變電站溫濕度遠(yuǎn)程報警裝置研制

變電站溫濕度遠(yuǎn)程報警裝置研制變電站溫濕度遠(yuǎn)程報警裝置研制 2017/01/09 國網(wǎng)技術(shù)學(xué)院學(xué)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(yuǎn)程報警裝置，用于溫濕度的遠(yuǎn)方監(jiān)控，從溫濕度傳感器、數(shù)據(jù)傳輸、上位機(jī)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(yùn)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(yuǎn)程報警；ZigBee0引言變電站內(nèi)由于溫度或濕度較大可能會導(dǎo)致二次設(shè)備銹蝕、直流接地或者觸點(diǎn)接觸不良1，所以相關(guān)規(guī)程2規(guī)定：主控制室和計算機(jī)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(jī)、智能終端、測控裝置等對溫濕度的要求更為嚴(yán)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(yuǎn)方查看。但對于投運(yùn)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(dá)到一定閾值，繼電器動作，打開加熱器或風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)整。但是該模式實(shí)時性差，運(yùn)維人員無法遠(yuǎn)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(yùn)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(jī)，保持開關(guān)室、保護(hù)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化程度越來越高，對于溫濕度的顯示與控制需要實(shí)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(diǎn)和對溫濕度的需求，研制出一種溫濕度遠(yuǎn)程報警裝置，對一些投運(yùn)年限較長的變電站具有較高的參考價值，投運(yùn)后能顯著提高運(yùn)維水平。1總體結(jié)構(gòu)研制成功的變電站溫濕度遠(yuǎn)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(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)信號的中繼和路由選擇，而且多個中間節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)冗余備份，各個中間節(jié)點(diǎn)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(jī)，通過上位機(jī)程序進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和報警。測控方式采用主動發(fā)送方式，由終端設(shè)備和各個中間節(jié)點(diǎn)發(fā)送溫濕度信息到監(jiān)控機(jī)。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(jìn)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(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖2所示，終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集變電站設(shè)備節(jié)點(diǎn)的溫濕度，并將采集的信息存儲在存儲模塊。終端節(jié)點(diǎn)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(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KBRAM和許多其他強(qiáng)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(yuǎn)，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(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)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(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點(diǎn)。其精度為濕度5%RH，溫度2，量程為濕度20%90%RH，溫度050。將DHT11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(jī)后臺進(jìn)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(lán)牙與ZigBee協(xié)議為典型代表，表2給出了藍(lán)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(lán)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(dāng)從某一開關(guān)室連至主控室時，設(shè)立一個中間節(jié)點(diǎn)，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(shí)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(shí)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(yù)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(diǎn)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(yuǎn)程監(jiān)控管理模塊軟件。終端數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)由CC2530通過串行接口和DHT11進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集和傳輸。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)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(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)經(jīng)嵌入式處理器處理后通過上位機(jī)軟件在監(jiān)控機(jī)上顯示。上位機(jī)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(shí)時顯示各個測量節(jié)點(diǎn)的實(shí)時溫濕度數(shù)據(jù)。2）異常報警功能：當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時發(fā)出聲光報警，及時通知運(yùn)維人員對出現(xiàn)的報警信息進(jìn)行確認(rèn)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(shí)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(yùn)維人員注意。該裝置應(yīng)用以后，極大減輕了運(yùn)維人員的工作強(qiáng)度，報警裝置在某次動作以后，運(yùn)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(rèn)為是濕度較大導(dǎo)致的局部放電現(xiàn)象，并及時進(jìn)行了處理。5結(jié)束語該變電站溫濕度遠(yuǎn)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?zhǔn)確率，在溫濕度越限時，能夠發(fā)出聲光報警提醒運(yùn)維人員注意。實(shí)際應(yīng)用表明，該裝置有效地解決了變電站溫濕度無法遠(yuǎn)程查看的問題，提高了溫濕度檢測精確度和實(shí)時性的同時降低了運(yùn)維人員的工作強(qiáng)度。參考文獻(xiàn)：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(dǎo)報，2014，（34）：1-2，4.2DLT5149-2001220-500kV變電站計算機(jī)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(shí)時測控系統(tǒng)研究和開發(fā)J.科技創(chuàng)新導(dǎo)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(shí)現(xiàn)J.電力系統(tǒng)保護(hù)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(jìn)J.湖北電力，2013，（9）：16-17，21.