淺談電力設備智能無線溫度檢測系統(tǒng)

摘要：在長期工作中，由于設備基礎變化、溫濕度變化、嚴重超負荷運行、觸點氧化等原因造成的電力設備壓接不緊，觸頭接觸部分發(fā)生改變。終導致接觸電阻增大，造成巨大的風險隱患。本系統(tǒng)將通過無線測溫的方式，使用ZigBee無線通信技術(shù)，對電力設備的異常信息進行采集和反饋，保障設備的安全運行。

關鍵詞：無線測溫；諧振器；傳感器

 

0 引言

在電網(wǎng)進行供電時，主要由電力一次設備完成對各個電壓等級的負荷進行電力輸送，電力設備連接部位，由于氣候冷熱變化、設備基礎變化、加工工藝、設備受到環(huán)境污染，嚴重超負荷運行、觸點氧化等原因造成壓接不緊、壓力不夠、觸頭接觸部分發(fā)生變化、最終導致接觸電阻增大，由于電力運行中，運行狀況相當復雜，在一定時候，當一次設備發(fā)生故障時，電氣參數(shù)不能如實反映設備運行時的故障狀況和故障點，在電流通過時，溫度升高，從而引起設備老化，絕緣下降。嚴重的還能觸發(fā)電弧短路，燒壞設備，擴大設備損壞范圍，降低設備使用壽命[1]。在這種情況下，隨著時間的推移，故障狀況不能得到處理，故障情況將會越來越嚴重。甚至容易引起一次設備起火爆炸，最終可能造成重大電力事故。尤其是活動刀閘的動、靜觸頭部分更加嚴重，故障率高，這些都時時刻刻威脅電力設備的安全運行。

 

1研究目標及主要內(nèi)容

發(fā)電廠、變電站的高壓開關柜是重要的電器設備。在設備長期運行過程中，開關柜中的觸點和母線排連接處等部位因老化或接觸電阻過大而發(fā)熱，而這些發(fā)熱部位的溫度無法實時監(jiān)測，因此極易導致設備燒毀或突然停電等事故。通過監(jiān)測開關柜內(nèi)觸點溫度的運行情況，可有效防止開關柜的火災發(fā)生。但由于柜內(nèi)具有裸露高壓，且空間狹小，無法進行人工巡查測溫，通常的溫度測量方法不能使用。智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用布置在各個觸點的溫度傳感器將溫度信號通過無線信號傳輸。由于利用了無線信號固有的絕緣性和抗電磁場干擾性能，并具有極高的可靠性和安全性。因此從根本上解決了高壓開關柜內(nèi)觸點運行溫度及柜內(nèi)環(huán)境溫度不易監(jiān)測的難題。我們計劃智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)可以根本上解決這一難題。

 

2創(chuàng)新特色概述

本項目研究的核心無線通信模塊，既要保證溫度信號從開關柜發(fā)送出來，又要使發(fā)送的無線信號不影響現(xiàn)場其他保護設備。如何保證產(chǎn)品在強磁場和強電場下把測溫信號準確無誤發(fā)送出來，以保證監(jiān)測系統(tǒng)可以準確地反應設備的實時溫度。和在不方便提供電源的地方如何解決產(chǎn)品電源供電的問題是我們的核心所在。

 

終端節(jié)點通過杜邦線連接了溫濕度傳感器、煙霧傳感器。傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號處理電路后接到CC2530引腳，CC2530通過射頻天線發(fā)送給路由節(jié)點。

 

3 項目研究技術(shù)路線

由于現(xiàn)代的建筑設計越來越復雜，為了使整個系統(tǒng)可靠性得到保證，所以節(jié)點的數(shù)量和密度應該越大越好。因此，操作簡單、維護方便的通信網(wǎng)絡才是理想的選擇。傳感器節(jié)點在被布置后，應該能夠自組織網(wǎng)絡，有效傳遞采集到的信息。本系統(tǒng)預選用ZigBee技術(shù)來組建系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡，本系統(tǒng)預采用以下方法實現(xiàn)系統(tǒng)功能：

1）無線溫度采集終端對于溫度的采集。

2）對采集到的數(shù)據(jù)進行壓縮提高傳輸速率并適合無線傳輸。

3）在強電干擾下實現(xiàn)保證數(shù)據(jù)的無線傳輸質(zhì)量。

4）采集終端本身電源的提供。

5）溫度采集終端的設計。

6）電子技術(shù)、計算機技術(shù)在系統(tǒng)中的處理，升級。

7）對導熱系統(tǒng)反饋信息進行更好的人機交互體驗。

8）溫度達到預警時歷史信息的備份記錄。

9）系統(tǒng)對溫度信息的處理在規(guī)范要求的時間內(nèi)做出及時響應。

10）硬件部分標準化，模塊易于更換購買。

 

