淺談電力設備智能無(wú)線(xiàn)溫度檢測系統

摘要：在長(cháng)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(diǎn)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(fēng)險隱患。本系統將通過(guò)無(wú)線(xiàn)測溫的方式，使用ZigBee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，對電力設備的異常信息進(jìn)行采集和反饋，保障設備的安全運行。

關(guān)鍵詞：無(wú)線(xiàn)測溫；諧振器；傳感器

 

0 引言

在電網(wǎng)進(jìn)行供電時(shí)，主要由電力一次設備完成對各個(gè)電壓等級的負荷進(jìn)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(diǎn)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(shí)候，當一次設備發(fā)生故障時(shí)，電氣參數不能如實(shí)反映設備運行時(shí)的故障狀況和故障點(diǎn)，在電流通過(guò)時(shí)，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(zhù)時(shí)間的推移，故障狀況不能得到處理，故障情況將會(huì )越來(lái)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(dòng)刀閘的動(dòng)、靜觸頭部分更加嚴重，故障率高，這些都時(shí)時(shí)刻刻威脅電力設備的安全運行。

 

1研究目標及主要內容

發(fā)電廠(chǎng)、變電站的高壓開(kāi)關(guān)柜是重要的電器設備。在設備長(cháng)期運行過(guò)程中，開(kāi)關(guān)柜中的觸點(diǎn)和母線(xiàn)排連接處等部位因老化或接觸電阻過(guò)大而發(fā)熱，而這些發(fā)熱部位的溫度無(wú)法實(shí)時(shí)監測，因此極易導致設備燒毀或突然停電等事故。通過(guò)監測開(kāi)關(guān)柜內觸點(diǎn)溫度的運行情況，可有效防止開(kāi)關(guān)柜的火災發(fā)生。但由于柜內具有裸露高壓，且空間狹小，無(wú)法進(jìn)行人工巡查測溫，通常的溫度測量方法不能使用。智能無(wú)線(xiàn)溫度監測系統采用布置在各個(gè)觸點(diǎn)的溫度傳感器將溫度信號通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號傳輸。由于利用了無(wú)線(xiàn)信號固有的絕緣性和抗電磁場(chǎng)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(kāi)關(guān)柜內觸點(diǎn)運行溫度及柜內環(huán)境溫度不易監測的難題。我們計劃智能無(wú)線(xiàn)溫度監測系統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(wú)線(xiàn)通信模塊，既要保證溫度信號從開(kāi)關(guān)柜發(fā)送出來(lái)，又要使發(fā)送的無(wú)線(xiàn)信號不影響現場(chǎng)其他保護設備。如何保證產(chǎn)品在強磁場(chǎng)和強電場(chǎng)下把測溫信號準確無(wú)誤發(fā)送出來(lái)，以保證監測系統可以準確地反應設備的實(shí)時(shí)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(wèn)題是我們的核心所在。

 

終端節點(diǎn)通過(guò)杜邦線(xiàn)連接了溫濕度傳感器、煙霧傳感器。傳感器采集到的數據經(jīng)過(guò)信號處理電路后接到CC2530引腳，CC2530通過(guò)射頻天線(xiàn)發(fā)送給路由節點(diǎn)。

 

3 項目研究技術(shù)路線(xiàn)

由于現代的建筑設計越來(lái)越復雜，為了使整個(gè)系統可靠性得到保證，所以節點(diǎn)的數量和密度應該越大越好。因此，操作簡(jiǎn)單、維護方便的通信網(wǎng)絡(luò )才是理想的選擇。傳感器節點(diǎn)在被布置后，應該能夠自組織網(wǎng)絡(luò )，有效傳遞采集到的信息。本系統預選用ZigBee技術(shù)來(lái)組建系統的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )，本系統預采用以下方法實(shí)現系統功能：

1）無(wú)線(xiàn)溫度采集終端對于溫度的采集。

2）對采集到的數據進(jìn)行壓縮提高傳輸速率并適合無(wú)線(xiàn)傳輸。

3）在強電干擾下實(shí)現保證數據的無(wú)線(xiàn)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)在系統中的處理，升級。

7）對導熱系統反饋信息進(jìn)行更好的人機交互體驗。

8）溫度達到預警時(shí)歷史信息的備份記錄。

9）系統對溫度信息的處理在規范要求的時(shí)間內做出及時(shí)響應。

10）硬件部分標準化，模塊易于更換購買(mǎi)。

 

4 系統整體設計

系統將主要采用ZigBee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，結合CC2530開(kāi)發(fā)板，無(wú)須布線(xiàn)。將煙霧傳感器、溫濕度傳感器和蜂鳴器連接到CC2530開(kāi)發(fā)板上，作為采集信息的終端節點(diǎn)。將終端節點(diǎn)安裝在電力設備上，通過(guò)這些傳感器對環(huán)境進(jìn)行監測，并把采集到的信息通過(guò)ZigBee射頻模塊通過(guò)無(wú)線(xiàn)發(fā)送到路由器節點(diǎn)，路由器節點(diǎn)再將數據進(jìn)行初步的整理后發(fā)送給協(xié)調器節點(diǎn)，協(xié)調器節點(diǎn)通過(guò)USB接口與監控主機相連，在對終端節點(diǎn)傳輸過(guò)來(lái)的信息進(jìn)行初步轉換后傳送給監控主機的上位機。而在對接收到的數據進(jìn)行判斷后，若是滿(mǎn)足條件，將會(huì )通過(guò)監控主機和蜂鳴器實(shí)現報警，以此通知管理人員及時(shí)處理。系統將解決了傳統溫度自動(dòng)報警系統布線(xiàn)難、后期維護復雜、誤報率高、一些特殊場(chǎng)合不適用等一系列問(wèn)題。同時(shí)，系統網(wǎng)絡(luò )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(jìn)行監控。系統完成的最主要的任務(wù)是對環(huán)境中溫濕度、煙霧的監控。只要系統監控區域中節點(diǎn)測量到某一項指標的值超出上位機設定的門(mén)限值后即觸發(fā)報警。上位機接收并處理相應數據。我們對此系統的整體框圖預想如下:

