终端

在配变监控终端中，电压互感器、电流互感器和油温互感器是关键的数据收集汇总元件，借助对应的设备就能建立实时性信息的处理和数据的综合控制，以便于监控终端能落实相应的工作内容，维持运行的合理性，并且配合信号采集调理、扩展功能模块处理、开入开出模块处理等基本工序后，就能实时性汇总在CPU 主控芯片中。为更好地获取配变系统的整体运行状态，还可对油温传感器、油气体含量测试、局部信号测试等模块升级，按照扩展功能模块处理的基本工序，保证信号接入的合理性和科学性[3]。如，实时性监督管理配变开关状态等开关量，此时要设计对应的处理模块，提供人机交互友好的界面后，建立设计按键和显示模块，只需要落实具体操作就能及时了解并且掌控信息数据的变化情况。另外CPU 完成相关信息处理工序的同时，也要保证信息处理运算的规范性，维持模块分析的科学效果。

CPU 总体程序设计。在上电启动结束后，要依据基础需求利用硬件和RT-Thread 系统初始化操作，就能实时性完成系统的开发应用，创建以用户需求为主导任务的优先级处理模式，保证任务处理的及时性和科学性。主要包括电压电流数据采集任务、GPRS 数据通信任务、开入开出任务、油温等数据模块采集任务、自检任务、LCD 任务等，确保相关操作模式的初始化和运行状态流畅切换。最关键的是，借助常量处理、变量处理以及结构体软件编程处理等方式保证启动对应项目，并完成任务调度控制，最大程度上提高整体运行效率。

CPU 主控芯片处理运算。在CPU 主控芯片获取相关数据信息后就要配合运算处理，借助GPRS通信模块完成数据传输，保证监控中心能及时获取合理有效的数据内容。CPU 主控芯片还能实现电源模块和调试接口的应用控制工作，维持整体人机交互界面的友好性，保证相关显示模块都能开展相应工作[4]。

1.4 配变监控中心主机

对于智能化配电变压器监控系统的研究，要从实时性数据分析和处理等功能入手，保证系统设计控制的合理性，才能更好地维持主机应用效果。监控中心的主要任务是对配变运行状态数据予以收集和处理，并建立完整地分析模式，从而最终展示。

智能配变监控中心主机结构中GPRS 技术是获取终端上传数据的关键技术，利用中间数据库就能维持相关数据汇总的实时性和规范性，为后续相关工作的落实提供支持。

配变监控中心主机分为两个基础过程：数据获取。利用生产管理系统和营销业务应用系统建立数据的汇总控制模式，并配合配变终端、通信管理机和数据库搭建完整的数据运行管控单元，保证数据分析的及时性和规范性。同时还能应用数据服务器，保证数据汇总后得以应用在对应工作模块内；数据处理分析展示单元。智能配变监控主站系统在获取数据库信息后，就能形成配变信息档案维护单元、配变运行状态监控单元等，依据相关内容为指定智能化预警决策提供支持，打造完整地人机交互界面。需注意的是，人机交互能实现数据的展示和打印报表服务，要匹配实际情况完成用户权限的设置，保证数据管理的安全性和规范性[5]。

目前大多数供电公司会借助生产管理系统对配变型号、配变容量及对应的地理位置等基础信息参数予以校对分析，以实现实时性维护管理的目标，并要整合186系统完成配变关口表计处理工作和关口倍率分析工作，维持信息维护的实效性。尽管配变监控中心主机中生产管理系统和186系统能建立数据贯通处理模式，但现场配变更换容量的情况时有发生，会影响实时性同步的效果，此时要对系统进行配变信息的再次审核对比，依据现场情况完成信息维护处理工作，减少信号内容和执行指令延迟造成的影响。

配变监控中心主机设计体系中，还要配合GPRS 系统进行配变监控终端信息数据的实时性管理，一般每15min 完成一次运行数据的上传，配合计算分析就能获取负载率、三相不平衡度以及电能质量等内容，对比标准指标信息评估其运行状态。智能化技术支持下的监控中心主机能对重过载问题、三相严重不平衡问题以及低电压问题等予以预警，引导相关操作人员及时纠正设备运行中的问题，不仅能全面分析油气体含量数值，还能对局放信号展开深度管理，最大程度上提高运行状态诊断的可靠性，为落实科学状态检修方案提供保障。

