變電站溫濕度遠程報警裝置研制

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1、變電站溫濕度遠程報警裝置研制變電站溫濕度遠程報警裝置研制 2017/01/09 國網(wǎng)技術(shù)學院學報2016年第5期摘要：針對變電站內(nèi)設(shè)備對溫濕度的要求及目前的溫濕度測控方案，研制了一種變電站溫濕度遠程報警裝置，用于溫濕度的遠方監(jiān)控，從溫濕度傳感器、數(shù)據(jù)傳輸、上位機編程等方面介紹了該裝置的結(jié)構(gòu)。本裝置采取終端采集，軟件顯示與報警的模式，在變電站內(nèi)設(shè)備溫濕度越限時，能夠自動發(fā)出聲光報警，提醒運維人員注意。裝置采用ZigBee通信協(xié)議，具有良好的可靠性和安全性。關(guān)鍵詞：變電站；溫濕度；遠程報警；ZigBee0引言變電站內(nèi)由于溫度或濕度較大可能會導致二次設(shè)備銹蝕、直流接地或者觸點接觸不良1，所以相關(guān)規(guī)程

2、2規(guī)定：主控制室和計算機室的溫度宜在1825范圍內(nèi)，相對濕度宜為45%75%，任何情況下無凝露。特別是智能變電站內(nèi)大量的交換機、智能終端、測控裝置等對溫濕度的要求更為嚴格。目前，智能變電站大部分都在匯控柜內(nèi)加裝了溫濕度控制與顯示裝置，以便于遠方查看。但對于投運較早的一些變電站，現(xiàn)場雖有一些自動溫控裝置3，在溫濕度達到一定閾值，繼電器動作，打開加熱器或風扇進行調(diào)整。但是該模式實時性差，運維人員無法遠方查看溫濕度，且沒有數(shù)據(jù)記錄顯示功能。對于溫濕度的控制主要還在于變電運維人員的日常巡視與管理。在夏季或冬季，打開空調(diào)和除濕機，保持開關(guān)室、保護室、安全工具室等室內(nèi)溫度在合理范圍內(nèi)。因此隨著變電站的智能

3、化程度越來越高，對于溫濕度的顯示與控制需要實現(xiàn)的功能也越來越多。本文在分析現(xiàn)有溫濕度測控裝置的基礎(chǔ)上4-6，結(jié)合變電站的特點和對溫濕度的需求，研制出一種溫濕度遠程報警裝置，對一些投運年限較長的變電站具有較高的參考價值，投運后能顯著提高運維水平。1總體結(jié)構(gòu)研制成功的變電站溫濕度遠程報警裝置總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該裝置采用分布式采集、集中監(jiān)控的方式，在各終端設(shè)備上布置溫濕度采集器，在各變電站內(nèi)設(shè)置多個中間節(jié)點，以實現(xiàn)信號的中繼和路由選擇，而且多個中間節(jié)點可以實現(xiàn)冗余備份，各個中間節(jié)點連接成無線網(wǎng)。各設(shè)備的信號通過該網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_計算機，通過上位機程序進行實時監(jiān)控和報警。測控方式采用主動發(fā)送方式，由終

4、端設(shè)備和各個中間節(jié)點發(fā)送溫濕度信息到監(jiān)控機。整個數(shù)據(jù)流采用ZigBee傳輸協(xié)議，確保數(shù)據(jù)的安全性和傳輸過程的正確性。2現(xiàn)場測控單元現(xiàn)場測控單元的功能是完成溫濕度的測量，對數(shù)據(jù)進行初步處理，并將模擬量轉(zhuǎn)換為易處理和傳輸?shù)臄?shù)字量。2.1硬件結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖2所示，終端節(jié)點負責采集變電站設(shè)備節(jié)點的溫濕度，并將采集的信息存儲在存儲模塊。終端節(jié)點由ZigBee主控芯片和溫濕度傳感器組成。2.2主控芯片ZigBee主控芯片采用CC2530，CC2530是用于2.4GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大

5、的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標準的增強型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KBRAM和許多其他強大的功能。如表1所示，考慮到TI公司的CC2530發(fā)射功率較大，傳輸較遠，選取支持ZigBee協(xié)議的CC2530開發(fā)板。2.3溫濕度傳感器溫濕度傳感器元件是本系統(tǒng)的核心部件，采用的是DHT11型溫濕度傳感器。DHT11型溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器，傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個NTC測溫元件，具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強、性價比極高等優(yōu)點。其精度為濕度5%RH，溫度2，量程為濕度20%90%RH，溫度050。將DHT1