4 系統(tǒng)整體設計

系統(tǒng)將主要采用ZigBee無線通信技術(shù)，結(jié)合CC2530開發(fā)板，無須布線。將煙霧傳感器、溫濕度傳感器和蜂鳴器連接到CC2530開發(fā)板上，作為采集信息的終端節(jié)點。將終端節(jié)點安裝在電力設備上，通過這些傳感器對環(huán)境進行監(jiān)測，并把采集到的信息通過ZigBee射頻模塊通過無線發(fā)送到路由器節(jié)點，路由器節(jié)點再將數(shù)據(jù)進行初步的整理后發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)器節(jié)點通過USB接口與監(jiān)控主機相連，在對終端節(jié)點傳輸過來的信息進行初步轉(zhuǎn)換后傳送給監(jiān)控主機的上位機。而在對接收到的數(shù)據(jù)進行判斷后，若是滿足條件，將會通過監(jiān)控主機和蜂鳴器實現(xiàn)報警，以此通知管理人員及時處理。系統(tǒng)將解決了傳統(tǒng)溫度自動報警系統(tǒng)布線難、后期維護復雜、誤報率高、一些特殊場合不適用等一系列問題。同時，系統(tǒng)網(wǎng)絡配套編有相應上位機軟件，其人性化設計便于操作人員對全網(wǎng)進行監(jiān)控。系統(tǒng)完成的最主要的任務是對環(huán)境中溫濕度、煙霧的監(jiān)控。只要系統(tǒng)監(jiān)控區(qū)域中節(jié)點測量到某一項指標的值超出上位機設定的門限值后即觸發(fā)報警。上位機接收并處理相應數(shù)據(jù)。我們對此系統(tǒng)的整體框圖預想如下:

 

系統(tǒng)將由各節(jié)點共同組成的 ZigBee 網(wǎng)絡和監(jiān)控 PC 機組成，安置在設備旁的各終端節(jié)點采集的數(shù)據(jù)由協(xié)調(diào)器節(jié)點匯聚并通過其串口傳輸給 PC 機進而供值班人員監(jiān)視。我們對此

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設計框圖如圖3所示：

 

 

5 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型

安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當前無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎上,充分吸收當前國內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來的豐富經(jīng)驗，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O計思想，結(jié)合自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)、通信技術(shù)而設計的一款專業(yè)的無線測溫軟件。

5.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進行通信（如圖4），系統(tǒng)設計遵循國際標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，安全性、可靠性和開放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能?？梢员O(jiān)控無線測溫系統(tǒng)的設備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力，快速的事件響應，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設計依據(jù)軟件工程的設計規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

 

5.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

■實時監(jiān)測

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀顯示各測溫節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)及有關故障、告警等信息

■溫度查詢

溫度歷史曲線（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運行報表

查詢各回路設備運行溫度報表.

■實時報警

壁掛式無線測溫監(jiān)控設備具有實時報警功能，設備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。

■設備提供以下凡種告警方式：

a.彈岀事件報驚窗口.

b.實時語音報警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.

C.****吿警，可以向指定手機號碼發(fā)送吿警信息****（需選配****貓）.

■歷史告警査詢

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。

■用戶權(quán)限管理

Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權(quán)限管理功能。

通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

■定值設置

用于修改高溫定值、超溫定值。

■WEB（可選）

展示頁面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息， 設備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個數(shù)、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實時數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。

接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數(shù)變化，包括測量量、信號量等信息（信號量 需要斷路器提供輔助觸點支持）。

能耗統(tǒng)計頁面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢曲線，電能環(huán)比，用電排名。

運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設備的通信狀態(tài)。

■手機APP（可選）

設備數(shù)據(jù)員面顯示各設備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。

5.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)品選型

安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點，將測溫數(shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)（如圖5）。

 

5.3.1 安科瑞無線溫度傳感器

無線溫度傳感器共有5種，分別對應螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對不同的變電站要求，可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

 

 

 

 

 

 

 

5.3.2 安科瑞無線收發(fā)器

無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號進行匹配，同時傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

5.3.3 安科瑞顯示終端

顯示裝置通過RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。

6 小結(jié)

綜上所述，鑒于對以上所介紹的無線組網(wǎng)技術(shù)的比較，ZigBee以其獨有的特點表明它更適合于在現(xiàn)代建筑中進行無線網(wǎng)絡組建。本系統(tǒng)預選用ZigBee技術(shù)來組建系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡，各種溫度條件下進行有效的測量，反映了本系統(tǒng)構(gòu)成方式具備很強的可操作性。本系統(tǒng)采用的電路結(jié)構(gòu)更簡潔，硬件成本更低，操作也更靈活，可實現(xiàn)對電力設備的關鍵點進行測溫。