伍任能，徐兆丹，羅傳勝

(南寧供電局，廣西 南寧 530000)

1 當(dāng)前檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀

現(xiàn)有的開關(guān)柜氣體檢測(cè)技術(shù)都是在開關(guān)柜的通風(fēng)處或者柜體引入氣體導(dǎo)管，通過導(dǎo)管將開關(guān)柜內(nèi)的氣體導(dǎo)出，再利用傳感器或其他儀器對(duì)導(dǎo)出的氣體進(jìn)行不同的檢測(cè)[1-2]。其缺點(diǎn)在于，通過導(dǎo)管所測(cè)量的故障氣體與實(shí)際有較大偏差，不能得到開關(guān)柜內(nèi)實(shí)時(shí)的氣體濃度，不能判斷其內(nèi)部是否處于故障階段，也不利于對(duì)氣體濃度趨勢(shì)進(jìn)行研判[3]。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開關(guān)柜氣體在線監(jiān)測(cè)整體設(shè)計(jì)方案

本文運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)開關(guān)柜內(nèi)部氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，利用傳感器對(duì)開關(guān)柜內(nèi)的不同類型的氣體的濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在開關(guān)柜內(nèi)的頂部中央、底部中央以及柜內(nèi)四周的中央進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，將測(cè)得的物理數(shù)據(jù)通過傳感器節(jié)點(diǎn)變成電信號(hào)，再將電信號(hào)通過MCU控制器進(jìn)行編譯，利用ZigBee節(jié)點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行傳播，數(shù)據(jù)匯總到各個(gè)監(jiān)控子站，也就是每個(gè)獨(dú)立的開關(guān)柜，各個(gè)監(jiān)控子站將數(shù)據(jù)向上一級(jí)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān)傳輸，匯聚到監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān)統(tǒng)一打包，通過監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān)把數(shù)據(jù)傳播到系統(tǒng)后臺(tái)進(jìn)行保存，監(jiān)測(cè)人員通過PC或者手機(jī)端的軟件就可以對(duì)所監(jiān)測(cè)的歷史數(shù)據(jù)以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行控制查看,如圖1所示。

圖1 在線檢測(cè)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框架

3 在線監(jiān)測(cè)整體設(shè)計(jì)方案各模塊功能簡介

3.1 傳感器節(jié)點(diǎn)

由于開關(guān)柜空間有限，同時(shí)需要進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)的安裝，故電源選擇紐扣鋰電池，方便對(duì)其進(jìn)行安裝供電。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體濃度的在線監(jiān)測(cè)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議就顯得十分重要，選取T-MAC協(xié)議可以將時(shí)間分為幀，幀長度固定，工作時(shí)間設(shè)置為每5分鐘記錄一次，周期性地對(duì)開關(guān)柜內(nèi)的故障氣體濃度進(jìn)行監(jiān)測(cè)[4]，如圖2所示。

圖2 傳感器節(jié)點(diǎn)

3.2 監(jiān)控子站

監(jiān)測(cè)子站由主板和子板構(gòu)成，主板采用微處理器(MCU)，由Flash存儲(chǔ)器+SDRAM兩個(gè)存儲(chǔ)器共同構(gòu)成存儲(chǔ)模塊，同時(shí)包含串口及接口(SPI)，如圖3所示。

圖3 監(jiān)測(cè)子站構(gòu)成

3.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的監(jiān)控中心負(fù)責(zé)對(duì)骨干網(wǎng)絡(luò)和子網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，滿足小范圍網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的標(biāo)量數(shù)據(jù)傳輸，可進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸需求，并且具有較高的帶寬[5]，如圖4所示。

圖4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

3.4 檢測(cè)流程設(shè)計(jì)

系統(tǒng)在初始化完成后開始采集待測(cè)柜體信息。采集的信號(hào)根據(jù)修正系數(shù)校準(zhǔn)后，經(jīng)過放大濾波、內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換后，將數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)轿⑻幚砥鳎?jīng)分析處理后在屏幕上顯示氣體濃度數(shù)值，如果氣體濃度度數(shù)超過設(shè)定閾值，同時(shí)提示預(yù)警信息，并在操作界面顯示氣體組分信息，可在操作系統(tǒng)或者按鍵輸入模塊中調(diào)整相關(guān)參數(shù)，方便裝置后續(xù)檢測(cè)，系統(tǒng)的檢測(cè)流程如圖5所示。

