变压器防盗（共4篇）
变压器防盗 篇1
1 变压器电子防盗技术的主要数据构成及其内容
变压器电子防盗预警系统的主要结构系统图如图1。
根据防盗体系结构图, 将变压器防盗预警系统的数据传输分为四个物理层次结构, 第一层为传感层, 将需要传感的数据信息进行采集、传感。第二层为数据处理层, 将传感层采集回的信息数据进行分类、汇总、分析和判断, 去伪存真。第三层为网络联络传输层, 将数据处理层的信息进行传输联络, 进行人机接口。第四层为信息应对层, 是将防盗信息进行处理、处警及进行管理分类、存储、汇总等 (见图2) 。
下面对各个物理层次的结构进行详细说明:
1.1 传感层
传感层是对变压器的安装位置、所处环境等信息进行采集的过程, 并通过开关量信号、模拟量信号及通讯量信号将变压器的工作状态及位置状态及现场环境状态的数据进行采集。具体采集的数据有:A、B、C三相断电信号;N相断电信号;外红检测信号;微波检测信号;现场声音信号;现场视频信号、现场振动信号;门开信号;设备位移信号等, 各种信号以不同的数据传输方式传递于数据处理层。每种信号根据需要可分为单一信号到多种信号进行数据采集。
传感层设备有:视频摄像装置、门控开关、红外线检测传感器、微波检测传感器、接近开关、音脉输入传感器及位移传感器等。
1.2 数据处理层
数据处理层主要功能是针对变压器位置相对固定工作状态及现场环境信息的改变进行以时间片轮转方式进行监控, 从变压器固定信息及工作状态的的改变中判断出变压器被盗的预警信息, 并对该信息进行核实、分析, 并将核实分析的数据上通过网络传输层传至信息应对层。为避免发生误报、漏报等情况, 要对不同通道及不同类型的数据信息进行逻辑运算, 从而分析出变压器被盗的预警信息。
数据处理层的物理设备以预警主机为主, 预警主机核心元件可以采用ARM9或ARM11系列芯片, 其多媒体功能使实时传输设备现场的视频及音频信息成为可能, 从而有效的实现人防+技防的功能。外围采用开关量、模拟量、通讯量驱动芯片为主, 对现场数据进行分析、核实和逻辑运算, 避免信息误报和漏报。
数据处理层的硬件结构如图3。
1.3 网络传输层
网络传输层是将数据处理层的的信息传送到信息对应层, 主要目标是将数据进行不同方式的有效传输, 从而使信息数据得到最终应用。
网络传输层的方式有以下几种:
1.3.1 有线传输:
有限传输的特点是需要线缆进行连接传输, 针对于电力部门的有线传输可采用电力载波的方式进行有线传输。电力载波虽可用于“智能家居”及互联网应用, 但现阶段虽有一些缺点:比如配电变压器对电力载波信号有阻隔作用, 所以电力载波信号只能在一个配电变压器区域范围内传送和通讯距离很近时, 不同相间可能会收到信号以及一般电力载波信号只能在单相电力线上传输等特点, 但随着电力载波技术的不断发展, 必将在电子防盗预警方面得到应用。
1.3.2 无线传输:
无线传输是利用电磁波信号可以在自由空间中传播的特性进行信息交换的一种传输通信方式, 近些年信息通信领域中, 发展最快、应用最广的就是无线通信技术。在移动中实现的无线通信又通称为移动通讯, 人们把二者合称为无线移动通讯。
现阶段GSM (900M/1800MHz) 技术是应用于电力设备防盗预警的主要方式, 主要用于防盗终端和接收终端的物理设备。无线蜂窝网络控制报警主机利用GSM短信息数据传输模式及语音功能平台完成智能报警数据远程传输及控制, 该系列主机具有功能实用、质量优良、工作稳定可靠等特点, 适应室外各种环境使用, 广泛应用于电力、石油、矿山等所有在户外工作的电力设备的安全保护, 由于GSM全球无线移动通讯网络信号覆盖面积广, 真正实现了低价优质的超远距离方便、灵活的智能无线控制及报警, 解决了固定电话有线或无线大功率报警控制的局限性;GSM接收终端主机GSM短信及语音接收主机主要完成GSM短信数据及语音拨号转换为标准RS232串口通讯协议功能, 通过RS232串口与电脑相连组成接警中心。
