采用LoRa无线技术的高压互感器智能测试装置.pdf

Telecom Power Technology 40 Sep.25,2023,Vol.40 No.18 2023 年 9 月 25 日第 40 卷第 18 期设计应用技术DOI：10.19399/ki.tpt.2023.18.014采用 LoRa 无线技术的高压互感器智能测试装置翁铭杰，纪梦楚（福建省送变电工程有限公司，福建 福州 350013）摘要：随着电力系统的发展和智能化技术的应用，对高压互感器的测试和监测要求越来越高。传统的有线测试方式存在放线收线烦琐、效率低下和受环境限制等问题。采用远距离无线电（Long Range Radio，LoRa）无线技术的高压互感器智能测试装置，通过无线通信实现对高压互感器的远程监测和测试，提高测试效率和可靠性。介绍了高压互感器的基本原理和测试方法，详细阐述了 LoRa 无线技术的特点和工作原理。在此基础上，设计了一种基于LoRa 无线技术的高压互感器智能测试装置，并进行了实验验证。实验结果表明，该装置能够稳定地实现对高压互感器的测试和监测，具有较高的可靠性和实用性。研究成果对于提高电力系统的测试效率和可靠性具有一定的实际应用价值。关键词：高压互感器；智能测试装置；LoRa 无线技术；远程监测；测试效率Intelligent Test Set for High Voltage Transformers with LoRa Wireless TechnologyWENG Mingjie,JI Mengchu(Fujian Power Transmission&Transformation Engineering Co.,Ltd.,Fuzhou 350013,China)Abstract:With the development of power systems and the application of intelligent technology,the demand for testing and monitoring of high voltage transformers is increasing.The traditional wired testing method has problems such as cumbersome wiring and collection,low efficiency,and environmental limitations.The article adopts Long Range Radio(LoRa)wireless technology as an intelligent testing device for high voltage transformers,which achieves remote monitoring and testing of high voltage transformers through wireless communication,improving testing efficiency and reliability.The article introduces the basic principles and testing methods of high voltage transformers,and elaborates in detail on the characteristics and working principles of LoRa wireless technology.On this basis,an intelligent testing device for high voltage transformers based on LoRa wireless technology was designed and experimentally verified.The experimental results indicate that the device can stably test and monitor high voltage transformers,and has high reliability and practicality.The research results of this paper have certain practical application value for improving the testing efficiency and reliability of power systems.Keywords:high voltage transformer;intelligent test set;LoRa wireless technology;remote monitoring;testing efficiency0引言高压互感器作为电力系统中的重要设备，用于测量和保护设备之间的电压和电流关系。随着电力系统的发展，对高压互感器的测试和监测需求不断增加。传统的有线测试方式存在布线复杂、成本高昂和受环境限制等问题。因此，研究一种无线通信技术应用于高压互感器的测试和监测具有重要的意义。文章旨在研究采用 LoRa 无线技术的高压互感器智能测试装置，通过无线通信实现对高压互感器的远程监测和测试，提高测试效率。1高压互感器的基本原理和测试方法1.1高压互感器的基本原理高压互感器是一种将高电压变换为低电压的电气设备，其基本原理是电磁感应。高压互感器由高压绕组和低压绕组组成，通过电磁耦合实现电压变换。1.2高压互感器的测试方法高压互感器的测试方法主要包括电压比测试、绕组直流电阻、互感器负荷、绕组极性、零序电流测试以及时间特性测试等1。电压比测试用于测量高压互感器的变比；绕组直流电阻测试用于检测互感器内部的线圈是否损坏；互感器负荷测试用于判断互感器的后端在长距离的引线输出后是否产生误差超标；绕组极性用于判断继电保护测控装置是否正常运行；零序电流测试用于判断高压互感器的漏磁和对称性能；时间特性测试用于评估高压互感器的动态特性。