施超 徐跡 林俏 蔡年群 盧艷
【摘 要】針對當(dāng)前變電站設(shè)備溫度監(jiān)測誤測、漏測的問題,結(jié)合智能檢測及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),設(shè)計一種智能變電站設(shè)備熱點溫度遠程監(jiān)測系統(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)智能管理單元三個單元,數(shù)據(jù)采集、傳送及遠程監(jiān)測實現(xiàn)了實時性和有效性。試驗測試表明,采集的數(shù)據(jù)準確,實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。
【關(guān)鍵詞】溫度監(jiān)測系統(tǒng);ZigBee;變電站;無線溫度傳感器;遠程監(jiān)測系統(tǒng)
0 引言
在電力系統(tǒng)中,電氣設(shè)備運行溫度對設(shè)備的正常運行起到至關(guān)重要的作用,供電負荷的增加和供電設(shè)備的老化對變電站的設(shè)備提出了更高的要求,變電站內(nèi)部的電纜接頭、母線連接點及刀閘接頭等觸點溫度過高會造成變電站的運行異常,甚至發(fā)生火災(zāi)、爆炸。近年來,對變電站溫度的實時監(jiān)測已經(jīng)成為一個研究的研究熱點。通過對變電站電氣設(shè)備的溫度進行實時監(jiān)測,值班人員能夠及時發(fā)現(xiàn)問題,消除隱患,確保變電站和電力系統(tǒng)的安全運行。
目前,對變電站熱點溫度的監(jiān)測方法有紅外測溫法和蠟片法,這些方法適合現(xiàn)場測試,測試的精度及時效性較差。因此,本文運用ZigBee無線傳感器技術(shù),以無線的方式進行站內(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)送報警信息,對可能發(fā)生故障的裝置和節(jié)點實現(xiàn)提前預(yù)警,運檢人員可由此進行針對性的檢查和排障,節(jié)省了人力,提高了效率。
1 檢測方法比較與選擇
目前對變電站熱點采用的方法較多,如可變色發(fā)光材料、紅外測溫、光纖測溫、無線系統(tǒng)測溫等,但可變色發(fā)光材料、紅外測溫、光纖測溫等傳統(tǒng)的測溫方式都存在一定的不足,如需要人工干預(yù),造價較高,有安全隱患等。無線測溫系統(tǒng)在實時性、測量精度、性價比等方面優(yōu)勢明顯。無線測溫就是將安裝在變電站電氣設(shè)備熱點位置的傳感器測量到的溫度數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)接受主機上,通過監(jiān)控主機,變電站運行人員可以及時了解變電站設(shè)備熱點溫度信息,實現(xiàn)對變電站設(shè)備的智能監(jiān)測。
監(jiān)測系統(tǒng)前端傳感器采集溫度數(shù)據(jù)進行無線傳輸?shù)膮f(xié)議有很不同的種類,以藍牙與 ZigBee協(xié)議為典型代表,藍牙傳輸速度快,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)測系統(tǒng)中進行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以控制信息、文本數(shù)據(jù)信息為主體,同時,由于變電站設(shè)備所處的高壓強磁場的環(huán)境,要求傳輸系統(tǒng)的抗干擾性能要好。和藍牙傳輸相比,ZigBee協(xié)議在測溫系統(tǒng)的構(gòu)建中具有更好的適用性。
2 遠程監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成
變電站設(shè)備熱點遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中,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)測節(jié)點數(shù)據(jù)的整合、遠程監(jiān)控及瀏覽查詢等方面進行了較為深入的研究,變電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)對變電站熱點參數(shù)進行采集及控制,并通過數(shù)據(jù)庫及B/S架構(gòu)實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理及多種途徑的查詢。因此,從遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能上分,將變電站設(shè)備熱點溫度監(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)智能管理單元三個單元,如圖1。
3 系統(tǒng)硬件設(shè)計
3.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元溫度傳感器設(shè)計
該監(jiān)控系統(tǒng)中,無線傳感網(wǎng)絡(luò)由溫度傳感器節(jié)點和無線網(wǎng)關(guān)板組成,電氣設(shè)備熱點溫度數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)板進行傳遞。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采集被測點溫度,利用CC2530控制器讀取溫度數(shù)據(jù)并實現(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行模式。
3.2 智能管理單元溫度監(jiān)控設(shè)計
智能管理單元實現(xiàn)對無線傳感器網(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)測部分負責(zé)采集所對應(yīng)子網(wǎng)內(nèi)被測節(jié)點的溫度數(shù)據(jù),并具有提前預(yù)警、超溫報警、實時顯示等功能。通過CAN總線或以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元進行實時通信,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,GPRS短信模塊及時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,為工作人員及時掌握和處理現(xiàn)場異常狀況提供幫助。
3.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元溫度監(jiān)控設(shè)計
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)到各個無線傳感網(wǎng)絡(luò)中,各個節(jié)點將處理好的數(shù)據(jù)上傳給管理主機,管理主機對站內(nèi)所有溫度數(shù)據(jù)進行分類處理,并將結(jié)果以標(biāo)準通信協(xié)議封裝傳送至監(jiān)控中心或管理員手機。
4 應(yīng)用實例
系統(tǒng)應(yīng)用于一個110kV變電站的一次設(shè)備,包括母線、電纜頭、變壓器繞組、斷路器觸點等熱點溫度,選擇不同的測試熱點,可以實時監(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。
通過實際測試應(yīng)用,變電站設(shè)備熱點溫度監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)準確,實現(xiàn)了長時間、不間斷的數(shù)據(jù)采集,大大節(jié)省了人力物力,實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。
5 結(jié)論
針對變電站設(shè)備熱點溫度實時在線遠程監(jiān)測問題,提出了一種基于ZigBee技術(shù)的無線智能測溫系統(tǒng),系統(tǒng)以ATM920T為核心完成了硬件系統(tǒng)的設(shè)計,并對變電站設(shè)備工作環(huán)境中高壓、高溫、強磁場等影響數(shù)據(jù)采集及檢測精度的問題進行了研究,實時性強,適合工業(yè)控制場所,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)測方式。
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[責(zé)任編輯:田吉捷]