其功能特点:
(1) 支持GSM900MHz/1800MHz无线蜂窝电话网络;
(2) 一个标准RS232串口, 通讯波特率9600BPS;
(3) 支持标准SMS数据格式, 具有接收及发送短信功能;
(4) 可实现来电显示及通话控制功能;
(5) 配置工作电源, 数据收发指示;
(6) 工作电源:AC220V输入, DC7.2-9Vl输出。
随着技术的不断发展, 卫星通讯也必将用于电力设备防盗预警中。
1.4 信息应对层
信息应对层是对变压器防盗预警信息的处理与处警过程, 是将传输的防盗预警信息通过各种方式二次传输到需到得理的设备及所需的管理人员手中, 从而做到对信息的处警。
常用的信息应对层设备有:手机应对终端和计算机处理终端等。
手机处理应对终端是利用GSM网络通过短信或是语音方式将防盗预警信息通知到管理人员手中, 由管理人员根据得到的信息进行二次数据应对处理。
计算机终端应对处理终端是利用计算机网络技术及计算机应用管理技术对得到的防盗预警数据进行系统化、网络化、管理化的预警信息处理。通常由计算机及网络硬件和计算机处理软件两部分组成。
现阶段常用的GSM接收主机功能如下:
GSM短信及语音接收主机主要完成GSM短信数据及语音拨号转换为标准RS232串口通讯协议功能, 通过RS232串口与电脑相连组成接警中心。
功能特点:
(1) 支持GSM900MHz/1800MHz无线蜂窝电话网络;
(2) 一个标准RS232串口, 通讯波特率9600BPS;
(3) 支持标准SMS数据格式, 具有接收及发送短信功能;
(4) 可实现来电显示及通话控制功能;
(5) 配置工作电源, 数据收发指示;
(6) 工作电源:AC220V输入, DC7.2-9Vl输出。
1.5 接警中心软件
接警软件是采用专业综合报警信息接收平台, 采用GSM网络短信 (SMS) 与语音及固定电话网语音混合方式接收报警信息。软件应集报警接收、用户数据库、GSM短信、报警语音电话报警、即时打印报警资料等各项功能于一体, 它的显示界面直观、形象、友好, 无须专业的操作知识, 更无须专业的操作人员, 学习掌握快、使用简洁方便。
软件功能实现:
(1) 监控中心全中文窗口界面, 可全面显示整套系统的运作状态。
(2) 监控中心系统容量:1024个监控点。
(3) 系统管理员必须输入系统密码后才能对系统进行操做。
(4) 可通过界面上的图标清晰地掌握菜单中的功能。
(5) 具有个人资料登记、授权、添加、删除、修改和查询操作。
(6) 可随时填加并定义新的入网客户。
(7) 系统软件可准确地分辩多种不同类型报警信息。
(8) 系统对数据能快速分辩警情类型、启动中心警笛, 显示出报警点具体编号, 具体位置及所处区域路线图。
(9) 可统计每月、每季度、每年各种报警情况。
(10) 监控中心全中文窗口界面, 可全面显示整套系统的运作状态。
(11) Window98/NT/2000/XP操作系统。
2 解决的重大技术落后问题及应对解决方案
在变压器电子防盗预警装置的研制过程中, 解决的重大技术落后问题及解决方案如下:
2.1 针对变压器防盗点的位置定位和实际地理信息对应问题
