基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變電站在線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究

陳愷++張金玲

摘 要：從物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)新興概念入手，結(jié)合目前變電站內(nèi)常用的溫度檢測(cè)手段，通過比較和分析各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，給出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無線溫度傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法，并對(duì)這種方法進(jìn)行了研究和分析。最后，對(duì)在變電站環(huán)境下如何實(shí)現(xiàn)在線溫度檢測(cè)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；在線監(jiān)測(cè)；智能電網(wǎng)

電力系統(tǒng)設(shè)備在正常運(yùn)行情況下，溫度變化存在一定的規(guī)律且相對(duì)平穩(wěn)；而故障發(fā)生時(shí)，設(shè)備溫度變化會(huì)呈現(xiàn)明顯的不同。變電站設(shè)備溫度升高通?？煞譃殡娏髦藷嵝秃碗妷褐藷嵝蛢深?。電流炙熱的原因可能為過載、散熱不良或緊固松動(dòng)等，易發(fā)生的部位有閘刀觸頭、引線接頭和高壓電纜接頭等；電壓炙熱的原因可能為絕緣設(shè)備的絕緣損壞，如高壓套管上下出現(xiàn)溫差等。因此，對(duì)變電站設(shè)備的溫度實(shí)施在線監(jiān)測(cè)非常重要，通過監(jiān)測(cè)溫度變化趨勢(shì)可以提早發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，及時(shí)采取措施預(yù)防事故的發(fā)生。

1 物聯(lián)網(wǎng)

1.1 物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是以互聯(lián)網(wǎng)為核心與基礎(chǔ)進(jìn)行的延伸與擴(kuò)展。物聯(lián)網(wǎng)由射頻識(shí)別（RFID）、定位系統(tǒng)、感應(yīng)系統(tǒng)、掃描器等設(shè)備組成。按照約定的協(xié)議，物品與互聯(lián)網(wǎng)一一連接，進(jìn)行信息的交換和通信，借以實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別、跟蹤、定位、監(jiān)控和管理。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括：射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)，傳感器技術(shù)、傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等。

在變電站環(huán)境中，應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和設(shè)置在各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度傳感器可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)采集全站各處的溫度，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。依此推廣，只需配置適當(dāng)?shù)膫鞲衅?，即可?shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備的所有遠(yuǎn)程監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析，全方位提高智能電網(wǎng)的信息感知度。

1.3 Zigbee網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點(diǎn)

目前用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的主要網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有Bluetooth、Zigbee、Wi-Fi以及IrDA等。其中，在各類無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，基于802.15.4協(xié)議的Zigbee技術(shù)是目前國(guó)際一種新興的無線通信技術(shù)，具有低成本、低功耗、延時(shí)短、自組織強(qiáng)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)大等特點(diǎn)，非常適用于自動(dòng)控制、在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

Zigbee的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示：

表1 Zigbee網(wǎng)絡(luò)主要技術(shù)參數(shù)

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站無線測(cè)溫方案

2.1 變電站測(cè)溫現(xiàn)狀

在變電站日常運(yùn)行及檢修維護(hù)中的溫度監(jiān)測(cè)方式主要有：示溫蠟片、紅外測(cè)溫和光纖傳感。示溫蠟片成本低，但精度差，也無實(shí)時(shí)性；紅外測(cè)溫需大量人力物力，且由于測(cè)量角度不同、太陽光干擾等客觀因素會(huì)造成測(cè)溫不準(zhǔn)的情況；光纖傳感要求對(duì)一次設(shè)備周圍進(jìn)行光纖布線，光纖不耐高溫，易折斷，長(zhǎng)期積累灰塵易導(dǎo)致沿面放電，不適宜室外惡劣的環(huán)境，發(fā)生監(jiān)測(cè)故障的概率也比較大。

綜上，為了對(duì)變電站內(nèi)運(yùn)行設(shè)備的狀態(tài)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)有效的監(jiān)測(cè)，減少和杜絕電力系統(tǒng)事故的發(fā)生，在線測(cè)溫系統(tǒng)的開發(fā)和研究勢(shì)在必行。

