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摘要：针对现有变电站内辅助设备运行监控不完善的问题，提出建立一套结构功能完善的采用触摸屏加单片机等现代控制手段的变电站辅助设备智能监控系统。对变电站各个辅助系统：温度采集系统、风冷散热系统、變电站事故照明系统、火灾报警系统、防盗报警系统和除湿加热系统等进行综合化智能监控，以达到对无人值班变电站的全面可视化、程序化远程监控。
关键词：辅助设备；智能监控；单片机
Abstract: Taking the problems of existing unsound substation auxiliary equipment monitoring, this paper puts forward the substation intelligent monitoring system which employs the modern control technology of single-chip touch screen, conducts integrated intelligent monitoring on all the auxiliary systems: temperature acquisition system, cooling system, emergency lighting in substation system, fire alarm system, alarm system and dehumidification heating system, to achieve the goal of comprehensive visualization, and programmed remote monitoring on duty substation which is unattended to by men.
Keywords: auxiliary equipment; intelligent control; SCM
中图分类号：TG155.4文献标识码：A文章编号：
0 引言
变电站是电网中的一个重要组成环节，作为电网输电线路的物理联接点，它的安全与经济运行已经成为电力系统安全管控的核心组成部分，其中变电站内的主设备和辅助设备都为系统的安全稳定运行发挥着重要的作用。随着变电站主设备综自水平、无人值守程度的不断提高，其对辅助设备的技术层次提升要求已愈来愈强烈。这些辅助设备主要包括温度采集系统、风冷散热系统、变电站事故照明系统、火灾报警系统、防盗报警系统和除湿加热系统等，如何实时了解变电站辅助设备安全运行状态，使其为主设备可靠服务，是变电站工作人员及远方调度、生产管理部门所共同关心的问题。
在现今运行模式中，这些辅助设备往往存在设备型号复杂、在系统相似或交叉领域重复投资等诸多问题，本文针对上述系统在运行中出现的问题，提出建立一套高度集成、能够与综合自动化主设备具备数据交换能力的变电站辅助设备智能监控系统。
1 系统设计总体方案
1.1 设计目标
基于目前的变电站运行要求和辅助设备运行现状，系统的设计目标如下：
① 将无人值守站主变压器风冷控制，主控室、设备室室温调节，户外应急照明，五防解锁钥匙箱等装置整合在主控室一面监控屏内，实现四个子系统受一个单片机构成的综控终端智能管理，集控站具有优先终级控制权限。
② 主变温度、设备室温度通过无人变电站综自通信单元固有通道实时数字化传递至集控站调度主站系统；同时赋予监控人员一定权限，在集控站监控系统内远程启停主变风机、设备室轴流风机、户外应急灯、五防解锁钥匙箱。
1.2 系统结构
变电站辅助设备综合监控系统的控制方式采用分层分布式系统设计。系统采用在功能上分层、相对集中，在物理设备和地理位置上分布控制的方式。变电站配电监控系统分为：主控层（上位机），单片机层（采集器），现场层。系统结构如图1所示。
图1 变电站辅助设备智能监控系统结构图
1.3与综自站RTU数据传输
① 上传至集控/调度主站的数据有：3秒刷新一次的主变本体温度，及设备室室内温度，240秒刷新一次的主变风冷机组工作状态（投入或停止），设备室轴流风机工作状态（投入或停止），户外应急照明电源投切状态（投入或切除），五防解锁钥匙箱工作状态（打开或关闭），高压开关柜电气连接薄弱处温度超标后的实时温度值及具体发热点物理位置。
