安科瑞電子商務(wù)（上海）有限公司
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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(yán)重超負(fù)荷運(yùn)行、觸點(diǎn)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(jìn)行采集和反饋，保障設(shè)備的安全運(yùn)行。
關(guān)鍵詞：無線測溫；ZigBee；諧振器；傳感器
0 引言
在電網(wǎng)進(jìn)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(fù)荷進(jìn)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(yán)重超負(fù)荷運(yùn)行、觸點(diǎn)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(yùn)行中，運(yùn)行狀況相當(dāng)復(fù)雜，在一定時候，當(dāng)一次設(shè)備發(fā)生故障時，電氣參數(shù)不能如實(shí)反映設(shè)備運(yùn)行時的故障狀況和故障點(diǎn)，在電流通過時，溫度升高，從而引起設(shè)備老化，絕緣下降。嚴(yán)重的還能觸發(fā)電弧短路，燒壞設(shè)備，擴(kuò)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(yán)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(yán)重，故障率高，這些都時時刻刻威脅電力設(shè)備的安全運(yùn)行。
1研究目標(biāo)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(yùn)行過程中，開關(guān)柜中的觸點(diǎn)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(shí)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(diǎn)溫度的運(yùn)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(jìn)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(diǎn)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(diǎn)運(yùn)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(xiàng)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(hù)設(shè)備。如何保證產(chǎn)品在強(qiáng)磁場和強(qiáng)電場下把測溫信號準(zhǔn)確無誤發(fā)送出來，以保證監(jiān)測系統(tǒng)可以準(zhǔn)確地反應(yīng)設(shè)備的實(shí)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(diǎn)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(diǎn)。
3 項(xiàng)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(diǎn)的數(shù)量和密度應(yīng)該越大越好。因此，操作簡單、維護(hù)方便的通信網(wǎng)絡(luò)才是理想的選擇。傳感器節(jié)點(diǎn)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(shí)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(jìn)行壓縮提高傳輸速率并適合無線傳輸。
3)在強(qiáng)電干擾下實(shí)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(jī)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(jìn)行更好的人機(jī)交互體驗(yàn)。
8)溫度達(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)。將終端節(jié)點(diǎn)安裝在電力設(shè)備上，通過這些傳感器對環(huán)境進(jìn)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(diǎn)，路由器節(jié)點(diǎn)再將數(shù)據(jù)進(jìn)行初步的整理后發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)通過USB接口與監(jiān)控主機(jī)相連，在對終端節(jié)點(diǎn)傳輸過來的信息進(jìn)行初步轉(zhuǎn)換后傳送給監(jiān)控主機(jī)的上位機(jī)。而在對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷后，若是滿足條件，將會通過監(jiān)控主機(jī)和蜂鳴器實(shí)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(hù)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(jī)軟件，其人性化設(shè)計便于操作人員對全網(wǎng)進(jìn)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(diǎn)測量到某一項(xiàng)指標(biāo)的值超出上位機(jī)設(shè)定的門限值后即觸發(fā)報警。上位機(jī)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(diǎn)共同組成的 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控 PC 機(jī)組成，安置在設(shè)備旁的各終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)匯聚并通過其串口傳輸給 PC 機(jī)進(jìn)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(dāng)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(dāng)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(yàn)，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(jī)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(jìn)行通信(如圖4)，系統(tǒng)設(shè)計遵循國際標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)是開放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強(qiáng)，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機(jī)界面，方便的擴(kuò)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(jī)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(shí)時監(jiān)測
Acrel-2000T無線測溫監(jiān)控軟件人機(jī)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(diǎn)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(yùn)行報表
查詢各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報表.
■實(shí)時報警
壁掛式無線測溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)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(shí)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(jìn)行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)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(yùn)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)?？梢远x不同級別用戶的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、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(diǎn)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(shí)時監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。
實(shí)時數(shù)據(jù)曲線可監(jiān)測各個回路的測點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線信息。
接線圖頁面通過一次圖實(shí)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(diǎn)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(yùn)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(jī)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(diǎn)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(diǎn)，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(jìn)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(diǎn)實(shí)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(diǎn)表明它更適合于在現(xiàn)代建筑中進(jìn)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(jìn)行的測量，反映了本系統(tǒng)構(gòu)成方式具備很強(qiáng)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(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行測溫。
【參考文獻(xiàn)】
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