对于每个被监控的变压器设备防盗点的位置定位问题如何能够直观的, 实时的、友好的显示在屏幕上, 从而达到实时性和合谐统一性完美结合, 从而使管理人员能够及时、方便的对设备发出的预警信息进行响应, 这是一个仁者见仁、智者见智的问题, 由于每个人的审美观点和文化习惯不同, 因此, 造成理论上的无所适从。经过多方研究和对文化的深层次剖析以及人们的操作习惯等进行考查, 最终采用能过的地图形式+经纬度进行实时防盗点的定位。首先将标准的地图文件入计算机内存中, 根据不同的经纬度显示不同的地理位置。在系统设置时, 将相应报警点的经度和纬度输入计算机中与想应点的GPRS号码对应。这样就可以实时的实现报警点与地理位置的对应关系。由于采用标准的地理信息文件, 地图信息采用常用的地理信息文件, 与GPS导航仪采用同样的地理信息文件。随着地理信息文件的更新, 用户可以在网上进行更新地理信息文件。这就很好的解决了不同人员的审美观和地理信息与实际设备的对应关系。
2.2 报警数据传输过程中信息延时问题的处理
由于信息的传输方式采用短信传送方式, 而短信传送的方式是将信息安全传送至SP供应商, 再由SP供应商将信息传送到中心平台于是就产生了信息实时安全到达的问题。如果由于SP供应商的问题, 就有可能出现信息延时现象。这在警事业务应用中是一个致命问题。如何解决此类事件的发生就成为变压器电子防盗预警装置成败的关键。由于我们的技术人员从事网络通讯多年, 于是采用振铃呼叫加信息安全握手来实现信息的实时安全到达问题。其工作原理是这样的:当发生警情时, 防盗终端自动发送一条信息给系统中心, 当系统中心接收到终端发来的报警信息后便自动发送一条短信给相应的终端, 终端接到中心发恶报短信后便确认中心收到警事信息, 如果在相应的时间内没有收到中心发来的确认消息, 则终端接着发送第二条, 第三条信息, 直到收到接收中心发送来的确认短信为止。如果连续三次都没有收到接收中心发送来的确认信息, 则终端对中心进行拔号连接。中心接到报警终端的拔号后, 即可进行相关程序的处理。这样便很好的解决了报警数据传输过程中信息丢包的错误, 保证信息的安全到达。
2.3 关于终端对于管理人员的信息处理问题
终端如何处理防盗信息, 只是做为网络终端向信息中心发送警务信息还是可以做为单独设备使用, 如果做为单独设备应如何使用?因此, 考虑到设备的使用情况及应用范围, 我们将变压器电子防盗预警装置的使用外延进行扩展, 使其不仅可做为网络设备的终端, 又可做为单台设备进行独立预警防盗, 并使其不仅可用于变压器防盗, 并将其功能扩充为村镇重要信息点的防盗, 比如水泵防盗, 库房防盗等等。当防盗终端收到有线的防盗信息后, 可通过手机设置、中心设备等方式使终端向最多五个警务相关人员发出防盗信息。这样就将变压器电子防盗终端从网络中解脱出来, 成为可连网可独立的设备进行使用。
2.4 野外环境中设备本身的防盗问题
由于多数变压器装在野外, 风吹日晒, 环境恶劣, 并且, 防盗终端本身的防盗就成为问题。
针对此种情况, 我们将防盗终端的机壳设计为铝压铸, 全密封, 防水, 使其安全防护等级达以IP55级, 更利于长期野外使用。对于设备自身的防盗问题, 我们采用了以下几种方式进行自身防盗防护。
(1) 设备本身内部的振动开关, 有效的防止了设备被撞击和暴力破坏的可能。当对设备进行暴力破坏时, 设备内部的振动开关将此种振动信息通过短信形式发送至相关人员及接收中心。以便中心及相关人员进行相应处理。
(2) 设备门处的接近开关, 有效防止设备被无撤防的被打开。当处于设防状态时, 设备门的状态也在监控之下, 当门被告打开时, 设备将同样发送相关的警务信息。
(3) 外部的防振动开关, 有效的解决了外部设备的暴力状态。当处于设防状态时, 外部被监控设备的振动状态也在监控之下, 当外部设备发生振动时, 设备将同样发送相关的警务信息。
