導(dǎo)語(yǔ)：無(wú)線通信變電站環(huán)境監(jiān)測(cè)研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1引言

隨著科技的進(jìn)步與人力資源的限制，越來(lái)越多的變電站采用無(wú)人值守的運(yùn)行管理模式。對(duì)于無(wú)人值守變電站所而言，變電站設(shè)備運(yùn)行環(huán)境溫濕度、水位、設(shè)備漏油異響等異?，F(xiàn)象一直處于運(yùn)行監(jiān)視盲區(qū)，相關(guān)信息無(wú)法實(shí)時(shí)傳遞到監(jiān)控后臺(tái)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視[1,2]。變電站防潮特巡、低溫特巡、高溫特巡等多項(xiàng)巡視作業(yè)需要檢查主控室、蓄電池室等設(shè)備室的溫濕度和空調(diào)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，繁重的工作量使人力短缺情況日趨緊張。變電站環(huán)境溫濕度等信號(hào)的在線監(jiān)控是無(wú)人值守變電站安全運(yùn)行的基礎(chǔ)保障[3]。通過(guò)安裝溫濕度檢測(cè)模塊，記錄溫濕度曲線供管理人員查詢，積累歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)空變化溫濕度變化規(guī)律與特點(diǎn)，不僅可為環(huán)控輔助系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的科學(xué)設(shè)置提供數(shù)據(jù)參考，更重要的是通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)生溫濕度越限時(shí)啟動(dòng)報(bào)警，提醒管理運(yùn)行人員及時(shí)掌握并調(diào)整環(huán)控裝置的工作設(shè)置值，避免因溫濕度越限造成設(shè)備損壞，具有重要的工程價(jià)值。近年來(lái)，部分變電站/所雖安裝了溫濕度傳感器監(jiān)控系統(tǒng)，但一般采用現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù)的溫濕度傳感器監(jiān)控系統(tǒng)[4]，依賴有線或光纖通道，功耗大、費(fèi)用高，構(gòu)成復(fù)雜，一旦遇到通道故障，修復(fù)難度大且時(shí)間較長(zhǎng)。隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展，其高性能低成本使測(cè)量終端與后臺(tái)的信息可靠交互已成為現(xiàn)實(shí)，尤其是Zigbee無(wú)線通信技術(shù)具有低功耗、低成本、可靠、網(wǎng)絡(luò)容量大、安全保密等一系列特征，在諸多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)變電站環(huán)境溫濕度的無(wú)線分布式監(jiān)測(cè)、集中式評(píng)估提供了技術(shù)保障，特別是在變電站的應(yīng)用工程的可行性已得到了初步驗(yàn)證[5,6]。鑒于此，本文設(shè)計(jì)了具有自我檢測(cè)功能的無(wú)線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用模塊化分布式結(jié)構(gòu)，利用無(wú)線溫濕度傳感節(jié)點(diǎn)測(cè)量設(shè)備控制柜、環(huán)境、控制室等區(qū)域溫濕度信號(hào)，采用ZigBee無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)傳感器的即插即用。另外，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了系統(tǒng)自檢診斷功能以提升系統(tǒng)的可靠性和易維護(hù)性。