1.5 系统仿真

为有效了解智能化配电变压器监控系统应用运行效果，要设置仿真测试模式，应用STM32F407开发板作为配变监控终端，间隔15min 完成电压数据、电流数据的采集，并依托GPRS 技术将相关数据传输到监控主机，就能实时性完成数据的解析处理，界面展示后更好地完成设备监管。测试结果显示整体系统运行稳定且流畅，数据传输管控效果满足预期。

2 智能化配电变压器监控系统发展趋势

智能化配电变压器监控系统将向着更加智能的方向发展，建立基于科学评估和监控并行的应用平台，从而满足智能化模块应用需求，在提高安全性的同时及时检索和获取相关数据，以维持配电变压器应用效率。

2.1 智能配变监测系统

主要是将系统安装在变压器智能终端和后台管理系统上，能建立较为集中的分析模式，并配合相应的处理机制有效打造全面控制模块，进一步完成变压器参数智能化在线监测工作，确保相关信息数据的实时性和规范性，维持良好的应用控制效果。

在传统的管理体系中，电力系统变压器管理控制工作一般是借助变压器现场采集用户电负荷数据的处理模式，这种应用方法不仅会增加安全隐患，也会增加工作难度和工作强度。要积极整合智能终端应用控制平台的运行模式，将传统的“设备+人”应用管理结构转变为“设备+信息+人”的联动处理模式，充分发挥信息技术的作用和价值，减少人为操作、最大程度上规避操作失误产生的安全隐患。在打造新型管理模式的同时，还能将运维模式向着智能化方向推进。智能化监测系统的应用和运行，能最大程度上推动配变监测向着配网监测的升级，将传统被动抢修转变为主动维护，为技术监督管理打造更加规范的支持平台。

2.2 变压器振动在线监测

对于变压器而言，要想维持其智能化监测水平，就要对监测效能和监测数据进行统筹管理，积极推进变压器振动在线监测技术，更好地借助变压器绕组故障模拟试验分析和实际运行变压器现场振动测试对比研究，全面分析相关情况，主要针对变压器谐波比重参数、振动频率成分复杂度等相关指标参数建立相应的分析机制，更好地评估变压器的形变状态和情况，以保证不停电检测变压器绕组故障处理方案能有序开展，更好地规避停电作业产生的经济损失和安全隐患。

如，我国已经逐步开展电力变压器振动在线监测和故障分析系统的推广工作，结合相关工作情况和具体参数要求，要对变压器的差异化负载参数、温度参数、投切情况以及短路冲击振动等参数进行评估，并及时采集电流、温度信号。只有实现被监测变压器状态监测和故障分析的并行化管理，才能提升在线分析的准确性和及时性，确保智能化配电变压器监控系统效能最优化。

2.3 变压器局放在线监控

在智能化配电变压器监控管理工作中，不仅要落实科学规范的监督机制，也要配合新型技术内容打造完整且合理的监测管理平台。与此同时要充分重视局部放电特性，其本身就是衡量变压器绝缘系统质量的关键技术指标，针对110kV 以上的电力变压器，要结合实际管理需求，在出厂试验操作中进行局部放电测试分析。而在变压器安装完成后也要完成交接试验评估，一旦油中含气量超标就能凭借局部放电试验予以校准和核实。从本质上说，局部放电测试是顺利开展变压器监控的重要指标，并且实现双传感器定向耦合脉冲鉴别，能完成数字滤波、相位开窗、动态阈值等多样化的抗干扰处理，减少和抑制干扰现象造成的影响，为系统安全稳定运行予以支持。

总而言之，智能化配电变压器监控系统的应用和推广具有重要的实践意义，能在提升数据管理、使设备低碳高效运行的同时，为设备监督和实时性健康运行控制提供保障，减少安全隐患问题，促进系统运行管理工作的全面进步，为电力系统可持续发展奠定坚实的技术基础。