2LoRa 无线技术的特点和工作原理2.1LoRa 无线技术的特点LoRa 是一种低功耗、长距离的无线通信技术，具有覆盖范围广、抗干扰能力强和通信稳定可靠等特点。LoRa 遇到干扰与障碍物时的传输示意如图 1所示。收稿日期：2023-07-10作者简介：翁铭杰（1995），男，福建福清人，本科，助理工程师，主要研究方向为电力系统调试技术；纪梦楚（1997），女，福建福州人，本科，助理工程师，主要研究方向为电力系统调试。2023 年 9 月 25 日第 40 卷第 18 期 41 Telecom Power TechnologySep.25,2023,Vol.40 No.18 翁铭杰，等：采用 LoRa 无线技术的 高压互感器智能测试装置接收端发射端信号受阻成功发送信号受阻信号受阻障碍物干扰障碍物干扰电磁干扰图 1LoRa 遇到干扰与障碍物时的传输示意2.2LoRa 无线技术的工作原理LoRa 无线技术采用频移键控调制技术，通过改变载波频率实现数据的传输2。LoRa 通信系统由发送端和接收端组成。发送端将待传输的数据进行编码和调制，然后通过天线发送信号。接收端接收信号后，通过解调和解码还原出原始数据。基于 LoRa 发射模块结构原理如图 2 所示，基于 LoRa 信号接收装置结构原理如图 3 所示。3基于 LoRa 无线技术的高压互感器智能测试装置设计3.1系统框架设计基于 LoRa 无线技术的高压互感器智能测试装置主要由传感器模块、无线模块、微控制器以及显示模块组成。传感器模块用于采集高压互感器的相关数据，无线模块实现与接收端的无线通信，微控制器负责数据的处理和控制，显示模块用于实时显示测试结果。3.2传感器模块设计传感器模块采用合适的传感器和信号处理电路，能够准确地采集高压互感器的电压和电流信号。采集的信号通过模数转换器转换为数字信号，然后传输至微控制器进行处理。3.3无线模块设计无线模块采用 LoRa 无线通信技术，通过天线进人机界面直流信号模块1直流信号模块2直流信号模块3直流信号模块n直流信号模块.直流信号模块4无线通信微控制器图 2基于 LoRa 发射模块结构原理人机界面电压测量模块1电压测量模块2电压测量模块3电压测量模块n电压测量模块.电压测量模块4无线通信微控制器图 3基于 LoRa 信号接收装置结构原理 2023 年 9 月 25 日第 40 卷第 18 期Sep.25,2023,Vol.40 No.18Telecom Power Technology 42 行信号的发送和接收。发送端将采集的数据经过编码和调制后发送出去，接收端将接收到的信号进行解调和解码来还原出原始数据。同时，将模块的数据收发中断用于终端设备的信号同步，并给传感器采样电路提供同步，实现基于无线的采样与相位计算。3.4微控制器设计微控制器负责数据的处理和控制。它接收传感器模块采集的数据，并进行相应的算法处理，得到测试结果3。同时，微控制器通过无线模块将测试结果发送给接收端，并接收来自接收端的控制命令。采用32 位的微控制器 AT32F403A，其采用 cortex-M4 内核，拥有 240 MHz 的主频、8 个串行接口、3 个独立的 12 位模拟数字转换器（Analog to Digital Converter，ADC）内核，很好地满足了本应用的硬件需求。3.5显示模块设计显示模块用于实时显示测试结果，可以采用液晶显示屏或者其他合适的显示设备。测试结果包括高压互感器的变比、漏磁和对称性能以及动态特性等。目前，成熟的人机界面模块通常采用串行接口，可以很方便地连接微控制器，实现界面开发。4实验设计与结果验证为验证基于 LoRa 无线技术的高压互感器智能测试装置的可行性和可靠性，设计一系列实验4-5。实验中使用真实的高压互感器进行测试，并与传统有线测试方式进行对比。通过多个变电站现场进行验证，其中在远端即高压互感器的测控装置（以下简称远端）上布置一个带 LoRa 发射模块的测量装置，在高压互感器本体位置（以下简称本体）布置一个 LoRa 接收模块测量从机。在远端的测量装置通过 LoRa 发送启动命令到本地端，启动采样监测，并且按次序对相应的高压互感器绕组施加电流信号。本体测量装置轮询测量各高压互感器绕组的信号，根据采样到信号的极性、信号到达的次序判断高压互感器的传输回路是否正确。LoRa 通信距离实测情况如表 1 所示，基于LoRa 通信的自动化测量精度和核相逻辑如表 2 所示，基于 LoRa 通信的自动化测量与传统方式的时间对比如表 3 所示。实验结果表明，采用 LoRa 通信方法使用的嵌入式系统实现了自动化，完全替代了传统人工逐个校对的操作方法，测量时间答复缩短，从而提高变电站的高压互感器调试效率，并且可以实现远程监测和测试，具有较高的测试精度和稳定性。表 1LoRa 通信距离实测情况变电站通信距离/m误码率/%是否有障碍物变电站 A 200 1有变电站 B 300 1有变电站 C 300 1有表 2基于 LoRa 通信的自动化测量的精度和核相逻辑通道电阻精度/%核相逻辑通道 10.5正确通道 20.5正确通道 30.5正确通道 40.5正确通道 50.5正确通道 60.5正确表 3基于 LoRa 通信的自动化测量与传统方式的时间对比测量方法时间自动化测量15 s传统方法测量 10 min5结论文章研究了采用 LoRa 无线技术的高压互感器智能测试装置，通过无线通信实现对高压互感器的远程监测和测试。实验结果表明，该装置具有较高的测试精度和稳定性，能够提高测试效率和可靠性。未来，可以进一步研究装置的优化和应用场景的扩展，以满足更多实际应用需求。参考文献：1 王睿庭.基于 STM32 的信号分析测量装置的设计 J.电子技术，2023，52（5）：14-15.2 赵志浩，卢超波，陶洪平，等.基于 LoRa 无线通信的变电站火灾报警系统设计J.电子与封装，2022，22（7）：73-76.3 张 泽，姚 育 成，鲍 迪，等.一 种 基 于STM32 的 ADC 数据采集系统设计 J.现代电子技术，2023，46（10）：47-53.4 毕长生，刘利斌，李双胜，等.电流互感器故障分析及诊断J.电力安全技术，2021，23（10）：26-27.5 李雨田，刘婧一，吴尚阳，等.高压互感器现场校验技术分析 J.吉林电力，2022，50（2）：51-53.