2無(wú)線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)?/p>

2.1變電站環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)需求與特點(diǎn)分析。許多電力設(shè)備都需要在特定的環(huán)境下運(yùn)行，例如開(kāi)關(guān)柜、端子箱、計(jì)量柜和測(cè)控裝置等。因溫濕度過(guò)高造成設(shè)備運(yùn)行故障的案例時(shí)有發(fā)生。當(dāng)前，為保證電氣設(shè)備在合適的溫度和濕度環(huán)境下工作，在陰雨潮濕或酷暑高溫時(shí)，需要到變電站抄錄端子箱、開(kāi)關(guān)柜、控制室、設(shè)備運(yùn)行室等處的溫濕度表計(jì)讀數(shù)，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，容易發(fā)生抄錄錯(cuò)誤和丟失，更主要的是不能在溫濕度超限的第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)異常，造成設(shè)備運(yùn)行的安全隱患。因此，為避免設(shè)備過(guò)熱或過(guò)濕發(fā)生安全事故，解放人力，開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一套性能穩(wěn)定先進(jìn)的變電站環(huán)境溫濕度在線監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備內(nèi)部、控制室及周圍空氣溫濕度的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)具有重要的工程價(jià)值。變電站環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)實(shí)施中需重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)：1溫濕度測(cè)溫具有待測(cè)點(diǎn)多，且分布廣的特點(diǎn)；2對(duì)投運(yùn)變電站現(xiàn)場(chǎng)布線改造困難，工作量巨大；3變電站現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境差，對(duì)電磁兼容要求高；4變電站取電有一定的要求。2.2監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架拓?fù)?。研制開(kāi)發(fā)的變電站環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。為降低現(xiàn)場(chǎng)布線的工作量和難度，保障系統(tǒng)工作的可靠性，系統(tǒng)采用無(wú)線通信和現(xiàn)場(chǎng)總線相結(jié)合的通信方式，分區(qū)域?qū)崿F(xiàn)分布式測(cè)量、集中式管控。研制的系統(tǒng)主要由3個(gè)部分組成：分布式傳感器節(jié)點(diǎn)、通信協(xié)調(diào)器和站級(jí)后臺(tái)。其中，傳感器節(jié)點(diǎn)用于實(shí)現(xiàn)待測(cè)對(duì)象的溫濕度測(cè)量和數(shù)字化，并基于ZigBee組網(wǎng)技術(shù)，組成以協(xié)調(diào)器單元為中心的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，將采集到的溫濕度數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸給協(xié)調(diào)器單元，實(shí)現(xiàn)傳感器的即插即用。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)管理著所有與之相連的傳感器，并且接收來(lái)自傳感器的溫濕度信息數(shù)據(jù)，然后將收集到的所有傳感器的溫濕度數(shù)據(jù)向上傳輸至監(jiān)測(cè)中心管理器。監(jiān)測(cè)中心管理、記錄、顯示所有的溫濕度數(shù)據(jù)，還可以針對(duì)不同的要求進(jìn)行分析警報(bào)。比如，溫度超過(guò)限定值的時(shí)候，管理中心會(huì)發(fā)出警報(bào)；無(wú)線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)帶有報(bào)表功能，可以根據(jù)傳感器或者用戶設(shè)定的設(shè)備名稱等查看歷史溫濕度數(shù)據(jù)，生成相應(yīng)的報(bào)表對(duì)溫濕度變化進(jìn)行分析和處理；監(jiān)測(cè)中心還擁有特有的自我診斷功能，定期對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行檢測(cè)。

3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1硬件設(shè)計(jì)。3.1.1傳感器節(jié)點(diǎn)。傳感器節(jié)點(diǎn)的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度信息的采集、預(yù)處理和無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)。包括微控制器模塊、傳感器功能模塊、無(wú)線通信模塊和電源功能模塊等。本裝置無(wú)線溫濕度傳感器基于CC2530模塊實(shí)現(xiàn)[7]，應(yīng)用SHT20傳感器實(shí)現(xiàn)溫濕度信息的傳感，應(yīng)用CC2530模塊自帶的A/D實(shí)現(xiàn)測(cè)量信號(hào)的數(shù)字化，無(wú)線溫濕度傳感器電源支持內(nèi)部高性能的鋰電池供電或外接電源兩種方式，以提高傳感器使用的便捷性。研制的無(wú)線溫濕度傳感器工作流程及傳感器實(shí)物如圖2所示。3.1.2協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)管理所屬區(qū)域傳感器節(jié)點(diǎn)，接收區(qū)域范圍內(nèi)傳感器傳輸?shù)臏貪穸葦?shù)據(jù)信息，并將接收到的信息及傳感器節(jié)點(diǎn)信息通過(guò)CAN總線傳輸給監(jiān)測(cè)中心。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)基于CC2530設(shè)計(jì)[7]，根據(jù)功能可劃分為無(wú)線通信功能模塊、微控制器功能模塊、CAN通信功能模塊和電源功能模塊等。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的電源模塊采用市電220V供電，可以保證溫濕度數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)、全天候準(zhǔn)確傳輸。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的工作流程如如圖3所示。3.1.3站級(jí)后臺(tái)。監(jiān)控中心的硬件采用Niagara工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器實(shí)現(xiàn)，通過(guò)CAN總線與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。同時(shí)，通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及顯示器進(jìn)行人機(jī)交互。供電方式采用市電220V交流，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。3.2軟件設(shè)計(jì)。本文提出的無(wú)線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用C語(yǔ)言以及SQL數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件通過(guò)數(shù)據(jù)接口接收協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)膫鞲衅鳒貪穸葦?shù)據(jù)以及傳感器信息，并將各類信息結(jié)合用戶設(shè)定的溫濕度測(cè)點(diǎn)名稱存入到數(shù)據(jù)庫(kù)中。同時(shí)，軟件基于用戶定義的檢測(cè)點(diǎn)名稱實(shí)現(xiàn)檢測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)溫濕度數(shù)據(jù)的可視化。如果傳感器溫濕度數(shù)據(jù)超過(guò)對(duì)應(yīng)的用戶設(shè)定報(bào)警閾值，軟件會(huì)做出相應(yīng)的報(bào)警提示。監(jiān)測(cè)后臺(tái)工作流程圖如圖4所示。其中溫濕度信息診斷預(yù)警主要采用閾值法，依據(jù)相關(guān)運(yùn)行規(guī)程制定，部分規(guī)則如下[8]：1主控制室和計(jì)算機(jī)室的溫度范圍為18～25℃，溫度變化率每小時(shí)不應(yīng)超過(guò)±5℃,相對(duì)濕度宜為45％～75％；2繼保室溫度變化范圍為5～30℃,溫度變化率每小時(shí)不超過(guò)±5℃,相對(duì)濕度宜為45％～75％,任何情況下無(wú)凝露。當(dāng)然，通過(guò)預(yù)留閾值整定設(shè)置接口，系統(tǒng)同時(shí)支持閾值的差異化調(diào)整。