② 下行至单片机的数据主要为控制指令：指令五防解锁钥匙箱开启、指令户外应急照明电源投切、命令设备室轴流风机投入或停止、命令主变风冷机组远方投入、命令主备用空调机组投入制冷工作、一些相应的通信反校指令。
2 系统硬件设计
变电站辅助设备智能监控系统硬件部分主要由4部分组成：CPU主控部分，数据存储及实时时钟模块，通讯模块，输入输出模块。
2.1 CPU主控部分
图2 CPU硬件示意图
本系统的硬件CPU部分采用基于ARM7核的单片机LPC2131芯片设计。资源划分为一个定时器成1mS定时器，为系统提供一个内部使用的基础时钟，主要用于各个模块定时使用和显示灯的闪烁定时。2路UART，其中UART0用于RS232通讯，UART1用于RS232通讯；8路10bit ADC，其中5路用于温度信号的采集，3路做后备。16个I/O口，8个用于输入，8个用于输出。CPU硬件示意图如图2所示
2.2数据存储及实时时钟模块
在本研究內容中，要求记录的参数比较少，主要是初始数据的记录，为了同时满足实时时钟的要求，选用无限次擦写的铁电存储器，对应型号有：FM24CL64、FM3130等。其中FM3130内部集成一个可校准的实时时钟，校准后最大年误差为1.08分钟，可以满足本系统的要求。
2.3通讯模块
通讯模块的作用为将系统对采集到的信号所采取的相应处理措施传送给上位终端，以达到远程监控的目的。
由于LPC2132只提供两个串口通讯口，在这里，我们将一个做RS485通讯口，一个做RS232通讯口。具体电路如图3所示。
图3通信模块
2.4输入输出模块
本系统涉及的数字量输入信号有：主变风机、设备室轴流风机、户外应急灯、五防解锁钥匙箱的状态，电路原理图。
在数字量输出电路原理图中，采用2输入或非门，当两个输入电平不同时，输出高电平给7路达林顿管。当两个输入电平相同时，输出低电平给7路达林顿管起开关作用，用来控制继电器的吸合和断开。本系统所要采集的模拟量信号有主变温度，设备室的温度和主控室室内温度。
信号经AN+输入后首先通过两个电感滤波，经过电阻R1转换成直流电压信号，运放作为电压跟随器，起阻抗匹配的作用，然后通过RC滤波电路，经滤波处理后，送入芯片经ADC采样将模拟信号转换成数字信号，经过处理得到温度数据。
3 系统软件
通过对LPC2132单片机的编程控制，利用它的中断功能完成对外部数字量，温度和通信信号的采集与发送，实现软件对变电站辅助监控系统的无人值守站辅助设备的数据汇集，并由此对事故照明，风机控制采取自动控制，分别使用相应通信规约和Modbus协议与上位机和无线测温终端同步传输数据信息。
系统软件主要包括主程序，数字量输入和输出程序，AD转换温度采集程序，RS232和RS485数据收发通信程序等。其中主程序流程图如图4所示。
图4 主程序流程图 图5 AD转换温度采集程序流程图
中断服务程序采用定时器中断，每隔0.0001秒进一次中断，这样的采样频率可以完全保证对于温度信号采集的准确度。在该定时器中断中完成对温度信号的采集，进行AD转换，并对串口通信的数据和显示部分做了驱动准备。AD转换温度采集程序流程图如图5所示。
4 人机交互界面
监控系统人机交互界面如图6所示，采用触摸屏设计，功能包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态；实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能；建立工程安全機制；所有开关量的变化和温度超上限及超下限值都会产生报警信息并储存，可在查看历史事故信息中查看相关信息。
该系统已在某变电站内运行一年多的实践表明，装置设计合理、运行可靠，提高了变电站辅助设备的综合管理水平和变电站内设备的运行稳定性。
图6 工程人机交互画面示意图
5 结论
本文通过对变电站辅助设备智能监控系统的设计，研究在无人值守变电站中辅助设备控制系统的优化整合方案，并研发了用微控制器加触摸屏等现代工控软硬件代替传统继电器型风冷控制回路，代替传统温控、无线测温系统主机，使之能够对变电站进行辅助控制。
参考文献
刘雪飞,刘国亮.关于变电站五防闭锁装置的探讨[J].电力系统保护与控制,2008.