(4) 内部的备用电池电源系统有效防止设备线路被切割时同样能够发出警务信息。电池告警电压:6.0V, 将电池电压低于6V时, 向中心和相关人员发送设备自身状态警务信息。
3 目前变压器防盗预警处理存在的问题及下一步需要改进的思路
针对现有设备的研发, 依然存在一些问题需要考虑。
3.1 太偏远地区, 由于手机各大电信服务商网络未能覆盖地区的重要产品防盗。
在太过偏远地区, 由于各大电信运营商的网络未能覆盖, 因此采用基于SP服务的预警信息将不能有效的使用, 而更偏远的地区其警情发生率大于常规地区, 将如何解决此类问题, 是下一步设备进行改造时应着重考虑的问题。是否可采用无线网络加SP服务形式的服务有待于进一步的研究。
3.2 拟将太新型能源使用于防盗终端上的问题。
针对于变压器长时时不用的情形和设备本身的耗电的问题与现在提倡的环保节能和低碳生活有效的联系在一起, 是下一步设备着重考虑的问题。如何将太能能, 风能等自然环境能源用于设备备用能源的储备和使用将是未来考虑的重点方向。
3.3 将语音、图像功能应用于防盗终端问题。
随着三代、四代手机的应用, 将语音、图像信号应用于预警信息中已经成为可能, 甚至动画信息的传递从网络数据的传输已经成为可能, 如何充分利用现代传输信息, 共同分享服务运营商的科技成果, 将运营商的科技成果应用到警事信息中, 有效的提高事后责任认定具有重大意义。
3.4 电源变压器电子防盗预警装置中现常用的为锂电池后铅酸电池做为断电时系统的备用电池, 其有效工作时间多在两三天左右。
做为防盗预警装置, 其全天候24小时的防盗特点与现常用的备用电源的系统产生了矛盾。因此, 如何利用可持续电源做为变压器防盗系统备用电源至关重要。当然, 采用电池电源加太阳能电源的的结合, 不失为一个良好的解决方案。
摘要：电力的供应, 特别是野外变压器及变电设备的安全、可靠的运行一直是社会、企业、百姓以及媒体关注的焦点。对于变压器设备的运行状况和安全状况进行无人自动监控已经迫在眉睫, 成功的对变压器设备的运行状况及安全进行实时监控具有深远的应用意义。本文介绍了变压器电子防盗技术的网络架构及技术组成, 研究了变压器防盗过程中主要技术功能及新技术在防盗中的技术应用。
关键词：防盗终端,网络技术,变压器防盗,软件应用
参考文献
[1]Uyless Black, COMPUTER ENTWORKS Prentice-Hall, 1987.
[2]罗军舟.TCP/IP协议及网络编程技术[M].清华大学出版社.
[3]李丹明.单片机原理与应用[M].南京大学出版社.
两种实用的农村变压器防盗方法 篇2
方法一:将变压器安放方式改为杆顶放置。截取2截废旧电杆 (4 m左右) , 电杆一头要留出里面的钢筋, 以备焊接固定变压器, 然后立起将另一头埋入地下约1 m, 2根电杆间的距离约1 m, 最后将变压器放在两杆杆顶焊接安装固定好。图1所示为一实际安装效果图。
方法二:将安装变压器的地台做成一个坡度较大的锥形混凝土墩 (混凝土墩高度为3 m以上) , 在混凝土完全凝固之前在顶部置入1根 (或2根) 角铁或粗钢筋, 以备焊接固定变压器。在混凝土墩凝固干燥后把变压器固定在混凝土墩顶部。
变压器防盗 篇3
本文提出一种新型的变压器防盗装置, 结合配电变压器的被盗特点, 使用现代电子技术、无线通信技术, 实时监测变压器。当变压器发生被盗事件时, 通过启动本地警报器, 有力的震慑犯罪分子, 同时通过GSM无线通信网络将被盗预警事件告知配电台区管理人员, 使人员及时到现场巡查。
1 变压器防盗装置
变压器防盗装置主要由高灵敏振动感应器、门禁、后备电源、本地警报器、通信单元、智能综合处理单元等五部分组成。
