施超　徐跡　林俏　蔡年群　盧艷

【摘 要】針對(duì)當(dāng)前變電站設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)誤測(cè)、漏測(cè)的問題，結(jié)合智能檢測(cè)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)一種智能變電站設(shè)備熱點(diǎn)溫度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)分為無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元、智能管理單元、網(wǎng)絡(luò)智能管理單元三個(gè)單元，數(shù)據(jù)采集、傳送及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)性和有效性。試驗(yàn)測(cè)試表明，采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。

【關(guān)鍵詞】溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；ZigBee；變電站；無線溫度傳感器；遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

0 引言

在電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備運(yùn)行溫度對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用，供電負(fù)荷的增加和供電設(shè)備的老化對(duì)變電站的設(shè)備提出了更高的要求，變電站內(nèi)部的電纜接頭、母線連接點(diǎn)及刀閘接頭等觸點(diǎn)溫度過高會(huì)造成變電站的運(yùn)行異常，甚至發(fā)生火災(zāi)、爆炸。近年來，對(duì)變電站溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為一個(gè)研究的研究熱點(diǎn)。通過對(duì)變電站電氣設(shè)備的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，值班人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，消除隱患，確保變電站和電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

目前，對(duì)變電站熱點(diǎn)溫度的監(jiān)測(cè)方法有紅外測(cè)溫法和蠟片法，這些方法適合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試的精度及時(shí)效性較差。因此，本文運(yùn)用ZigBee無線傳感器技術(shù)，以無線的方式進(jìn)行站內(nèi)溫度監(jiān)控，以通用分組無線服務(wù)技術(shù)通信方式發(fā)送報(bào)警信息，對(duì)可能發(fā)生故障的裝置和節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警，運(yùn)檢人員可由此進(jìn)行針對(duì)性的檢查和排障，節(jié)省了人力，提高了效率。

1 檢測(cè)方法比較與選擇

目前對(duì)變電站熱點(diǎn)采用的方法較多，如可變色發(fā)光材料、紅外測(cè)溫、光纖測(cè)溫、無線系統(tǒng)測(cè)溫等，但可變色發(fā)光材料、紅外測(cè)溫、光纖測(cè)溫等傳統(tǒng)的測(cè)溫方式都存在一定的不足，如需要人工干預(yù)，造價(jià)較高，有安全隱患等。無線測(cè)溫系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性、測(cè)量精度、性價(jià)比等方面優(yōu)勢(shì)明顯。無線測(cè)溫就是將安裝在變電站電氣設(shè)備熱點(diǎn)位置的傳感器測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)接受主機(jī)上，通過監(jiān)控主機(jī)，變電站運(yùn)行人員可以及時(shí)了解變電站設(shè)備熱點(diǎn)溫度信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備的智能監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前端傳感器采集溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行無線傳輸?shù)膮f(xié)議有很不同的種類，以藍(lán)牙與 ZigBee協(xié)議為典型代表，藍(lán)牙傳輸速度快，但功率較大，成本高，適合距離較短的數(shù)據(jù)傳送，ZigBee傳輸可靠性高，功耗小，成本低，溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以控制信息、文本數(shù)據(jù)信息為主體，同時(shí)，由于變電站設(shè)備所處的高壓強(qiáng)磁場(chǎng)的環(huán)境，要求傳輸系統(tǒng)的抗干擾性能要好。和藍(lán)牙傳輸相比，ZigBee協(xié)議在測(cè)溫系統(tǒng)的構(gòu)建中具有更好的適用性。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

變電站設(shè)備熱點(diǎn)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，綜合考慮了系統(tǒng)安裝的靈活性、布線的合理性、監(jiān)控成本的經(jīng)濟(jì)性、設(shè)備工作環(huán)境的復(fù)雜性等多方面因素，在電站數(shù)據(jù)采集和信息傳輸、各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的整合、遠(yuǎn)程監(jiān)控及瀏覽查詢等方面進(jìn)行了較為深入的研究，變電站遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)對(duì)變電站熱點(diǎn)參數(shù)進(jìn)行采集及控制，并通過數(shù)據(jù)庫及B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理及多種途徑的查詢。因此，從遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能上分，將變電站設(shè)備熱點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)分為無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元、智能管理單元、網(wǎng)絡(luò)智能管理單元三個(gè)單元，如圖1。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

