移動(dòng)變電站水平度異常監(jiān)測(cè)裝置的研制與應(yīng)用

作者/ 周剛 陳剛 王森 陳風(fēng)峰 國(guó)網(wǎng)浙江省電力公司嘉興供電公司(浙江 嘉興 314033)

摘要：為了進(jìn)一步提高移動(dòng)變電站工作的穩(wěn)定性和安全性，提升供電質(zhì)量和服務(wù)水平，本文研制出了一種移動(dòng)變電站水平度異常監(jiān)測(cè)裝置，可加強(qiáng)對(duì)移動(dòng)變電站運(yùn)行穩(wěn)定性的監(jiān)測(cè)。該裝置實(shí)時(shí)采集水平度數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，輔助操作人員調(diào)整各個(gè)液壓支腿的水平高度，并對(duì)異常情況進(jìn)行實(shí)時(shí)報(bào)警。

引言

　　近年來(lái)，用戶(hù)對(duì)供電質(zhì)量的要求越來(lái)越高，而移動(dòng)變電站具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性，可根據(jù)需要開(kāi)赴現(xiàn)場(chǎng)，保證用戶(hù)的正常用電和電能質(zhì)量。眾所周知，電氣設(shè)備對(duì)水平度要求相當(dāng)高，尤其是以變壓器為代表，水平度直接影響了其瓦斯保護(hù)的動(dòng)作情況。而移動(dòng)變電站可根據(jù)需要開(kāi)赴現(xiàn)場(chǎng)，這就使得移動(dòng)變電站的水平度直接受現(xiàn)場(chǎng)條件制約。加上電氣設(shè)備都安裝在平板車(chē)上，很容易使變壓器等電氣設(shè)備發(fā)生傾斜，如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行調(diào)整，可能引起變壓器瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作或拒動(dòng)作，造成電網(wǎng)安全事故，甚至可能造成人員傷亡。

　　本文研制出了一種移動(dòng)變電站水平度的監(jiān)測(cè)裝置，在移動(dòng)變電站的關(guān)鍵位置安裝水平度監(jiān)測(cè)采樣單元，實(shí)時(shí)將該位置的水平度數(shù)據(jù)傳輸至控制器，并顯示在控制器的顯示屏上，輔助操作人員調(diào)整各個(gè)液壓支腿的水平高度。而且，通過(guò)設(shè)置水平度超限閾值，可以實(shí)現(xiàn)水平度異常報(bào)警。

1 移動(dòng)變電站水平度監(jiān)測(cè)裝置面板

　　移動(dòng)變電站固定安裝在半掛式平板車(chē)上，依靠車(chē)身周?chē)?個(gè)液壓支腿支撐于地面上，可利用電動(dòng)控制箱驅(qū)動(dòng)每個(gè)支腿對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)。本文研制的移動(dòng)變電站水平度監(jiān)測(cè)裝置如圖1所示。裝置主要由兩部分組成：水平度采樣單元和主控制器。其中采樣單元最大支持4個(gè)，安裝在移動(dòng)變電站基座處，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水平度。主控制器接收各個(gè)采樣單元的測(cè)試數(shù)據(jù)，顯示并進(jìn)行閾值比較。如果超出設(shè)定范圍，啟動(dòng)聲光報(bào)警和短信通知。

　　水平度采樣單元的面板上包括無(wú)線(xiàn)傳輸天線(xiàn)、編程接口、電源開(kāi)關(guān)、充電接口和指示燈。打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，電源指示燈亮，狀態(tài)指示燈亮，首先等待與主控制端建立無(wú)線(xiàn)連接，只有在通訊成功情況下，狀態(tài)指示燈才會(huì)熄滅。

　　如圖2所示，裝置面板包括無(wú)線(xiàn)傳輸天線(xiàn)、聲音警報(bào)器、指示燈、GSM天線(xiàn)、編程接口、電源開(kāi)關(guān)、充電接口、按鍵和彩色液晶屏組成。開(kāi)啟裝置電源，電源指示燈亮，液晶顯示屏亮，顯示菜單循環(huán)顯示4個(gè)采樣單元的水平度數(shù)據(jù)及設(shè)定的閾值。當(dāng)水平度超過(guò)設(shè)置閾值時(shí)，顯示值變?yōu)榧t色，狀態(tài)燈亮并通過(guò)GSM模塊發(fā)出報(bào)警短信。