变压器防盗装置结构组成如图1:
1.1 振动感应器
振动感应器工作电压DC12V, 内部采用压电陶瓷片加弹簧重锤结构检测振动信号, 并通过LM358等运放放大并输出控制信号, 振动灵敏度可调节, 被大量应用到汽车、摩托车的防盗系统上。振动感应器检测到一次振动输出一个周期下拉信号, 输出接口可与单片机IO口直接相连 (单片机IO口上拉一个10~20K电阻, 平时保持高电位, 振动感应的时候拉到低电位) 。振动传感器固定于变压器外壳, 当变压器被盗时会产生振动, 振动信号传递给智能综合处理单元。
1.2 门禁
门禁开关为变压器防盗装置箱体门被打开报警作用。箱体门关闭时, 门禁处于常开状态;箱体门打开时门禁由常开变为闭合状态。智能综合处理单元监测到门禁开关为闭合状态时, 启动本地警报, 同时短信通知台区管理人员。
1.3 后备电源
不法分子盗窃变压器时, 为了安全, 必须拉开10kv跌落保险, 使变压器停电, 然后拆卸, 因此变压器防盗装置必须具备失电工作的能力。后备电源使用4.8V、600m Ah的镍氢电池, 能在失电后使蜂鸣器工作5分钟、通信单元发送10条短信。
1.4 本地警报器
本地警报器工作电压为DC12V, 最大响度为110分贝。在警报器电源端子施加直流电压, 即发出连续性的警报声。警报器声音可通过调节电源电压控制, 电源电压为DC12V, 输出响度110分贝;电源电压为0, 蜂鸣器关闭。
1.5 通信单元
通信单元采用有方M590工业级GSM模块, 工作温度等级为C3 (-40℃~+70℃) 。智能综合处理单元通过AT命令与通信单元进行信息交互, 读取通信单元信息、控制通信模块的拨号、网络注册、数据收发等。通信单元基于GSM网络, 既可发送短信, 亦可通过GPRS网络向主站发送数据。变压器防盗装置监测对象为被盗变压器, 属于小概率事件, 从实际使用角度不需要实时在线, 因此本通信模块只使用短信收发功能。从用户维护费用支出方面, 短信费用低于GPRS流量费用。另外节省了使用GPRS需要的主站投入。
1.6 智能综合处理单元
智能综合处理单元由中央处理器 (CPU) 、交流采样模块、遥信接口等组成。中央处理器为超低功耗单片机MSP430。该处理器最初被设计的目的是应用在靠电池供电, 长时间使用的移动设备上。MSP430系列单片机具有16位RISC结构, CPU中的16个寄存器和常数发生器使MSP430微控制器能达到最高的代码效率;灵活的时钟源可以使器件达到最低的功耗消耗;数字控制的振荡器 (DCO) 可使器件从低功耗模式迅速唤醒。
交流采样模块由电压互感器、AD采样组成。交流电压采样可以通过电阻分压和电压互感器两种方式实现。但电阻分压是将220V电压通过电阻分压后供采样回路获取电压信号, 中间无强弱电隔离, 后期运行较为危险, 采样精度也不高。因此本项目采用电压互感器方式实现。
电压互感器参数如下:
1) 外壳材料:PBT树脂, 阻燃等级94-V0;
2) 内部绝缘:环氧树脂灌封;
3) 介质强度:2500V/m in;
4) 绝缘电阻:1000MOhm s@500Vdc;
5) 冲击电压:5000V (1.2/50μs标准雷电波) ;
6) 额定负载:100KOhm s;
7) 工作温度:-25 to+55℃, -40 to+85℃可选;
8) 工作频率:50 to 400Hz;
9) 精度等级:符合IEC60044-2电压互感器0.1级;
10) 输入:57.7V, 100V, 120V, 200V;
输出:0.1V, 0.333V, 3.53V, 7.07V。
AD采样使用MSP430F149自带的12位AD, 并能够将数据保存在转换存储器中。