3.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元溫度傳感器設(shè)計(jì)

該監(jiān)控系統(tǒng)中，無線傳感網(wǎng)絡(luò)由溫度傳感器節(jié)點(diǎn)和無線網(wǎng)關(guān)板組成，電氣設(shè)備熱點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)板進(jìn)行傳遞。溫度傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

無線溫度傳感器由DS18B20溫度傳感器、CC2530微處理器以及電源模塊構(gòu)成。利用DS18B20采集被測(cè)點(diǎn)溫度，利用CC2530控制器讀取溫度數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)ZigBee無線通信技術(shù)的靈活組網(wǎng)，CC2530模塊和DS18B20模塊均具有低功耗運(yùn)行模式。

3.2 智能管理單元溫度監(jiān)控設(shè)計(jì)

智能管理單元實(shí)現(xiàn)對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單元上傳的數(shù)據(jù)的處理，依據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果向網(wǎng)關(guān)板發(fā)送控制信號(hào)調(diào)節(jié)設(shè)備工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備溫度異常情況進(jìn)行通知并記錄，保存設(shè)備溫度數(shù)據(jù)，通過GPRS上傳數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

智能管理單元監(jiān)測(cè)部分負(fù)責(zé)采集所對(duì)應(yīng)子網(wǎng)內(nèi)被測(cè)節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，并具有提前預(yù)警、超溫報(bào)警、實(shí)時(shí)顯示等功能。通過CAN總線或以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，ZigBee模塊完成與溫度傳感器之間的通信。當(dāng)設(shè)備溫度出現(xiàn)異常時(shí)，GPRS短信模塊及時(shí)將異常狀況信息及位置信息以短信模式下發(fā)給工作人員，為工作人員及時(shí)掌握和處理現(xiàn)場(chǎng)異常狀況提供幫助。

3.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元溫度監(jiān)控設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元接收智能管理單元上傳的電站（下轉(zhuǎn)第6頁）（上接第47頁）數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫，并將收到的指令解析后通過CAN總線或光纖以太網(wǎng)按照既定規(guī)約下發(fā)到各個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)將處理好的數(shù)據(jù)上傳給管理主機(jī)，管理主機(jī)對(duì)站內(nèi)所有溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理，并將結(jié)果以標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議封裝傳送至監(jiān)控中心或管理員手機(jī)。

4 應(yīng)用實(shí)例

系統(tǒng)應(yīng)用于一個(gè)110kV變電站的一次設(shè)備，包括母線、電纜頭、變壓器繞組、斷路器觸點(diǎn)等熱點(diǎn)溫度，選擇不同的測(cè)試熱點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控到溫度數(shù)值和溫度狀態(tài)，綠色表示正常，橙色表示警告，紅色表示故障，如圖4所示。

通過實(shí)際測(cè)試應(yīng)用，變電站設(shè)備熱點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)了長時(shí)間、不間斷的數(shù)據(jù)采集，大大節(jié)省了人力物力，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。

5 結(jié)論

針對(duì)變電站設(shè)備熱點(diǎn)溫度實(shí)時(shí)在線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)問題，提出了一種基于ZigBee技術(shù)的無線智能測(cè)溫系統(tǒng)，系統(tǒng)以ATM920T為核心完成了硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并對(duì)變電站設(shè)備工作環(huán)境中高壓、高溫、強(qiáng)磁場(chǎng)等影響數(shù)據(jù)采集及檢測(cè)精度的問題進(jìn)行了研究，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，適合工業(yè)控制場(chǎng)所，減少了工作人員的巡檢次數(shù)，為用戶提供了一種高性能的在線監(jiān)測(cè)方式。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]