移动变电站水平度异常监测装置的研制与应用

作者/ 周刚 陈刚 王森 陈风峰 国网浙江省电力公司嘉兴供电公司(浙江 嘉兴 314033)

摘要：为了进一步提高移动变电站工作的稳定性和安全性，提升供电质量和服务水平，本文研制出了一种移动变电站水平度异常监测装置，可加强对移动变电站运行稳定性的监测。该装置实时采集水平度数据进行传输，辅助操作人员调整各个液压支腿的水平高度，并对异常情况进行实时报警。

引言

　　近年来，用户对供电质量的要求越来越高，而移动变电站具有很强的机动性，可根据需要开赴现场，保证用户的正常用电和电能质量。众所周知，电气设备对水平度要求相当高，尤其是以变压器为代表，水平度直接影响了其瓦斯保护的动作情况。而移动变电站可根据需要开赴现场，这就使得移动变电站的水平度直接受现场条件制约。加上电气设备都安装在平板车上，很容易使变压器等电气设备发生倾斜，如果不能及时发现并进行调整，可能引起变压器瓦斯保护误动作或拒动作，造成电网安全事故，甚至可能造成人员伤亡。

　　本文研制出了一种移动变电站水平度的监测装置，在移动变电站的关键位置安装水平度监测采样单元，实时将该位置的水平度数据传输至控制器，并显示在控制器的显示屏上，辅助操作人员调整各个液压支腿的水平高度。而且，通过设置水平度超限阈值，可以实现水平度异常报警。

1 移动变电站水平度监测装置面板

　　移动变电站固定安装在半挂式平板车上，依靠车身周围的6个液压支腿支撑于地面上，可利用电动控制箱驱动每个支腿对应的电动机进行调节。本文研制的移动变电站水平度监测装置如图1所示。装置主要由两部分组成：水平度采样单元和主控制器。其中采样单元最大支持4个，安装在移动变电站基座处，实时监测水平度。主控制器接收各个采样单元的测试数据，显示并进行阈值比较。如果超出设定范围，启动声光报警和短信通知。

　　水平度采样单元的面板上包括无线传输天线、编程接口、电源开关、充电接口和指示灯。打开电源开关，电源指示灯亮，状态指示灯亮，首先等待与主控制端建立无线连接，只有在通讯成功情况下，状态指示灯才会熄灭。

　　如图2所示，装置面板包括无线传输天线、声音警报器、指示灯、GSM天线、编程接口、电源开关、充电接口、按键和彩色液晶屏组成。开启装置电源，电源指示灯亮，液晶显示屏亮，显示菜单循环显示4个采样单元的水平度数据及设定的阈值。当水平度超过设置阈值时，显示值变为红色，状态灯亮并通过GSM模块发出报警短信。

2 移动变电站水平度监测装置硬件设计

2.1 原理框图

　　水平度监测装置原理框图如图3所示。整个系统由两部分组成，分别为采样单元端和主控制端。采样单元通过内部的水平度传感器测量该采样单元位置的倾角，并通过无线通讯模块将数据传输给主控制器。主控制器接收到各个采样单元的测量数据，显示并进行阈值比较，如果水平度值超限，由处理器发出声光报警信号，并给GSM模块发送指令，以短信形式通知安全管理员。

2.2 水平度传感器

　　采样单元中的传感器选用了SCA100T双轴倾角加速度传感器，可同时测量相对于水平面的倾斜和俯仰角度。选用的双轴倾角加速度传感器的测量范围为±30°，其内部包含硅电容感应元件、EEPROM存储器、信号调理电路、A/D转换器、温度传感器和SPI传输接口等，双轴倾角加速度传感器功能框图如图4所示。该传感器具有两个通道，分别用来测量倾斜和俯仰的加速度，每个通道具有自测试系统。信号输出有SPI数字信号输出和模拟电压信号输出两种方式，同时，可输出温度信息进行温度补偿。SCA100T双轴倾角加速度传感器的测角原理为：通过测量静态重力加速度的变化，将其转换成倾角变化。

　　如图5所示，设计中将传感器的模拟输出端U1和U2接到了控制器的A/D输入通道。因为SPI接口需要4根线，而采样单元控制器的可用I/O口非常少，为了节省I/O口，采取了输入模拟信号再采样的数据采集方式。

2.3 控制器

　　如图6所示，主控制端选择STM32F103RBT6为控制器，该芯片是意法半导体公司生产的32位单片机，使用高性能的ARM Cortex-M3 32位的RISC内核。ARM的Cortex-M3处理器为实现MCU的需要提供低成本的平台、缩减的管脚数目、降低的系统功耗，同时提供卓越的计算性能和先进的中断系统响应，可提供额外的代码效率，能与所有的ARM工具和软件兼容。

2.4 GSM模块

　　选用的GSM通信模块是全球鹰生产的UNV-SIM800 V4.72模块。该模块是一款高性能的工业GSM/GPRS 模块。UNV-SIM800/A开发板板载 SIMCOM 公司的工业级四频/双频(SIM800为四频，SIM800A为双频)GSM/GPRS 模块，可以低功耗实现语音、SMS (短信)、彩信、数据传输等。UNV-SIM800 模块支持LVTTL串口，支持各种电平TTL串口接口。供电支持5～18V或3.5～4.2V的电压范围，使得本模块可以非常方便使用。

　　SIM800提供了以下硬件接口：一个全功能串口和一个调试口、通用输入输出口(GPIO)、SIM卡接口。其在休眠情况下非常省电，耗流仅为0.9mA。SIM800模块能支持的工作频段为：EGSM 900和DCS 1800。

2.5 无线收发模块

　　本系统选用工作在433/868/915MHz的ISM频段上的挪威公司的单片射频收发芯片nRF905，该芯片可满足开发周期短、消耗功耗低且集成模块小的设计要求，便于嵌入其他设备中使用。