该内核两个可编程的参考电压 (VR+和VR-) 定义转换的最大值和最小值。当输入模拟电压等于或高于VR+时, ADC12输出满量程值0FFF H, 当输入电压等于或小于VR-时, ADC12输出0。
输入模拟电压的最终结果满足公式:
ADC12共有12个转换通道, 设置了16个转换存储器, 用于暂存转换结果, 合理设置后, ADC12硬件会自动将转换结果存放到相应的ADC12MEM寄存器中。每个转换器ADC12MEMx都有自己对应的控制寄存器ADC12CTLx。变压器防盗装置具有4路遥信接口。YX1为振动感应器输入, YX2为箱体门禁开关输入, YX3、YX4备用。
2 防盗报警原理
变压器被盗主要有以下两个特征:1) 变压器停电;2) 变压器被移动。基于以上两点, 变压器防盗装置的报警原理为:检测到停电 (失压) 事件后, 并检测到振动感应器输出的低电平信号3次 (保证振动检测的可靠性) , 即启动报警。变压器防盗装置只检测到振动信号, 未检测到停电 (失压) , 不启动报警。这种逻辑判定可以避免振动感应器因外界干扰 (如烟花、巨响) 而造成变压器防盗装置误报。
3 变压器防盗装置应用功能
变压器防盗装置作为一种监视、报警装置, 使用对象为基层供电所管理人员和台区管理员, 综合使用需求和现场应用特点, 要求其要具备以下几点应用功能:1) 告警短信号码设置:变压器防盗装置可预设5个告警手机号码 (一主四副) 。手机号码用来接收变压器被盗的预警短信。变压器防盗装置报警后, 主手机号码可远程关闭警报。持有副手机号码的台区管理员只能到现场关闭警报, 否则主手机号码每隔10分钟收到一条告警提示短信。2) 台区名称设置:变压器防盗装置在发送报警短信时, 为方便用户及时响应, 不能使用终端逻辑地址代替变压器台区名称, 需要发送汉字告知台区地点, 如“XX线路XX台区”。装置内部预置的任意告警号码均可按规定短信格式设置台区名称。3) 防破坏功能:为避免盗窃分子在实施偷盗前剪断发射天线, 变压器防盗装置箱体采用防破坏设计:发射天线内置箱体内, 天线头部2~3cm部分伸出箱体顶部, 用于发射和接收信号。
4 结束语
变压器防盗装置成本较低, 使用成熟的GSM网络, 信号覆盖范围广, 安装使用不受地形条件的限制, 在偏远地区、城郊区域以及易发生变压器被盗的地区, 均适合使用。经过现场的实际运行, 防盗报警准确率达98%以上, 有效的杜绝了变压器被盗事件的发生, 带来了良好的经济效益和社会效益, 对于供电企业来说, 具有较高的推广和使用价值。
摘要：在当前农网台区的管理中, 由于10KV变压器主要用于在野外环境进行变电作业, 容易发生配电变压器被盗事件。针对这种情况, 本文提出了一种变压器防盗报警装置, 实时地监测配电变压器设备的状态。当配电变压器被盗时, 装置可以及时启动本地警告, 并同时通过GSM公网, 告知配电台区的管理人员, 及时赶往现场, 防止电力设备被盗, 减少供电企业的损失。
关键词：变压器防盗,GSM网络,农网台区管理
参考文献
[1]李光, 张铁壁, 张学军.基于单片机和GPRS技术的农用变压器防盗报警系统.河北工程技术高等专科学校学报, 2010.
[2]沈建华, 杨艳琴, 翟晓曙.MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用.北京:清华大学出版社, 2004.
[3]李迎春, 张佑生.GSM短消息在无线数据采集与监控中的应用[J].计算机工程与应用, 2004.
[4]王学水, 张玉梅.微型互感器在多路有功电功率测量中的应用.仪表技术与传感器, 2006.
