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(shè)備基礎(chǔ)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(shè)備壓接不緊，觸頭接觸部分發(fā)生改變。終導(dǎo)致接觸電阻增大，造成巨大的風(fēng)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(shù)，對電力設(shè)備的異常信息進行采集和反饋，保障設(shè)備的安全運行。
 

　　關(guān)鍵詞：無線測溫；ZigBee；諧振器；傳感器
 

　　0 引言
 

　　在電網(wǎng)進行供電時，主要由電力一次設(shè)備完成對各個電壓等級的負荷進行電力輸送，電力設(shè)備連接部位，由于氣候冷熱變化、設(shè)備基礎(chǔ)變化、加工工藝、設(shè)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(dǎo)致接觸電阻增大，由于電力運行中，運行狀況相當復(fù)雜，在一定時候，當一次設(shè)備發(fā)生故障時，電氣參數(shù)不能如實反映設(shè)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(shè)備老化，絕緣下降。嚴重的還能觸發(fā)電弧短路，燒壞設(shè)備，擴大設(shè)備損壞范圍，降低設(shè)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(shè)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(shè)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(guān)柜是重要的電器設(shè)備。在設(shè)備長期運行過程中，開關(guān)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(dǎo)致設(shè)備燒毀或突然停電等事故。通過監(jiān)測開關(guān)柜內(nèi)觸點溫度的運行情況，可防止開關(guān)柜的火災(zāi)發(fā)生。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。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(guān)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
 

　　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(guān)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(shè)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，以保證監(jiān)測系統(tǒng)可以準確地反應(yīng)設(shè)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。
 

　　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(shù)路線
 

　　由于現(xiàn)代的建筑設(shè)計越來越復(fù)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(yīng)該越大越好。因此，操作簡單、維護方便的通信網(wǎng)絡(luò)才是理想的選擇。傳感器節(jié)點在被布置后，應(yīng)該能夠自組織網(wǎng)絡(luò)，傳遞采集到的信息。本系統(tǒng)預(yù)選用ZigBee技術(shù)來組建系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，本系統(tǒng)預(yù)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(zhì)量。
 

　　4)采集終端本身電源的提供。
 

　　5)溫度采集終端的設(shè)計。
 

　　6)電子技術(shù)、計算機技術(shù)在系統(tǒng)中的處理，升級。
 

　　7)對導(dǎo)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(yù)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(yīng)。
 

　　10)硬件部分標準化，模塊易于更換購買。
 

　　4 系統(tǒng)整體設(shè)計
 

　　系統(tǒng)將主要采用ZigBee無線通信技術(shù)，結(jié)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，作為采集信息的終端節(jié)點。將終端節(jié)點安裝在電力設(shè)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(diào)器節(jié)點，協(xié)調(diào)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(zhuǎn)換后傳送給監(jiān)控主機的上位機。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(fù)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(luò)配套編有相應(yīng)上位機軟件，其人性化設(shè)計便于操作人員對全網(wǎng)進行監(jiān)控。系統(tǒng)完成的最主要的任務(wù)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(shè)定的門限值后即觸發(fā)報警。上位機接收并處理相應(yīng)數(shù)據(jù)。我們對此系統(tǒng)的整體框圖預(yù)想如下:
 

　　系統(tǒng)將由各節(jié)點共同組成的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控 PC 機組成，安置在設(shè)備旁的各終端節(jié)點采集的數(shù)據(jù)由協(xié)調(diào)器節(jié)點匯聚并通過其串口傳輸給 PC 機進而供值班人員監(jiān)視。我們對此
 

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計框圖如圖3所示：
 

       5 安科瑞無線測溫系統(tǒng)介紹與選型

 

　　安科瑞無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當前無線測溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶和家意見的基礎(chǔ)上,充分吸收當前國內(nèi)外廠家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來的豐富經(jīng)驗，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計思想，結(jié)合自動化技術(shù)、計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計的一款的無線測溫軟件。
 

　　5.1 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
 

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)通過RS485總線或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進行通信(如圖4)，系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標準Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)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(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報警、曲線、棒圖、報表和用戶管理功能?？梢员O(jiān)控?zé)o線測溫系統(tǒng)的設(shè)備運行狀況，實現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴重故障發(fā)生。
 

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機界面，方便的擴充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計依據(jù)軟件工程的設(shè)計規(guī)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(tài)、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。
 

       5.2 Acrel-2000T無線測溫系統(tǒng)功能

 

　　■實時監(jiān)測
 

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)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(jié)點的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)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(shè)備運行溫度報表.
 

　　■實時報警
 

　　壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實時報警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。
 

　　■設(shè)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?qū)λ惺录l(fā)出語音告警.
 

　　C.短信吿警，可以向發(fā)送吿警信息短信(需選配).
 

　　■歷史告警査詢
 

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進行歷史追溯，查詢統(tǒng)計、事故分析。
 

　　■用戶權(quán)限管理
 

　　Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。
 

　　通過用戶權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作(如數(shù)據(jù)庫修改等)。可以定義不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。
 

　　■定值設(shè)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(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測點位數(shù)量等概況信息， 設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。首頁顯示場站的變壓器數(shù)量、回路個數(shù)、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(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
 

　　實時數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)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(shù)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(tǒng)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(huán)比，用電排名。
 

　　運維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。
 

　　■手機APP(可選)
 

　　設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線。
 

　　5.3 安科瑞ARTM系列無線測溫終端產(chǎn)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(fā)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(fā)熱接點，將測溫數(shù)據(jù)通過無線射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測溫終端或無線測溫系統(tǒng)(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(yīng)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(jù)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(fā)器
 

　　無線測溫收發(fā)器共有3種，通過無線射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)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(fā)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(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場及時查看電氣節(jié)點實時溫度的同時，也可以通過RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺系統(tǒng)查看現(xiàn)場情況。
 

       6 小結(jié)

 

　　綜上所述，鑒于對以上所介紹的無線組網(wǎng)技術(shù)的比較，ZigBee以其的特點表明它更適合于在現(xiàn)代建筑中進行無線網(wǎng)絡(luò)組建。本系統(tǒng)預(yù)選用ZigBee技術(shù)來組建系統(tǒng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，各種溫度條件下進行的測量，反映了本系統(tǒng)構(gòu)成方式具備很強的可操作性。本系統(tǒng)采用的電路結(jié)構(gòu)更簡潔，硬件成本更低，操作也更靈活，可實現(xiàn)對電力設(shè)備的關(guān)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(tǒng)的設(shè)計及優(yōu)化[J].電腦知識與技術(shù)，2015(1X)：253-255.
 

　　[2]葛雄峰,彭惠澤,于本成.電力設(shè)備的智能無線溫度檢測系統(tǒng).
 

　　[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版.