電力設備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷是近10年來備受關注的研究和實施領域，是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運行的前提，也是智能電網(wǎng)[1]重點研究和發(fā)展的領域之一。

在電力系統(tǒng)中，諸如發(fā)電機、水輪機、勵磁和調速系統(tǒng)、繼電保護等，均已全部或部分實現(xiàn)了狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷。然而，電力變壓器（尤其是配電系統(tǒng)中）卻是無人問津的荒地，完全未納入監(jiān)測、故障診斷和預警服務的范圍。

電力設備在線運行狀態(tài)監(jiān)測指對設備的運行狀態(tài)進行記錄、分類和評估，它為設備維護、維修提供決策依據(jù)，為設備積累完整和真實的運行記錄資料，為故障分析和診斷提供真實依據(jù)，為故障預防和處理提供科學依據(jù)，它包括以下任務：

(1)積累設備運行情況資料和數(shù)據(jù),建立設備運行的歷史檔案；

(2)對設備運行狀態(tài)處于正?；虍惓Ｗ龀龀醪脚袛?，根據(jù)歷史檔案、運行狀態(tài)等級和已出現(xiàn)的故障特征及征兆初步判斷故障的性質和程度；

(3)對設備的運行狀態(tài)進行評估，并對評估進行分類，為設備檢修的實施提供依據(jù)。

電力設備在線監(jiān)測與診斷技術發(fā)展趨勢是：

(1)電力系統(tǒng)監(jiān)測與前沿性技術成果緊密結合：將計算機技術、通信技術、人工智能技術、電力電子技術與設備診斷技術結合起來,使診斷技術不斷提高；

(2)單一化向群體監(jiān)測發(fā)展：由以單臺設備為目標的在線監(jiān)測向整體在線設備的監(jiān)測延伸；

(3)設備狀態(tài)的遠程監(jiān)測和網(wǎng)絡化跟蹤：將設備監(jiān)測技術與計算機網(wǎng)絡技術相結合，在設備狀態(tài)參數(shù)采集后，采用移動通信技術遠程傳送數(shù)據(jù)，集中進行故障分析和故障預警；

(4)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與其他系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)、集成：隨著傳感技術和信息技術的日益成熟，將狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)與繼電保護等系統(tǒng)有機結合，在智能化理論(如神經(jīng)網(wǎng)絡和專家系統(tǒng))的基礎上結合信號采集、數(shù)據(jù)分析為主的計算機輔助監(jiān)測和診斷技術，電力設備狀態(tài)監(jiān)測與故障分析診斷必將進入智能化的新時代。

根據(jù)上述電力設備在線運行狀態(tài)監(jiān)測技術和發(fā)展趨勢，結合監(jiān)測技術未涉足電力變壓器的現(xiàn)狀，本文針對電力變壓器，提出了在線運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，利用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)了在線運行參數(shù)的采集處理[2-3]，通過移動通信網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程傳輸，并結合“電力設備在線監(jiān)測預警服務平臺[4]”，實現(xiàn)電力變壓器的故障分析和預警服務。

1 電力變壓器監(jiān)測系統(tǒng)結構

1.1 系統(tǒng)結構

利用嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)的電力變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)結構如圖1所示，系統(tǒng)由傳感器、變送器、ARM9 CPU、RF發(fā)射模塊（USB GPRS 模塊）等組成。

1.2 工作流程

圖2給出了電力變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)的部分電路。

(1)前端數(shù)據(jù)采集：電力變壓器的監(jiān)測參數(shù)包括溫度、電壓/電流和開關狀態(tài)三類參數(shù)，其中溫度和電壓/電流為模擬量，溫度信號通過溫度傳感器獲取，電流/電壓信號通過電流/電壓變送器獲?。荒M量獲取后的取值均為0~5 V的電壓信號，均經(jīng)過信號隔離電路LM339后輸入到多路轉換電路CD4051，之后經(jīng)由采樣保持電路LF398，輸入到A/D轉換器，將獲取的模擬信號轉換為數(shù)字信號，然后由CPU進行數(shù)字處理；開關狀態(tài)為開關量信號，通過去抖和整形信號處理后，交由開關量信號接收電路送至CPU，然后由CPU進行統(tǒng)一地信號處理。

(2)數(shù)據(jù)處理：CPU對采集的模擬量和開關量進行排序和歸一化處理，形成標準的數(shù)據(jù)格式，并按窗口方式進行移動保存，同時對采集數(shù)據(jù)進行異常判斷，加注異常標識，以便優(yōu)先上傳和處理。

(3)數(shù)據(jù)上傳：CPU根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結果，通過標準USB接口電路和帶USB接口的射頻電路(USB GPRS模塊)，優(yōu)先上傳帶有異常標識的數(shù)據(jù)，在沒有異常標識的情況下，定時輪流上傳模擬量和開關量信號。

(4)數(shù)據(jù)顯示：通過LED構成的顯示電路，在LED上輪流顯示采集的溫度值、電壓/電流值。

(5)配置管理：通過RS485接口電路接受遠程配置管理，包括采集數(shù)據(jù)整定值、數(shù)據(jù)保存窗口大小、異常數(shù)據(jù)閥值、上傳數(shù)據(jù)格式、上傳信號通道配置、上傳信號時間配置等。

2 電力變壓器監(jiān)測系統(tǒng)實施參數(shù)

2.1 系統(tǒng)實施參數(shù)

(1)CPU：(ARM9)AT91RM900，主頻266 MHz；
(2)A/D轉換：12 bit；
(3)操作系統(tǒng)：嵌入式Linux；
(4)多路轉換開關：CD4051，8路；
(5)模擬量：支持8路；
(6)開關量：支持8路；
(7)RF模塊：采用移動網(wǎng)絡(GSM)的USB GPRS接口模塊；
(8)遠程通信接口：RS485，用于系統(tǒng)配置；
(9)顯示：2×6 bit LED。

2.2 軟件參數(shù)配置

(1)采集點數(shù)配置：根據(jù)實際采集點配置采集點數(shù)；
(2)采集參數(shù)值整定：歸一化參數(shù)映射值；
(3)異常整定：采集參數(shù)連續(xù)3次超過整定值，即為異常；
(4)遠程通信整定：包括傳輸通道配置、傳輸時間配置、傳輸優(yōu)先級別配置。

2.3 采集參數(shù)

(1)溫度采集點數(shù)：3路；
(2)電壓采集點數(shù)：3路；
(3)電流采集點數(shù)：2路；
(4)開關量采集點數(shù)：4路。

本文給出的針對電力變壓器的監(jiān)測系統(tǒng)，可以擴展應用于其他的電力設備，例如箱式變電站、高壓開關柜等尚未進行監(jiān)測的電力設備。其中的模擬量采集信號可以進行擴充，達到32路，開關量采集信號可以達到16路。為了保證系統(tǒng)的抗干擾性，本文設計的監(jiān)測系統(tǒng)采用高抗干擾性能的USB GPRS模塊，并采用信號監(jiān)測及返回校驗和看門狗，保證遠程傳輸?shù)目煽啃?。并采用相應的電磁屏蔽方式，對系統(tǒng)中的核心部件進行屏蔽處理。