变压器防盗 篇4
配电变压器是配电系统的重要组成部分, 关系到电力用户能否正常使用电能。近年来变压器被盗事故时有发生, 严重影响了经济建设和城乡居民的生产生活。为了减少非正常供电造成的损失, 对配电网变压器的状态预警就显得极为重要。
GSM (Global System for Mobile communication) 是目前基于时分多址技术的无线通讯系统中技术比较成熟、完善并且应用广泛的一种[1]。在我国, GSM网络已经得到普遍使用。利用GSM网络组建变压器报警装置覆盖性好、所需的设备较少且运行成本较低, 可以实现很好的防盗要求。但是现有的防盗装置均只能在电网正常供电时对变压器进行监测。而在盗情最容易发生的停电时刻, 监测却往往失效。本文设计的新型防盗系统, 基本上解决了停电状态下的监测问题, 实现了真正的实时监控。
1 设计思想
本文所设计的配电变压器防盗报警装置以AT89C51单片机为主要控制芯片, 采用高性能的集成电路、电子器件开发。并以TC35I移动终端模块组成的GSM无线传输组件作为报警通信方式, 可将事故信息迅速可靠地传送出去。
系统原理如图1所示。主要由事故监测和GSM短消息报警两部分组成。事故监测负责实时采集配电变压器各种运行参数, 如:各相电压、电流、功率等信息, 并对信息进行分析, 判断变压器是否正常运行。一旦缺相, 停电, 特别是被盗事故发生, 立即转入GSM报警模块, 并以发送短信息 (SMS) 的方式向监控中心或公安机关发送报警事故信息。
2 系统的硬件实现
配电变压器防盗报警系统主要是由事故检测和事故报警两部分组成。事故检测是实时监测变压器的各种运行参数 (本设计选用电压) , 由单片机进行合理的逻辑判断, 进而监控变压器的运行状况;事故报警主要是利用TC35I通讯芯片组成的GSM无线短信模块, 进行短消息报警。
2.1 事故检测部分
根据配电系统运行状况, 事故检测分为交流带电监测和交流失电监测。变压器交流带电时, 防盗系统主要依据电压的变动情况对变压器运行状态进行判断;当变压器交流失电时, 装置转入直流回路, 即在变压器首端加上一较低直流电压 (以可充锂电池代替) , 通过变压器绕组构成回路, 实时监测回路的通断, 从而实现对变压器的监视。
2.1.1 变压器检测单元
此系统对变压器电压信号的采集通道分为带电的交流部分和停电的直流部分。电路设计分别如图2、图3。
当变压器带电运行时, 装置采集变压器三相输入电压的变动情况, 以判断电力线路是否缺相或者停电。如图2所示 (这里只介绍A相采集回路, B、C两相采集回路和A相完全相同) 。该电路包括直流整流桥及一个光电耦合器。直流整流桥将交流电压转变成单片机可识别的直流电压。光电耦合器PC817接在整流桥和单片机系统之间, 用来隔离高低电压, 实现对单片机系统的安全维护。PC817输出端接入单片机的I/O端口, 通过单片机检测处理。
当变压器失电时, 交流继电器常闭结点失电闭合, 转入直流信号采集电路。由于配电变压器被盗时三相均已失电, 故只需取一相构成直流回路。如图3所示。电路主要由直流电源、瞬态电压抑制器 (TVS) 、单相可控硅BT151、光电耦合器PC817等组成。TVS接在继电器与光耦合器件之间, 防止通电瞬间交流高压冲击直流回路。在确保系统完全失电后, 把直流电压加入到被保护变压器上。直流回路中串联的BT151作为开通直流回路的开关, 也用来防止被保护线路突然来电, 而使高压侵入装置的低压回路。BT151关断时两端可耐受电压大于600 V, 门极触发电流小于20 mA。
2.1.2 单片机信号处理单元
单片机是防盗检测单元的主要功能器件, 用来对采集到的电压信号进行储存、处理。本次设计采用的是ATMEL公司生产的MCS-51系列AT89C51单片机。AT89C51是一个低功耗, 高性能CMOS 8位单片机, 器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造, 兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构, 芯片内集成了通用8位中央处理器和4k可反复擦写存储器。AT89C51功能强大、性价比高, 可用于很多工业控制场合[2]。
单片机信号处理单元的电路如图4所示。该部分主要由AT89C51芯片、时钟电路、复位电路、报警电路及单片机与信号采集单元和串行数据接口组成。
2.2 事故报警
变压器事故报警部分即采用GSM技术通讯的短信发送模块。利用无线移动终端模块TC35I组建的短信发送模块的结构框图如下图5所示。短信发送模块由无线移动终端TC35I、点火电路、通讯接口电路、SIM卡接口电路等主要部分组成, 结构框图如图5所示。
