電力設備的智能無線溫度檢測系統(tǒng)

葛雄峰 彭惠澤 于本成

摘要：在長期工作中，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。最終導致接觸電阻增大，造成巨大的風險隱患。本系統(tǒng)將通過無線測溫的方式，使用ZigBee無線通信技術，對電力設備的異常信息進行采集和反饋，保障設備的安全運行。

關鍵詞：無線測溫;ZigBee;諧振器;傳感器

中圖分類號： TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）19-0235-02

Abstract：In the long-term work， because of the change of equipment foundation， temperature and humidity， serious overload operation， contact oxidation and other reasons， the pressure of power equipment is not tight， and the contact part changes. Ultimately， the contact resistance increases， causing huge risks. This system will use ZigBee wireless communication technology to collect and feedback abnormal information of power equipment through wireless temperature measurement to ensure the safe operation of equipment.

Key words： wireless temperature measurement; ZigBee; resonator; sensor

在電網(wǎng)進行供電時，主要由電力一次設備完成對各個電壓等級的負荷進行電力輸送，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，在一定時候，當一次設備發(fā)生故障時，電氣參數(shù)不能如實反映設備運行時的故障狀況和故障點，在電流通過時，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，隨著時間的推移，故障狀況不能得到處理，故障情況將會越來越嚴重。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。尤其是活動刀閘的動、靜觸頭部分更加嚴重[2]，故障率高，這些都時時刻刻威脅電力設備的安全運行。

1 研究目標及主要內(nèi)容

發(fā)電廠、變電站的高壓開關柜是重要的電器設備[3]。在設備長期運行過程中，開關柜中的觸點和母線排連接處等部位因老化或接觸電阻過大而發(fā)熱，而這些發(fā)熱部位的溫度無法實時監(jiān)測，因此極易導致設備燒毀或突然停電等事故。通過監(jiān)測開關柜內(nèi)觸點溫度的運行情況，可有效防止開關柜的火災發(fā)生[4]。但由于柜內(nèi)具有裸露高壓，且空間狹小，無法進行人工巡查測溫，通常的溫度測量方法不能使用。智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)采用布置在各個觸點的溫度傳感器將溫度信號通過無線信號傳輸[5]。由于利用了無線信號固有的絕緣性和抗電磁場干擾性能，并具有極高的可靠性和安全性[6]。因此從根本上解決了高壓開關柜內(nèi)觸點運行溫度及柜內(nèi)環(huán)境溫度不易監(jiān)測的難題。我們計劃智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)可以根本上解決這一難題。

2 創(chuàng)新特色概述

1）本項目研究的核心無線通信模塊，既要保證溫度信號從開關柜發(fā)送出來，又要使發(fā)送的無線信號不影響現(xiàn)場其他保護設備。如何保證產(chǎn)品在強磁場和強電場下把測溫信號準確無誤發(fā)送出來[7]，以保證監(jiān)測系統(tǒng)可以準確地反應設備的實時溫度。和在不方便提供電源的地方如何解決產(chǎn)品電源供電的問題是我們的核心所在[8]。

終端節(jié)點通過杜邦線連接了溫濕度傳感器、煙霧傳感器。傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過信號處理電路后接到CC2530引腳，CC2530通過射頻天線發(fā)送給路由節(jié)點。

3 項目研究技術路線

由于現(xiàn)代的建筑設計越來越復雜，為了使整個系統(tǒng)可靠性得到保證，所以節(jié)點的數(shù)量和密度應該越大越好。因此，操作簡單、維護方便的通信網(wǎng)絡才是理想的選擇。傳感器節(jié)點在被布置后，應該能夠自組織網(wǎng)絡，有效傳遞采集到的信息[9]。本系統(tǒng)預選用 ZigBee 技術來組建系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡，本系統(tǒng)預采用以下方法實現(xiàn)系統(tǒng)功能：