2.2 數(shù)字無線溫度傳感器介紹

無線溫度傳感器與有線方式比較，具有可靠性高、安裝容易、重復(fù)使用性和系統(tǒng)維護(hù)性好等優(yōu)點(diǎn)。無線溫度傳感器由溫度測(cè)量、無線發(fā)射電路組成，測(cè)量回路由傳感器、MCU（微控制單元）組成。系統(tǒng)原理框圖如圖1。

2.3 系統(tǒng)組成

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的無線溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種基于溫度傳感器及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。主要由現(xiàn)場(chǎng)的無線溫度傳感器、Zigbee網(wǎng)絡(luò)中繼器、數(shù)據(jù)處理后臺(tái)等裝置來實(shí)現(xiàn)。無線測(cè)溫傳感器可以滿足對(duì)全站主要電氣設(shè)備運(yùn)行溫度的在線監(jiān)測(cè)。

本文設(shè)計(jì)了兩種在線溫度監(jiān)測(cè)方式，第一種方式適用于受控站、無人值守的變電站，第二種方式適用于有人值守的變電站。如在有人值守變電站，無線匯聚終端則將數(shù)據(jù)通過有線方式傳輸?shù)胶笈_(tái)。

2.4 系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變電站溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有測(cè)溫精度高、響應(yīng)速度快、易安裝、體積小、全天候、實(shí)時(shí)在線、無漏報(bào)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

（1）實(shí)時(shí)性。溫度傳感器的溫度采集頻率可由人為設(shè)定，對(duì)重要設(shè)備可實(shí)現(xiàn)每秒采集。后臺(tái)可進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理，繪制溫度曲線，進(jìn)行智能分析。

（2）系統(tǒng)性。該無線測(cè)溫系統(tǒng)可與現(xiàn)有的自動(dòng)化系統(tǒng)通過串口連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，作為自動(dòng)化動(dòng)作判據(jù)等。

（3）廣泛性。溫度傳感器可安于任何需要檢測(cè)的設(shè)備點(diǎn)，不受高度、狹小空間等限制。

2.5 針對(duì)變電站環(huán)境的可靠性措施

無線溫度傳感器采用金屬外殼封裝，可與高壓設(shè)備保持等電位。但實(shí)際上在即使是在傳感器與高壓設(shè)備保持相對(duì)靜止的時(shí)候，由于傳感器對(duì)地及周圍各導(dǎo)體的電容效應(yīng)，仍有一些電容電流流過傳感器內(nèi)部，如傳感器內(nèi)部沒有良好絕緣，則很容易導(dǎo)致芯片損壞。

無線通信在強(qiáng)電環(huán)境中易受干擾。高壓設(shè)備及其連接導(dǎo)線可等效為許多分布電容和雜散電感，在特定激勵(lì)下，可能產(chǎn)生共振，成為干擾源。另外，空間電磁波輻射以電磁感應(yīng)方式通過電氣設(shè)備的殼體、導(dǎo)線等形成接收電路，干擾測(cè)量系統(tǒng)工作。針對(duì)以上干擾源，可采用傳感器多點(diǎn)接地或?qū)y(cè)溫探頭置于用低電阻金屬材料鋁制成的屏蔽體中等方法，以達(dá)到屏蔽干擾的目的。

3 結(jié)束語

綜上所述，本文研究了基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站設(shè)備溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，并分析了實(shí)際應(yīng)用中可能出現(xiàn)的問題。基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站設(shè)備溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)、無線傳感器等技術(shù)來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站運(yùn)行設(shè)備，不僅符合國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)于變電站智能化建設(shè)需求，在電力系統(tǒng)變電站普遍實(shí)行無人值班的新的體制下，本方案做到了在線監(jiān)測(cè)，極大地減少變電站巡視的人力物力；同時(shí)能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)和確定發(fā)熱點(diǎn)位置，準(zhǔn)確地處理隱患，避免事故的發(fā)生，提高供電可靠性，保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]劉振亞.智能電網(wǎng)技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010：31-321.

[2]劉建明.物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2012：22-305.

[3]孫利民，李建中，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005：107-185.

[4]王舒憬，等.ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)合GPRS實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控[J].儀表技術(shù)，2008（3）：13-18.