2 移動(dòng)變電站水平度監(jiān)測(cè)裝置硬件設(shè)計(jì)

2.1 原理框圖

　　水平度監(jiān)測(cè)裝置原理框圖如圖3所示。整個(gè)系統(tǒng)由兩部分組成，分別為采樣單元端和主控制端。采樣單元通過(guò)內(nèi)部的水平度傳感器測(cè)量該采樣單元位置的傾角，并通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊模塊將數(shù)據(jù)傳輸給主控制器。主控制器接收到各個(gè)采樣單元的測(cè)量數(shù)據(jù)，顯示并進(jìn)行閾值比較，如果水平度值超限，由處理器發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并給GSM模塊發(fā)送指令，以短信形式通知安全管理員。

2.2 水平度傳感器

　　采樣單元中的傳感器選用了SCA100T雙軸傾角加速度傳感器，可同時(shí)測(cè)量相對(duì)于水平面的傾斜和俯仰角度。選用的雙軸傾角加速度傳感器的測(cè)量范圍為±30°，其內(nèi)部包含硅電容感應(yīng)元件、EEPROM存儲(chǔ)器、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器、溫度傳感器和SPI傳輸接口等，雙軸傾角加速度傳感器功能框圖如圖4所示。該傳感器具有兩個(gè)通道，分別用來(lái)測(cè)量?jī)A斜和俯仰的加速度，每個(gè)通道具有自測(cè)試系統(tǒng)。信號(hào)輸出有SPI數(shù)字信號(hào)輸出和模擬電壓信號(hào)輸出兩種方式，同時(shí)，可輸出溫度信息進(jìn)行溫度補(bǔ)償。SCA100T雙軸傾角加速度傳感器的測(cè)角原理為：通過(guò)測(cè)量靜態(tài)重力加速度的變化，將其轉(zhuǎn)換成傾角變化。

　　如圖5所示，設(shè)計(jì)中將傳感器的模擬輸出端U1和U2接到了控制器的A/D輸入通道。因?yàn)镾PI接口需要4根線(xiàn)，而采樣單元控制器的可用I/O口非常少，為了節(jié)省I/O口，采取了輸入模擬信號(hào)再采樣的數(shù)據(jù)采集方式。

2.3 控制器

　　如圖6所示，主控制端選擇STM32F103RBT6為控制器，該芯片是意法半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的32位單片機(jī)，使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC內(nèi)核。ARM的Cortex-M3處理器為實(shí)現(xiàn)MCU的需要提供低成本的平臺(tái)、縮減的管腳數(shù)目、降低的系統(tǒng)功耗，同時(shí)提供卓越的計(jì)算性能和先進(jìn)的中斷系統(tǒng)響應(yīng)，可提供額外的代碼效率，能與所有的ARM工具和軟件兼容。

2.4 GSM模塊

　　選用的GSM通信模塊是全球鷹生產(chǎn)的UNV-SIM800 V4.72模塊。該模塊是一款高性能的工業(yè)GSM/GPRS 模塊。UNV-SIM800/A開(kāi)發(fā)板板載 SIMCOM 公司的工業(yè)級(jí)四頻/雙頻(SIM800為四頻，SIM800A為雙頻)GSM/GPRS 模塊，可以低功耗實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、SMS (短信)、彩信、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。UNV-SIM800 模塊支持LVTTL串口，支持各種電平TTL串口接口。供電支持5～18V或3.5～4.2V的電壓范圍，使得本模塊可以非常方便使用。

　　SIM800提供了以下硬件接口：一個(gè)全功能串口和一個(gè)調(diào)試口、通用輸入輸出口(GPIO)、SIM卡接口。其在休眠情況下非常省電，耗流僅為0.9mA。SIM800模塊能支持的工作頻段為：EGSM 900和DCS 1800。

2.5 無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊

　　本系統(tǒng)選用工作在433/868/915MHz的ISM頻段上的挪威公司的單片射頻收發(fā)芯片nRF905，該芯片可滿(mǎn)足開(kāi)發(fā)周期短、消耗功耗低且集成模塊小的設(shè)計(jì)要求，便于嵌入其他設(shè)備中使用。