簡談電力設備智能 無線溫度檢測系統

　　劉丹
 

　　安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
 

　　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，觸頭接觸部分發生改變。終導致接觸電阻增大，造成巨大的風險隱患。本系統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
 

　　0 引言
 

　　在電網進行供電時，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，當一次設備發生故障時，電氣參數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，故障率高，這些都時時刻刻威脅電力設備的安全運行。
 

　　1研究目標及主要內容
 

　　發電廠、變電站的高壓開關柜是重要的電器設備。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熱，而這些發熱部位的溫度無法實時監測，因此極易導致設備燒毀或突然停電等事故。通過監測開關柜內觸點溫度的運行情況，可防止開關柜的火災發生。但由于柜內具有裸露高壓，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。智能無線溫度監測系統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。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*的可靠性和安全性。因此從根本上解決了高壓開關柜內觸點運行溫度及柜內環境溫度不易監測的難題。我們計劃智能無線溫度監測系統可以根本上解決這一難題。
 

　　2創新特色概述
 

　　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送出來，又要使發送的無線信號不影響現場其他保護設備。如何保證產品在強磁場和強電場下把測溫信號準確無誤發送出來，以保證監測系統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品電源供電的問題是我們的核心所在。
 

　　終端節點通過杜邦線連接了溫濕度傳感器、煙霧傳感器。傳感器采集到的數據經過信號處理電路后接到CC2530引腳，CC2530通過射頻天線發送給路由節點。
 

　　3 項目研究技術路線
 

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

　　1)無線溫度采集終端對于溫度的采集。
 

　　2)對采集到的數據進行壓縮提高傳輸速率并適合無線傳輸。
 

　　3)在強電干擾下實現保證數據的無線傳輸質量。
 

　　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、計算機技術在系統中的處理，升級。
 

　　7)對導熱系統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)系統對溫度信息的處理在規范要求的時間內做出及時響應。
 

　　10)硬件部分標準化，模塊易于更換購買。
 

　　4 系統整體設計
 

　　系統將主要采用ZigBee無線通信技術，結合CC2530開發板，無須布線。將煙霧傳感器、溫濕度傳感器和蜂鳴器連接到CC2530開發板上，作為采集信息的終端節點。將終端節點安裝在電力設備上，通過這些傳感器對環境進行監測，并把采集到的信息通過ZigBee射頻模塊通過無線發送到路由器節點，路由器節點再將數據進行初步的整理后發送給協調器節點，協調器節點通過USB接口與監控主機相連，在對終端節點傳輸過來的信息進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行判斷后，若是滿足條件，將會通過監控主機和蜂鳴器實現報警，以此通知管理人員及時處理。系統將解決了傳統溫度自動報警系統布線難、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，系統網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進行監控。系統完成的最主要的任務是對環境中溫濕度、煙霧的監控。只要系統監控區域中節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:
 

　　系統將由各節點共同組成的 ZigBee 網絡和監控 PC 機組成，安置在設備旁的各終端節點采集的數據由協調器節點匯聚并通過其串口傳輸給 PC 機進而供值班人員監視。我們對此
 

　　系統結構的設計框圖如圖3所示：
 

       5 安科瑞無線測溫系統介紹與選型

 

　　安科瑞無線測溫監控系統是根據當前無線測溫系統的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎上,充分吸收當前國內外廠家的成功案例，并結合安科瑞多年來的豐富經驗，采用面向對象的分層分布式設計思想，結合自動化技術、計算機技術、網絡技術、通信技術而設計的一款的無線測溫軟件。
 

　　5.1 Acrel-2000T無線測溫系統結構
 

　　Acrel-2000T無線測溫監控系統通過RS485總線或以太網與間隔層的設備直接進行通信(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、可靠性和開放性都得到了很大地提高。
 

　　Acrel-2000T無線測溫監控系統具有遙信、遙測、遙控、遙調、遙設、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能。可以監控無線測溫系統的設備運行狀況，實現快速報警響應，預防嚴重故障發生。
 

　　Acrel-2000T無線測溫監控系統主要特點是開放式系統結構，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，接口簡捷明了，主要包括主控模塊、人機界面、圖形組態、數據庫管理系統、通信管理等幾大模塊。
 

       5.2 Acrel-2000T無線測溫系統功能

 

　　■實時監測
 

　　Acrel-2000T無線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顯示各測溫節點的溫度數據及有關故障、告警等信息
 

　　■溫度查詢
 

　　溫度歷史曲線(1分鐘、5分鐘、60分鐘可選)
 

　　■運行報表
 

　　查詢各回路設備運行溫度報表.
 

　　■實時報警
 

　　壁掛式無線測溫監控設備具有實時報警功能，設備能夠對溫度越限等事件發出告警。
 

　　■設備提供以下凡種告警方式：
 

　　a.彈岀事件報驚窗口.
 

　　b.實時語音報警功能，能夠對所有事件發出語音告警.
 

　　C.短信吿警，可以向發送吿警信息短信(需選配).
 

　　■歷史告警査詢
 

　　Acrel-2000T無線測溫監控系統能夠對所有吿警事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統和告警等事件進行歷史追溯，查詢統計、事故分析。
 

　　■用戶權限管理
 

　　Acrel-2000T無線測溫監控系統為保障系統安全穩定運行，設置了用戶權限管理功能。
 

　　通過用戶權限管理能夠防止未經授權的操作(如數據庫修改等)。可以定義不同級別用戶的 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)
 

　　展示頁面顯示變電站數量、變壓器數量、監測點位數量等概況信息， 設備溫度、通信狀態，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數量、回路個數、有功功率、無功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過實時監控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
 

　　實時數據曲線可監測各個回路的測點溫度、電壓、電流、功率曲線信息。
 

　　接線圖頁面通過一次圖實時反映電氣參數變化，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支持)。
 

　　能耗統計頁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，電能環比，用電排名。
 

　　運維管理\通信狀態顯示監測接入系統設備的通信狀態。
 

　　■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。
 

　　5.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產品選型
 

　　安科瑞電氣接點無線測溫方案由無線溫度傳感器、收發器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發熱接點，將測溫數據通過無線射頻技術傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(如圖5)。
 

       5.3.1 安科瑞無線溫度傳感器

 

　　無線溫度傳感器共有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 安科瑞無線收發器
 

　　無線測溫收發器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數據。收發器根據不同的傳感器型號進行匹配，同時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RS485連接收發器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內。方便操作人員現場及時查看電氣節點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網通訊的方式在后臺系統查看現場情況。
 

       6 小結

 

　　綜上所述，鑒于對以上所介紹的無線組網技術的比較，ZigBee以其的特點表明它更適合于在現代建筑中進行無線網絡組建。本系統預選用ZigBee技術來組建系統的無線傳感網絡，各種溫度條件下進行的測量，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潔，硬件成本更低，操作也更靈活，可實現對電力設備的關鍵點進行測溫。
 

　　【參考文獻】
 

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

　　[2]葛雄峰,彭惠澤,于本成.電力設備的智能無線溫度檢測系統.
 

　　[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.