變電站溫濕度遠程報警裝置研制范文

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《國網技術學院學報》2016年第5期

摘要：

針對變電站內設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控，從溫濕度傳感器、數據傳輸、上位機編程等方面介紹了該裝置的結構。本裝置采取終端采集，軟件顯示與報警的模式，在變電站內設備溫濕度越限時，能夠自動發出聲光報警，提醒運維人員注意。裝置采用ZigBee通信協議，具有良好的可靠性和安全性。

關鍵詞：

變電站；溫濕度；遠程報警；ZigBee

0引言

變電站內由于溫度或濕度較大可能會導致二次設備銹蝕、直流接地或者觸點接觸不良［1］，所以相關規程［2］規定：主控制室和計算機室的溫度宜在18～25℃范圍內，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，且沒有數據記錄顯示功能。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，打開空調和除濕機，保持開關室、保護室、安全工具室等室內溫度在合理范圍內。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現的功能也越來越多。本文在分析現有溫濕度測控裝置的基礎上［4-6］，結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總體結構

研制成功的變電站溫濕度遠程報警裝置總體結構如圖1所示。該裝置采用分布式采集、集中監控的方式，在各終端設備上布置溫濕度采集器，在各變電站內設置多個中間節點，以實現信號的中繼和路由選擇，而且多個中間節點可以實現冗余備份，各個中間節點連接成無線網。各設備的信號通過該網絡傳輸到后臺計算機，通過上位機程序進行實時監控和報警。測控方式采用主動發送方式，由終端設備和各個中間節點發送溫濕度信息到監控機。整個數據流采用ZigBee傳輸協議，確保數據的安全性和傳輸過程的正確性。

2現場測控單元

現場測控單元的功能是完成溫濕度的測量，對數據進行初步處理，并將模擬量轉換為易處理和傳輸的數字量。

2.1硬件結構

網絡終端節點結構如圖2所示，終端節點負責采集變電站設備節點的溫濕度，并將采集的信息存儲在存儲模塊。終端節點由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應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網絡節點。CC2530結合了領先的RF收發器的優良性能，業界標準的增強型8051CPU，系統內可編程閃存，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發射功率較大，傳輸較遠，選取支持ZigBee協議的CC2530開發板。

2.3溫濕度傳感器

溫濕度傳感器元件是本系統的核心部件，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，具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。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據每隔1s傳遞到監控機后臺進行處理。

3通信信道

無線傳輸協議有很多不同的種類，在各類應用中，無線傳輸協議以藍牙與ZigBee協議為典型代表，表2給出了藍牙與ZigBee協議之間的比較。由于傳輸的溫濕度數據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的數據傳輸要求。同時ZigBee擁有更好的抗干擾特性并能夠支持AES加密技術，保證傳輸數據的安全。綜合以上考慮，在該系統構建中選取ZigBee協議作為通信信道。考慮到無線通信具有信號隨距離衰減的特性，當從某一開關室連至主控室時，設立一個中間節點，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

后臺管理系統實現溫濕度的集中監控，也是人員和系統交互的界面。通過VisualC++編寫的源代碼，實時刷新終端傳給協調器的溫濕度數據，在數據大于設定的預警條件時，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：傳感器網絡終端節點數據采集模塊、網絡協調器數據接收模塊和遠程監控管理模塊軟件。終端數據采集節點由CC2530通過串行接口和DHT11進行通信，實現現場節點數據的采集和傳輸。網絡協調器負責網絡的建立，信息的接受、處理，以及控制指令的發送和執行。在接受到來自各個節點的溫度數據后，數據經嵌入式處理器處理后通過上位機軟件在監控機上顯示。上位機監控系統軟件采用C++編寫，主要功能如下：

1）數據采集功能：能實時顯示各個測量節點的實時溫濕度數據。

2）異常報警功能：當數據出現異常時發出聲光報警，及時通知運維人員對出現的報警信息進行確認和管理。將該裝置應用于某變電站中，裝置安裝情況如表3所示。在主控室內，通過監控軟件，可以實時查看站內設備的溫濕度情況，設定溫度和相對濕度的報警范圍為25℃和70%，在溫濕度越限時，監控軟件便會發出報警音響和彈出提示信息提醒運維人員注意。該裝置應用以后，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，運維人員去現場檢查，發現該間隔的流變周邊有輕微發白現象，如圖6所示，認為是濕度較大導致的局部放電現象，并及時進行了處理。

5結束語

該變電站溫濕度遠程報警裝置采用分布式采集、集中監控模式，整個系統數據流采用ZigBee協議，保證數據傳輸的準確率，在溫濕度越限時，能夠發出聲光報警提醒運維人員注意。實際應用表明，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］.科技創新導報，2014，（34）：1-2，4.

［2］DL／T5149-2001220-500kV變電站計算機監控系統設計技術規程［S］.2001.

［3］徐通，鄭文棋，梁永花，等.變電站溫濕度實時測控系統研究和開發［J］.科技創新導報，2012，（3）：19-20.

［4］郭耀華.基于ZigBee和GPRS網絡的智能變電站設備溫度無線監測系統［J］.儀表技術與傳感器，2014，（1）：79-82.

［5］劉琦，程春，吳健，等.智能變電站溫度監測主站系統的設計與實現［J］.電力系統保護與控制，2013，（4）：130-135.

［6］張波，文昌斌.變電站溫濕度監測模式的改進［J］.湖北電力，2013，（9）：16-17，21.

作者:桂勛 孫瓊 肖劍平 陸冉 張明 楊良勇 單位:國網合肥供電公司