圖5 信號(hào)檢測(cè)流程

3.5 裝置上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

裝置上位機(jī)軟件主要包括登錄界面、參數(shù)設(shè)置界面、數(shù)據(jù)顯示界面、預(yù)警界面、歷史數(shù)據(jù)查詢界面。單次檢測(cè)時(shí)，首先由登錄界面轉(zhuǎn)至主要操作界面，初始化閾值參數(shù)后，在可視化界面處顯示檢測(cè)信息，與設(shè)定閾值對(duì)比，如果超過設(shè)定閾值則轉(zhuǎn)至預(yù)警界面，提示柜體需要人工維護(hù)，如果示數(shù)在閾值區(qū)間內(nèi)裝置正常運(yùn)行，軟件界面如圖6所示。

圖6 裝置軟件界面

4 檢測(cè)方式

(1)選擇幾處待安裝無線傳感器節(jié)點(diǎn)的開關(guān)柜，將CO型、NO型傳感器分布于開關(guān)柜內(nèi)的頂部中央、底部中央以及四周內(nèi)壁的中央。

(2)每個(gè)開關(guān)柜為一個(gè)監(jiān)控子站，通過監(jiān)控子站的通信模塊與該監(jiān)控子站內(nèi)的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信上的連接，選擇T-MAC協(xié)議為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議，選擇定向擴(kuò)散DD協(xié)議為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的路由協(xié)議。

(3)將各個(gè)監(jiān)控子站的匯聚節(jié)點(diǎn)通過以太網(wǎng)接入監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān)，并通過監(jiān)測(cè)網(wǎng)關(guān)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，向監(jiān)控中心進(jìn)行傳輸，監(jiān)控中心通過云端網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至PC端或者手機(jī)端。

(4)監(jiān)控人員打開上位機(jī)軟件界面后，首先會(huì)彈出登錄界面，在輸入賬號(hào)密碼后會(huì)顯示4塊區(qū)域，分別是參數(shù)設(shè)置界面、數(shù)據(jù)顯示界面、預(yù)警界面、歷史數(shù)據(jù)查詢界面。

(5)在開關(guān)柜工作前，點(diǎn)擊參數(shù)設(shè)置方面，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)全部初始化，顯示初始的各種氣體濃度。

(6)在正常狀態(tài)下，監(jiān)控人員點(diǎn)擊數(shù)據(jù)顯示頁面的氣體濃度采集的暫停按鈕，將會(huì)停止采集，采集的數(shù)據(jù)將會(huì)以時(shí)間來命名，存儲(chǔ)到固定文件夾。點(diǎn)擊退出按鈕也會(huì)停止采集并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，退回到系統(tǒng)初始界面。

(7)氣體濃度故障診斷功能，即系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯判斷，如果濃度超過提前設(shè)置好的閾值，系統(tǒng)將記錄下報(bào)警時(shí)間、故障氣體類型、故障氣體濃度，自動(dòng)彈出警戒界面，顯示哪一類氣體的濃度超標(biāo)，同時(shí)向監(jiān)控人員發(fā)出警報(bào)，提醒該開關(guān)柜內(nèi)存在異?，F(xiàn)象。

5 系統(tǒng)安裝測(cè)試

開關(guān)柜氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在220 kV變電站，35 kV電壓等級(jí)的KYN28型開關(guān)柜上進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)安裝及測(cè)試。經(jīng)測(cè)試，該產(chǎn)品數(shù)據(jù)讀取及無線數(shù)據(jù)傳輸功能均可正常運(yùn)行，數(shù)據(jù)傳輸及數(shù)據(jù)讀取抗干擾能力強(qiáng)，可適應(yīng)變電站強(qiáng)電磁環(huán)境。同時(shí)，其設(shè)計(jì)遵循國家標(biāo)準(zhǔn)，所有部件均為快拆件，可快速模塊化更換，具有響應(yīng)速度快、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。

6 結(jié)語

本文提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臍怏w檢測(cè)方法，試制了開關(guān)柜氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1套，并在南寧供電局下屬220 kV變電站進(jìn)行了試用。經(jīng)測(cè)試，設(shè)備數(shù)據(jù)分析檢測(cè)及數(shù)據(jù)上傳功能均可正常運(yùn)行，無需通過任何柜體打孔、柜內(nèi)引線等操作來檢測(cè)氣體濃度，突破了開關(guān)柜的氣體濃度只能利用氣體導(dǎo)出的檢測(cè)方式。