變電站溫濕度遠(yuǎn)程報(bào)警裝置研制

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1、變電站溫濕度遠(yuǎn)程報(bào)警裝置研制 變電站溫濕度遠(yuǎn)程報(bào)警裝置研制 2017/01/09 《國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)》2016年第5期 摘要: 針對(duì)變電站內(nèi)設(shè)備對(duì)溫濕度的要求及目前的溫濕度測(cè)控方案,研制了一種變電站溫濕度遠(yuǎn)程報(bào)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(bào)警的模式,在變電站內(nèi)設(shè)備溫濕度越限時(shí),能夠自動(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警,提醒運(yùn)維人員注意。裝置采用ZigBee通信協(xié)

2、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(bào)警;ZigBee 0引言 變電站內(nèi)由于溫度或濕度較大可能會(huì)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(jì)算機(jī)室的溫度宜在18~25℃范圍內(nèi),相對(duì)濕度宜為45%~75%,任何情況下無(wú)凝露。特別是智能變電站內(nèi)大量的交換機(jī)、智能終端、測(cè)控裝置等對(duì)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(duì)于投運(yùn)較早的一些變電站,現(xiàn)場(chǎng)雖有一些自動(dòng)溫控裝置[3],在溫濕度達(dá)到一定閾值,繼電器動(dòng)作

3、,打開(kāi)加熱器或風(fēng)扇進(jìn)行調(diào)整。但是該模式實(shí)時(shí)性差,運(yùn)維人員無(wú)法遠(yuǎn)方查看溫濕度,且沒(méi)有數(shù)據(jù)記錄顯示功能。對(duì)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(kāi)空調(diào)和除濕機(jī),保持開(kāi)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(lái)越高,對(duì)于溫濕度的顯示與控制需要實(shí)現(xiàn)的功能也越來(lái)越多。本文在分析現(xiàn)有溫濕度測(cè)控裝置的基礎(chǔ)上[4-6],結(jié)合變電站的特點(diǎn)和對(duì)溫濕度的需求,研制出一種溫濕度遠(yuǎn)程報(bào)警裝置,對(duì)一些投運(yùn)年限較長(zhǎng)的變電站具有較高的參考價(jià)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(bào)警裝置總體結(jié)構(gòu)如

4、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(gè)中間節(jié)點(diǎn),以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的中繼和路由選擇,而且多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)冗余備份,各個(gè)中間節(jié)點(diǎn)連接成無(wú)線網(wǎng)。各設(shè)備的信號(hào)通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_(tái)計(jì)算機(jī),通過(guò)上位機(jī)程序進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警。測(cè)控方式采用主動(dòng)發(fā)送方式,由終端設(shè)備和各個(gè)中間節(jié)點(diǎn)發(fā)送溫濕度信息到監(jiān)控機(jī)。整個(gè)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(guò)程的正確性。 2現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控單元的功能是完成溫濕度的測(cè)量,對(duì)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)

5、 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(chǔ)在存儲(chǔ)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(gè)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

6、率較大,傳輸較遠(yuǎn),選取支持ZigBee協(xié)議的CC2530開(kāi)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(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器,傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè)NTC測(cè)溫元件,具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)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0~50℃。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(tái)進(jìn)行處理。 3通信信道

7、 無(wú)線傳輸協(xié)議有很多不同的種類(lèi),在各類(lèi)應(yīng)用中,無(wú)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(duì)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(shí)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(wú)線通信具有信號(hào)隨距離衰減的特性,當(dāng)從某一開(kāi)關(guān)室連至主控室時(shí),設(shè)立一個(gè)中間節(jié)點(diǎn),起中繼和路由作用,保證無(wú)線信號(hào)的有效覆蓋。 4后臺(tái)管理系統(tǒng) 后臺(tái)管理系

8、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(guò)VisualC++編寫(xiě)的源代碼,實(shí)時(shí)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(shí),軟件自動(dòng)彈出提示框和播放報(bào)警音響。如圖3、4、5所示,整個(gè)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(guò)串行接口和DHT11進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)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(lái)自各個(gè)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(guò)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(xiě),主要功能如

9、下: 1)數(shù)據(jù)采集功能:能實(shí)時(shí)顯示各個(gè)測(cè)量節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)。 2)異常報(bào)警功能:當(dāng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)發(fā)出聲光報(bào)警,及時(shí)通知運(yùn)維人員對(duì)出現(xiàn)的報(bào)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(guò)監(jiān)控軟件,可以實(shí)時(shí)查看站內(nèi)設(shè)備的溫濕度情況,設(shè)定溫度和相對(duì)濕度的報(bào)警范圍為25℃和70%,在溫濕度越限時(shí),監(jiān)控軟件便會(huì)發(fā)出報(bào)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(bào)警裝置在某次動(dòng)作以后,運(yùn)維人員去現(xiàn)場(chǎng)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(shí)

10、進(jìn)行了處理。 5結(jié)束語(yǔ) 該變電站溫濕度遠(yuǎn)程報(bào)警裝置采用分布式采集、集中監(jiān)控模式,整個(gè)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(shí),能夠發(fā)出聲光報(bào)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(wú)法遠(yuǎn)程查看的問(wèn)題,提高了溫濕度檢測(cè)精確度和實(shí)時(shí)性的同時(shí)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(bào),2014,(34):1-2,4. [2]DL/T5149-2001220-500kV變電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)

11、計(jì)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(shí)測(cè)控系統(tǒng)研究和開(kāi)發(fā)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),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(wú)線監(jiān)測(cè)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(cè)主站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(cè)模式的改進(jìn)[J].湖北電力,2013,(9):16-17,21.

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