6、1插入CC2530芯片的引腳上，燒錄源代碼，便可以使終端連接的傳感器溫濕度數(shù)據(jù)每隔1s傳遞到監(jiān)控機后臺進行處理。3通信信道無線傳輸協(xié)議有很多不同的種類，在各類應(yīng)用中，無線傳輸協(xié)議以藍牙與ZigBee協(xié)議為典型代表，表2給出了藍牙與ZigBee協(xié)議之間的比較。由于傳輸?shù)臏貪穸葦?shù)據(jù)對通訊速率要求不高，和藍牙傳輸相比，ZigBee雖然速率較低，但能夠很好地滿足該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求。同時ZigBee擁有更好的抗干擾特性并能夠支持AES加密技術(shù)，保證傳輸數(shù)據(jù)的安全。綜合以上考慮，在該系統(tǒng)構(gòu)建中選取ZigBee協(xié)議作為通信信道?？紤]到無線通信具有信號隨距離衰減的特性，當從某一開關(guān)室連至主控室時，設(shè)立一個中

7、間節(jié)點，起中繼和路由作用，保證無線信號的有效覆蓋。4后臺管理系統(tǒng)后臺管理系統(tǒng)實現(xiàn)溫濕度的集中監(jiān)控，也是人員和系統(tǒng)交互的界面。通過VisualC+編寫的源代碼，實時刷新終端傳給協(xié)調(diào)器的溫濕度數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)大于設(shè)定的預警條件時，軟件自動彈出提示框和播放報警音響。如圖3、4、5所示，整個裝置由3部分組成：傳感器網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點數(shù)據(jù)采集模塊、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器數(shù)據(jù)接收模塊和遠程監(jiān)控管理模塊軟件。終端數(shù)據(jù)采集節(jié)點由CC2530通過串行接口和DHT11進行通信，實現(xiàn)現(xiàn)場節(jié)點數(shù)據(jù)的采集和傳輸。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負責網(wǎng)絡(luò)的建立，信息的接受、處理，以及控制指令的發(fā)送和執(zhí)行。在接受到來自各個節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)經(jīng)嵌入式處理器處理后通

8、過上位機軟件在監(jiān)控機上顯示。上位機監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用C+編寫，主要功能如下：1）數(shù)據(jù)采集功能：能實時顯示各個測量節(jié)點的實時溫濕度數(shù)據(jù)。2）異常報警功能：當數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時發(fā)出聲光報警，及時通知運維人員對出現(xiàn)的報警信息進行確認和管理。將該裝置應(yīng)用于某變電站中，裝置安裝情況如表3所示。在主控室內(nèi)，通過監(jiān)控軟件，可以實時查看站內(nèi)設(shè)備的溫濕度情況，設(shè)定溫度和相對濕度的報警范圍為25和70%，在溫濕度越限時，監(jiān)控軟件便會發(fā)出報警音響和彈出提示信息提醒運維人員注意。該裝置應(yīng)用以后，極大減輕了運維人員的工作強度，報警裝置在某次動作以后，運維人員去現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)該間隔的流變周邊有輕微發(fā)白現(xiàn)象，如圖6所示，認為是濕

9、度較大導致的局部放電現(xiàn)象，并及時進行了處理。5結(jié)束語該變電站溫濕度遠程報警裝置采用分布式采集、集中監(jiān)控模式，整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)流采用ZigBee協(xié)議，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_率，在溫濕度越限時，能夠發(fā)出聲光報警提醒運維人員注意。實際應(yīng)用表明，該裝置有效地解決了變電站溫濕度無法遠程查看的問題，提高了溫濕度檢測精確度和實時性的同時降低了運維人員的工作強度。參考文獻：1龐增輝，劉世安，許格.變電站室外箱柜凝露原理與防治措施分析J.科技創(chuàng)新導報，2014，（34）：1-2，4.2DLT5149-2001220-500kV變電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程S.2001.3徐通，鄭文棋，梁永花，等.變電站溫濕度實時測控系統(tǒng)研究和開發(fā)J.科技創(chuàng)新導報，2012，（3）：19-20.4郭耀華.基于ZigBee和GPRS網(wǎng)絡(luò)的智能變電站設(shè)備溫度無線監(jiān)測系統(tǒng)J.儀表技術(shù)與傳感器，2014，（1）：79-82.5劉琦，程春，吳健，等.智能變電站溫度監(jiān)測主站系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)J.電力系統(tǒng)保護與控制，2013，（4）：130-135.6張波，文昌斌.變電站溫濕度監(jiān)測模式的改進J.湖北電力，2013，（9）：16-17，21.