 

系統將由各節點(diǎn)共同組成的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò )和監控 PC 機組成，安置在設備旁的各終端節點(diǎn)采集的數據由協(xié)調器節點(diǎn)匯聚并通過(guò)其串口傳輸給 PC 機進(jìn)而供值班人員監視。我們對此

系統結構的設計框圖如圖3所示：

 

 

5 安科瑞無(wú)線(xiàn)測溫系統介紹與選型

安科瑞無(wú)線(xiàn)測溫監控系統是根據當前無(wú)線(xiàn)測溫系統的要求，在廣泛征求用戶(hù)和家意見(jiàn)的基礎上,充分吸收當前國內外廠(chǎng)家的成功案例，并結合安科瑞多年來(lái)的豐富經(jīng)驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動(dòng)化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、通信技術(shù)而設計的一款專(zhuān)業(yè)的無(wú)線(xiàn)測溫軟件。

5.1 Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫系統結構

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統通過(guò)RS485總線(xiàn)或以太網(wǎng)與間隔層的設備直接進(jìn)行通信（如圖4），系統設計遵循國際標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規約，安全性、可靠性和開(kāi)放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線(xiàn)、棒圖、報表和用戶(hù)管理功能?？梢员O控無(wú)線(xiàn)測溫系統的設備運行狀況，實(shí)現快速報警響應，預防嚴重故障發(fā)生。

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統主要特點(diǎn)是開(kāi)放式系統結構，硬件兼容性強，軟件移植性好，應用功能豐富。該系統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。其軟件系統的設計依據軟件工程的設計規范,模塊劃分合理，接口簡(jiǎn)捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態(tài)、數據庫管理系統、通信管理等幾大模塊。

 

5.2 Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫系統功能

■實(shí)時(shí)監測

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控軟件人機界面友好，能夠以配電一次圖的形式直觀(guān)顯示各測溫節點(diǎn)的溫度數據及有關(guān)故障、告警等信息

■溫度查詢(xún)

溫度歷史曲線(xiàn)（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運行報表

查詢(xún)各回路設備運行溫度報表.

■實(shí)時(shí)報警

壁掛式無(wú)線(xiàn)測溫監控設備具有實(shí)時(shí)報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發(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(shí)時(shí)語(yǔ)音報警功能，能夠對所有事件發(fā)出語(yǔ)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(xún)

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統能夠對所有吿警事件記錄進(jìn)行存儲和管理，方便用戶(hù)對系統和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統計、事故分析。

■用戶(hù)權限管理

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測溫監控系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶(hù)權限管理功能。

通過(guò)用戶(hù)權限管理能夠防止未經(jīng)授權的操作（如數據庫修改等）?？梢远x不同級別用戶(hù)的 登錄名、密碼及操作權限，為系統運行、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(yè)面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點(diǎn)位數量等概況信息， 設備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁(yè)顯示場(chǎng)站的變壓器數量、回路個(gè)數、有功功率、無(wú)功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過(guò)實(shí)時(shí)監控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實(shí)時(shí)數據曲線(xiàn)可監測各個(gè)回路的測點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線(xiàn)信息。

接線(xiàn)圖頁(yè)面通過(guò)一次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數變化，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(diǎn)支持）。

能耗統計頁(yè)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(xiàn)，電能環(huán)比，用電排名。

運維管理\通信狀態(tài)顯示監測接入系統設備的通信狀態(tài)。

■手機APP（可選）

設備數據員面顯示各設備的電參量數據、溫度數據以及曲線(xiàn)。

5.3 安科瑞ARTM系列無(wú)線(xiàn)測溫終端產(chǎn)品選型

安科瑞電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測溫方案由無(wú)線(xiàn)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(dòng)觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點(diǎn)，將測溫數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)測溫系統（如圖5）。

 

5.3.1 安科瑞無(wú)線(xiàn)溫度傳感器

無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)收發(fā)器

無(wú)線(xiàn)測溫收發(fā)器共有3種，通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻方式接收溫度數據。收發(fā)器根據不同的傳感器型號進(jìn)行匹配，同時(shí)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(guò)RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開(kāi)孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內。方便操作人員現場(chǎng)及時(shí)查看電氣節點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí)，也可以通過(guò)RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統查看現場(chǎng)情況。

6 小結

綜上所述，鑒于對以上所介紹的無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)技術(shù)的比較，ZigBee以其獨有的特點(diǎn)表明它更適合于在現代建筑中進(jìn)行無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )組建。本系統預選用ZigBee技術(shù)來(lái)組建系統的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )，各種溫度條件下進(jìn)行有效的測量，反映了本系統構成方式具備很強的可操作性。本系統采用的電路結構更簡(jiǎn)潔，硬件成本更低，操作也更靈活，可實(shí)現對電力設備的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測溫。