智全中,秦广召,娄伟,等.五防系统在智能化变电站中应用分析[J].电力系统保护与控制,2009.
关键词：辅助设备；智能监控；单片机
Abstract: Taking the problems of existing unsound substation auxiliary equipment monitoring, this paper puts forward the substation intelligent monitoring system which employs the modern control technology of single-chip touch screen, conducts integrated intelligent monitoring on all the auxiliary systems: temperature acquisition system, cooling system, emergency lighting in substation system, fire alarm system, alarm system and dehumidification heating system, to achieve the goal of comprehensive visualization, and programmed remote monitoring on duty substation which is unattended to by men.
Keywords: auxiliary equipment; intelligent control; SCM
中图分类号：TG155.4文献标识码：A文章编号：
0 引言
变电站是电网中的一个重要组成环节，作为电网输电线路的物理联接点，它的安全与经济运行已经成为电力系统安全管控的核心组成部分，其中变电站内的主设备和辅助设备都为系统的安全稳定运行发挥着重要的作用。随着变电站主设备综自水平、无人值守程度的不断提高，其对辅助设备的技术层次提升要求已愈来愈强烈。这些辅助设备主要包括温度采集系统、风冷散热系统、变电站事故照明系统、火灾报警系统、防盗报警系统和除湿加热系统等，如何实时了解变电站辅助设备安全运行状态，使其为主设备可靠服务，是变电站工作人员及远方调度、生产管理部门所共同关心的问题。
在现今运行模式中，这些辅助设备往往存在设备型号复杂、在系统相似或交叉领域重复投资等诸多问题，本文针对上述系统在运行中出现的问题，提出建立一套高度集成、能够与综合自动化主设备具备数据交换能力的变电站辅助设备智能监控系统。
1 系统设计总体方案
1.1 设计目标
基于目前的变电站运行要求和辅助设备运行现状，系统的设计目标如下：
① 将无人值守站主变压器风冷控制，主控室、设备室室温调节，户外应急照明，五防解锁钥匙箱等装置整合在主控室一面监控屏内，实现四个子系统受一个单片机构成的综控终端智能管理，集控站具有优先终级控制权限。
② 主变温度、设备室温度通过无人变电站综自通信单元固有通道实时数字化传递至集控站调度主站系统；同时赋予监控人员一定权限，在集控站监控系统内远程启停主变风机、设备室轴流风机、户外应急灯、五防解锁钥匙箱。
1.2 系统结构
变电站辅助设备综合监控系统的控制方式采用分层分布式系统设计。系统采用在功能上分层、相对集中，在物理设备和地理位置上分布控制的方式。变电站配电监控系统分为：主控层（上位机），单片机层（采集器），现场层。系统结构如图1所示。
图1 变电站辅助设备智能监控系统结构图
1.3与综自站RTU数据传输
① 上传至集控/调度主站的数据有：3秒刷新一次的主变本体温度，及设备室室内温度，240秒刷新一次的主变风冷机组工作状态（投入或停止），设备室轴流风机工作状态（投入或停止），户外应急照明电源投切状态（投入或切除），五防解锁钥匙箱工作状态（打开或关闭），高压开关柜电气连接薄弱处温度超标后的实时温度值及具体发热点物理位置。