该模块的主要部件是西门子 (SIEMENS) 公司生产的最新无线移动终端模块TC35I芯片TC35支持双频 (GSM900MHz/GSMl800MHz) , 符合ETSI标准的GSM7.07和GSM7.05协议, 且易于升级为GPRS模块[3]。该模块集射频电路和基带于一体, 提供标准的AT命令接口, 为数据、语音、短消息和传真提供快速、可靠、安全的传输, 且具有设计紧凑, 体积小巧的特点, 方便用户的应用开发及设计。TC35I芯片的工作电压是3.3 V～5 V当模块上电10 ms后, 为保证整个系统正常启动, 还需要一个点火信号IGT。IGT脚必须加上一个时长至少为100 ms的低电平信号, 才能实现模块的正常启动, 而且该信号下降沿时间小于1 ms。
SIM卡是Subscriber Identity Model (客户识别模块) 的缩写, 它在一个数字芯片上存储了数字移动电话客户的信息, 加密的密钥等内容, 可供GSM网络客户身份进行鉴别, 并且SIM卡的制作是严格按照GSM国际标准和规范来完成的, 从而可靠的保障了客户的正常通信。并且TC35I芯片上集成了一个与ISO7816-3 IC Card标准兼容的SIM接口, 满足了系统的报警要求。
3 系统的软件实现
配电变压器防盗系统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完成对变压器报警装置采集到数据的检测并且分析判断变压器所发生的事故。判断程序根据变压器带电和停电状态的不同分为交流信号判断程序和直流信号判断程序。
3.1.1 交流信号的检测与判断
交流电压的检测判断软件采用汇编语言编写, 固化在单片机AT89C51程序存储器内。单片机初始化后, 对采集到的三相交流电压信号进行判断。程序流程如图6所示。
当三相均能采集到交流电压信号时, 变压器及线路均正常运行, 装置不报警, 程序回到循环开始处, 继续对采集到的信号进行检测;当三相交流电压信号全无时, 则说明变压器上无交流电, 转入直流检测程序;若三相中任意一相未采集到电压信号, 则判定配电线路缺相事故发生, 此时虽然变压器未发生被盗事故, 但线路处于不正常运行状态, 需要点亮缺相指示灯通知相关人员。
3.1.2 直流判断程序
当线路三相均采集不到交流电压信号时, 转入直流判断程序。为了防止配电系统突然来电, 在对直流回路上电之前, 程序必须先对三相交流电压进行检测。一旦有一相能采集到交流电压信号, 立即转入交流监测程序。当判断出变压器的交流高压确实消失时, 即判断系统为停电, 程序接通光电耦合器PC817, 并触发单相可控硅BT151导通, 程序实时检测直流回路的完好性, 如果直流回路不通程序判定变压器被盗, 转入GSM短信报警。直流回路逻辑控制程序流程如图7所示。
3.2 报警发送程序
单片机通过串口与TC35I实现异步通讯。当程序判断出变压器被盗事故发生时, 将立即执行报警程序, 发送对应的报警信息至监控中心或公安机关。
短消息业务SMS (Short Message Service) 模式即短信方式, 其通过信令信道进行少量数据的无线传输, 具有不占用语音信道, 并且具有双向通信能力;一次短消息的传送就是一次通信的完成, 具有分组数据的特点;特别适合小数据量信息的传送[4]。GSM短信发送主要有3种方式:Block Mode、Text Mode和PDU Mode。PDU模式是目前应用最广泛、适应性好的一种协议方式。在PDU模式下, 短信息必须转换成十六进制编码。下面简要介绍几个TC35i常用的AT控制命令:
AT+CMGS 发送短消息;
AT+CMSS 发送在存储器中保存的短消息;
AT+CMGF 选择短信息格式。
短信发送部分流程如图8所示。
4 结 语
智能型配电变压器防盗报警系统的设计缓解了配电变压器由于分布广泛而检测困难的难题, 经过长时间针对停电、缺相、被盗等多次实验, 系统均能准确作出判断和报警, 同时该系统的使用积极地配合了公安机关打击盗窃“三电”设施的犯罪行为, 具有广泛的应用前景。
参考文献
[1]蔡锐丹, 许少云.GSM/GPRS通信在配电自动化系统中的应用[J].电子设计应用, 2004, (3) :66-67, 70.
[2]张迎新.单片微型计算机原理应用及接口技术[M].长沙:国防工业出版社, 1996.
[3]TC35i Engine Hardware Interface Description Version 04.00[Z].2003.