4系統(tǒng)自檢功能開(kāi)發(fā)

為了在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)維護(hù)中減少投入的人力物力，且能夠在第一時(shí)間知悉無(wú)線溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)的故障，以免影響系統(tǒng)的使用，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了系統(tǒng)自檢診斷功能。通過(guò)系統(tǒng)的自檢功能，工作人員可以了解傳感器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)以及數(shù)據(jù)庫(kù)等軟硬件組件是否工作正常。如果系統(tǒng)的某一部分出現(xiàn)故障，軟件中會(huì)有相應(yīng)的警示，提示工作人員及時(shí)維護(hù)和更新監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行和被監(jiān)測(cè)對(duì)象溫濕度的準(zhǔn)確測(cè)量。系統(tǒng)自檢診斷功能流程圖如圖5所示。首先，系統(tǒng)初次啟動(dòng)時(shí)，Zigbee會(huì)進(jìn)行組網(wǎng)的過(guò)程，同時(shí)，系統(tǒng)檢測(cè)各個(gè)部分工作情況：1檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)的工作連接情況；2檢測(cè)CAN總線的連接情況；3檢測(cè)CAN總線上各個(gè)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的工作連接情況；4檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)連接情況；5檢測(cè)傳感器節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度，電池電量等狀態(tài)情況。檢測(cè)有錯(cuò)誤的部分系統(tǒng)會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的提示，上述檢測(cè)項(xiàng)目都正常后，表明溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作在正常狀態(tài)。然后，系統(tǒng)按照設(shè)定的時(shí)間讀取傳感器的溫濕度測(cè)量數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)顯示在人機(jī)界面上。系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的溫度、濕度限定值對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定溫度、濕度是否超過(guò)限定值，系統(tǒng)自動(dòng)考慮到環(huán)境溫濕度的影響情況，正確反映被測(cè)量設(shè)備的工作狀態(tài)。系統(tǒng)工作過(guò)程中，定時(shí)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)部件的工作情況進(jìn)行自我檢測(cè)，如檢測(cè)到工作不正常，第一時(shí)間通知工作人員進(jìn)行處理。自檢系統(tǒng)能夠最大程度地減少維護(hù)成本，保證溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)感知數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

5結(jié)論

本文基于物聯(lián)網(wǎng)與無(wú)線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一套具有自我檢測(cè)功能的變電站環(huán)境溫濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用CC2530ZigBee無(wú)線模塊，實(shí)現(xiàn)溫濕度的分布式數(shù)字化測(cè)量和傳感器的即插即用；系統(tǒng)自檢功能可提高系統(tǒng)的可靠性，保證測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效，減少監(jiān)測(cè)系統(tǒng)后期維護(hù)費(fèi)用。本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)可為變電站設(shè)備控制柜、環(huán)境、控制室等區(qū)域溫濕度狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)提供先進(jìn)的技術(shù)手段。

作者:易慧 潘雄 潘曉柏 李小強(qiáng) 江浩田 何蓮 單位:廣州供電局有限公司變電管理三所