② 下行至单片机的数据主要为控制指令：指令五防解锁钥匙箱开启、指令户外应急照明电源投切、命令设备室轴流风机投入或停止、命令主变风冷机组远方投入、命令主备用空调机组投入制冷工作、一些相应的通信反校指令。
2 系统硬件设计
变电站辅助设备智能监控系统硬件部分主要由4部分组成：CPU主控部分，数据存储及实时时钟模块，通讯模块，输入输出模块。
2.1 CPU主控部分
图2 CPU硬件示意图
本系统的硬件CPU部分采用基于ARM7核的单片机LPC2131芯片设计。资源划分为一个定时器成1mS定时器，为系统提供一个内部使用的基础时钟，主要用于各个模块定时使用和显示灯的闪烁定时。2路UART，其中UART0用于RS232通讯，UART1用于RS232通讯；8路10bit ADC，其中5路用于温度信号的采集，3路做后备。16个I/O口，8个用于输入，8个用于输出。CPU硬件示意图如图2所示
2.2数据存储及实时时钟模块
在本研究內容中，要求记录的参数比较少，主要是初始数据的记录，为了同时满足实时时钟的要求，选用无限次擦写的铁电存储器，对应型号有：FM24CL64、FM3130等。其中FM3130内部集成一个可校准的实时时钟，校准后最大年误差为1.08分钟，可以满足本系统的要求。
2.3通讯模块
通讯模块的作用为将系统对采集到的信号所采取的相应处理措施传送给上位终端，以达到远程监控的目的。
由于LPC2132只提供两个串口通讯口，在这里，我们将一个做RS485通讯口，一个做RS232通讯口。具体电路如图3所示。
图3通信模块
2.4输入输出模块
本系统涉及的数字量输入信号有：主变风机、设备室轴流风机、户外应急灯、五防解锁钥匙箱的状态，电路原理图。
在数字量输出电路原理图中，采用2输入或非门，当两个输入电平不同时，输出高电平给7路达林顿管。当两个输入电平相同时，输出低电平给7路达林顿管起开关作用，用来控制继电器的吸合和断开。本系统所要采集的模拟量信号有主变温度，设备室的温度和主控室室内温度。
信号经AN+输入后首先通过两个电感滤波，经过电阻R1转换成直流电压信号，运放作为电压跟随器，起阻抗匹配的作用，然后通过RC滤波电路，经滤波处理后，送入芯片经ADC采样将模拟信号转换成数字信号，经过处理得到温度数据。
3 系统软件
通过对LPC2132单片机的编程控制，利用它的中断功能完成对外部数字量，温度和通信信号的采集与发送，实现软件对变电站辅助监控系统的无人值守站辅助设备的数据汇集，并由此对事故照明，风机控制采取自动控制，分别使用相应通信规约和Modbus协议与上位机和无线测温终端同步传输数据信息。
系统软件主要包括主程序，数字量输入和输出程序，AD转换温度采集程序，RS232和RS485数据收发通信程序等。其中主程序流程图如图4所示。
图4 主程序流程图 图5 AD转换温度采集程序流程图
中断服务程序采用定时器中断，每隔0.0001秒进一次中断，这样的采样频率可以完全保证对于温度信号采集的准确度。在该定时器中断中完成对温度信号的采集，进行AD转换，并对串口通信的数据和显示部分做了驱动准备。AD转换温度采集程序流程图如图5所示。
4 人机交互界面
监控系统人机交互界面如图6所示，采用触摸屏设计，功能包括对菜单命令、监控器件、操作按钮的功能组态；实现历史数据、实时数据、各种曲线、数据报表、报警信息输出等功能；建立工程安全機制；所有开关量的变化和温度超上限及超下限值都会产生报警信息并储存，可在查看历史事故信息中查看相关信息。
该系统已在某变电站内运行一年多的实践表明，装置设计合理、运行可靠，提高了变电站辅助设备的综合管理水平和变电站内设备的运行稳定性。
图6 工程人机交互画面示意图
5 结论
本文通过对变电站辅助设备智能监控系统的设计，研究在无人值守变电站中辅助设备控制系统的优化整合方案，并研发了用微控制器加触摸屏等现代工控软硬件代替传统继电器型风冷控制回路，代替传统温控、无线测温系统主机，使之能够对变电站进行辅助控制。
参考文献
刘雪飞,刘国亮.关于变电站五防闭锁装置的探讨[J].电力系统保护与控制,2008.
智全中,秦广召,娄伟,等.五防系统在智能化变电站中应用分析[J].电力系统保护与控制,2009.