1）無線溫度采集終端對于溫度的采集。

2）對采集到的數(shù)據(jù)進行壓縮提高傳輸速率并適合無線傳輸。

3）在強電干擾下實現(xiàn)保證數(shù)據(jù)的無線傳輸質量。

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、計算機技術在系統(tǒng)中的處理，升級。

7）對導熱系統(tǒng)反饋信息進行更好的人機交互體驗。

8）溫度達到預警時歷史信息的備份記錄。

9）系統(tǒng)對溫度信息的處理在規(guī)范要求的時間內(nèi)做出及時響應。

10）硬件部分標準化，模塊易于更換購買。

4 系統(tǒng)整體設計

系統(tǒng)將主要采用ZigBee無線通信技術，結合CC2530開發(fā)板，無須布線。將煙霧傳感器、溫濕度傳感器和蜂鳴器連接到CC2530開發(fā)板上[10]，作為采集信息的終端節(jié)點。將終端節(jié)點安裝在電力設備上，通過這些傳感器對環(huán)境進行監(jiān)測，并把采集到的信息通過ZigBee射頻模塊通過無線發(fā)送到路由器節(jié)點，路由器節(jié)點再將數(shù)據(jù)進行初步的整理后發(fā)送給協(xié)調器節(jié)點，協(xié)調器節(jié)點通過USB接口與監(jiān)控主機相連，在對終端節(jié)點傳輸過來的信息進行初步轉換后傳送給監(jiān)控主機的上位機[11]。而在對接收到的數(shù)據(jù)進行判斷后，若是滿足條件，將會通過監(jiān)控主機和蜂鳴器實現(xiàn)報警，以此通知管理人員及時處理。

系統(tǒng)將解決了傳統(tǒng)溫度自動報警系統(tǒng)布線難、后期維護復雜、誤報率高、一些特殊場合不適用等一系列問題。同時，系統(tǒng)網(wǎng)絡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)進行監(jiān)控[10]。系統(tǒng)完成的最主要的任務是對環(huán)境中溫濕度、煙霧的監(jiān)控。只要系統(tǒng)監(jiān)控區(qū)域中節(jié)點測量到某一項指標的值超出上位機設定的門限值后即觸發(fā)報警[12]。上位機接收并處理相應數(shù)據(jù)。我們對此系統(tǒng)的整體框圖預想如下：

5小結

綜上所述，鑒于對以上所介紹的無線組網(wǎng)技術的比較，ZigBee以其獨有的特點表明它更適合于在現(xiàn)代建筑中進行無線網(wǎng)絡組建。本系統(tǒng)預選用 ZigBee 技術來組建系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡[14]，各種溫度條件下進行有效的測量，反映了本系統(tǒng)構成方式具備很強的可操作性。本系統(tǒng)采用的電路結構更簡潔，硬件成本更低，操作也更靈活，可實現(xiàn)對電力設備的關鍵點進行測溫[1]。

參考文獻：

[1] 于本成， 許小媛. 無源無線溫度傳感系統(tǒng)的設計及優(yōu)化[J]. 電腦知識與技術， 2015（1X）：253-255.

[2] 張明， 趙宇馳， 李軍，等. 高壓電力設備熱點溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)及其應用[J]. 陜西電力， 2010， 38（7）：35-39.

[3] 姚曉林， 蘇彥潔. 開關柜無線測溫技術的優(yōu)勢及應用[J]. 科技視界， 2013（35）：322-322.

[4] 張雁， 趙勇， 白文亮， et al. 基于ZigBee無線技術的開關柜溫度監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 電氣開關， 2011， 49（1）：37-41.

[5] 張志軍. DWJ-2000H（T）智能無線溫度監(jiān)測系統(tǒng)在電力設備中的應用[D]. 合肥工業(yè)大學， 2008.

[6] 張振國. 高壓開關柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)設計[D]. 太原理工大學， 2013.

[7] 張繼東. 開關柜溫度檢測系統(tǒng)[J]. 內(nèi)蒙古石油化工， 2011， 37（24）：81-83.

[8] 張巧芬. 變電站設備溫度無線監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D]. 大連海事大學， 2011.

[9] 于本成， 許小媛. 應用于電力設備的智能無線溫度預警系統(tǒng)[J]. 軟件工程， 2016， 19（2）：33-34.

[10] 劉靜， 趙望達. 基于ZigBee技術的火災報警系統(tǒng)設計[J]. 單片機與嵌入式系統(tǒng)應用， 2007， 7（1）：56-58.

[11] 李琳. 基于ZigBee的分布式低功耗溫度檢測系統(tǒng)研究[D]. 青島大學， 2012.

[12] 趙明. 基于ZigBee的無線樓宇火災監(jiān)測網(wǎng)絡設計[D]. 華中科技大學， 2008.

[13] 安康， 張慧熙， 王李冬，等. 基于ZigBee技術的多節(jié)點設備無線物聯(lián)自組網(wǎng)設計[J]. 微型機與應用， 2014， 33（8）：51-

[14] 張藝. 基于ZigBee的無線組網(wǎng)技術的研究與實現(xiàn)[D]. 上海大學，2009.

【通聯(lián)編輯：唐一東】