基于無線傳感技術的智能環(huán)網(wǎng)柜調(diào)控儀的設計

張 靜,胡 翔,李題印,姚海燕（.浙江群里電氣有限公司; .國網(wǎng)杭州市余杭區(qū)供電公司,杭州 300）

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基于無線傳感技術的智能環(huán)網(wǎng)柜調(diào)控儀的設計

張 靜1,胡 翔1,李題印2,姚海燕2
（1.浙江群里電氣有限公司; 2.國網(wǎng)杭州市余杭區(qū)供電公司,杭州 311100）

摘 要：為解決由于開閉所內(nèi)空氣潮悶、通風效果差、電纜溝積水等原因而造成的環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)濕度大、電氣設備易出現(xiàn)凝露、站內(nèi)臭氧濃度高、電暈放電嚴重、絕緣被破壞、設備易被氧化等問題，本文設計研發(fā)了一款智能環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)置環(huán)境調(diào)控儀。該儀器由高精度數(shù)字傳感器、數(shù)據(jù)采集模塊、控制系統(tǒng)和參數(shù)調(diào)節(jié)執(zhí)行機構組成，通過控制系統(tǒng)，對運行環(huán)境參數(shù)進行調(diào)節(jié)，從而起到對環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)運行環(huán)境進行實時監(jiān)測的作用，進而有效地提高了環(huán)網(wǎng)柜的運行穩(wěn)定性。

關鍵詞：智能環(huán)網(wǎng)柜；環(huán)境調(diào)控儀；控制系統(tǒng)

0 引言

環(huán)網(wǎng)柜作為電力系統(tǒng)中線路開合、電力設備控制和保護的重要設備，在發(fā)電、輸電和配電的各環(huán)節(jié)中廣泛運用，環(huán)網(wǎng)柜的安全運行將直接影響用戶供電的可靠性。目前，環(huán)網(wǎng)柜正朝著通信網(wǎng)絡功能強大，通信協(xié)議標準化，軟件配置先進，自動化程度高，可靠性高，安全性強，結構模塊化，可組成綜合自動化控制系統(tǒng)等方向發(fā)展。然而，現(xiàn)階段我國環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部存在缺少對內(nèi)溫度、濕度和腐蝕性氣體濃度進行監(jiān)測的系統(tǒng)；開閉所、變電站內(nèi)空氣潮悶、通風效果差、電纜溝積水等原因造成的環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)濕度大、電氣設備易出現(xiàn)凝露、站內(nèi)臭氧濃度高、電暈放電嚴重、絕緣被破壞、設備易被氧化等問題[1,2]。同時，環(huán)網(wǎng)柜檢測的傳統(tǒng)方法是采取定期巡檢的方式，以單獨使用故障指示器為手段，并沒有早期故障檢測這類功能，更沒有形成配套的相關系統(tǒng)。若突發(fā)故障，只能在發(fā)生故障后使用人力逐個排查；即使涉及故障診斷也僅限于針對環(huán)網(wǎng)柜的某個單項性能指標，不能同時從絕緣、機械和溫升等多個角度全面判別環(huán)網(wǎng)柜的健康狀況，這種不全面的檢測方法極有可能由于各種原因造成誤判[3-4]。

1 智能環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)置調(diào)控儀總體設計思路

本智能環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)置環(huán)境調(diào)控儀通過高精度數(shù)字傳感器、信號采集模塊，對環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)溫度、濕度和腐蝕性氣體濃度進行監(jiān)測；可以有效的改善由于開閉所、變電站內(nèi)空氣潮悶、通風效果差、電纜溝積水等原因造成的環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)濕度大、電氣設備易出現(xiàn)凝露、站內(nèi)臭氧濃度高、電暈放電嚴重、絕緣被破壞、設備易被氧化等問題，提高電氣設備的使用壽命和使用安全性。

首先采集各項環(huán)境參數(shù)，并進行判斷處理，當運行環(huán)境參數(shù)超過設定的閾值時，調(diào)節(jié)執(zhí)行機構（加熱器、軸流式風扇）進行調(diào)節(jié)；采用分級調(diào)節(jié)的方式，具有一定的節(jié)能功能。監(jiān)測環(huán)境參數(shù)的信息可以就地顯示，也可通過便攜式數(shù)據(jù)采集終端傳送至后臺管理系統(tǒng)。

環(huán)網(wǎng)柜電氣設備運行環(huán)境監(jiān)測調(diào)控技術可改善RM6型環(huán)網(wǎng)柜的內(nèi)部環(huán)境，運行環(huán)境監(jiān)測調(diào)控模塊能夠采集柜內(nèi)環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)，同時通過控制系統(tǒng)對運行環(huán)境參數(shù)進行調(diào)節(jié)，當運行環(huán)境參數(shù)超過閾值時控制執(zhí)行機構進行調(diào)節(jié)，通過設計有效的人工環(huán)流（通過機械機構設計解決）解決可能出現(xiàn)的環(huán)網(wǎng)柜及電氣設備凝露、溫度過低（高）等問題；同時，監(jiān)控系統(tǒng)具有標準的數(shù)據(jù)通信接口，用于數(shù)據(jù)的就地顯示和上傳。

2 智能環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)置環(huán)境調(diào)控儀具體實施步驟

2.1 機械功能的實現(xiàn)

（1）機械架構。本智能環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)置環(huán)境調(diào)控儀選用線切割機下料，采用卡尺、萬能角度尺進行“三檢”，保證下料尺寸的準確性以及各板件開孔位置的準確性。

本智能環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)置環(huán)境調(diào)控儀采用折彎機及相關模具，保障零件加工后的尺寸精度及裝配后產(chǎn)品外觀質(zhì)量。例如背板及左、右側板的折彎加工；左、右側板、頂板及前面板采用焊接加工，在焊接過程中為了提高效率，防止焊接變形及各板件的垂直度，設計了內(nèi)模工裝。各板件的開孔均在焊接前完成。焊接完成后對焊縫進行打磨清理，從工藝上保障了焊角的外觀質(zhì)量；背板及底板在產(chǎn)品調(diào)試完成后，最后安裝。

（2）關鍵部件結構。本智能環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)置環(huán)境調(diào)控儀各關鍵部件如圖1和圖2所示。

1）測溫傳感器。測溫傳感器是用于監(jiān)測環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的溫度的無線傳感器。

2）多級調(diào)節(jié)風扇。本調(diào)控儀多級調(diào)節(jié)風扇是用來降低柜內(nèi)溫度的，一旦監(jiān)測到環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)運行溫度達到或超過預警值，就啟動風扇并對風扇轉速進行調(diào)節(jié)，從而保證環(huán)網(wǎng)柜在適宜的溫度下運行。

3）撥碼器。本智能環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)置調(diào)控儀在使用之前要根據(jù)當?shù)丨h(huán)境設置相應參數(shù)，對其撥碼進行以下四個參數(shù)的設置：

①溫度限值：-20℃～+60℃；

②溫度控制：設置調(diào)控儀開始運行所達到的溫度限值；

③站地址：設置調(diào)控儀所對應的環(huán)網(wǎng)柜的地址；

④設備地址：設置調(diào)控儀編號。

本調(diào)控儀在第一次使用的時候，應保證調(diào)控儀的參數(shù)與所在配電系統(tǒng)現(xiàn)場所需參數(shù)的一致性，否則會出現(xiàn)測量數(shù)據(jù)不正確的情況。

2.2 控制電路功能的實現(xiàn)

本智能環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)置環(huán)境調(diào)控儀控制電路功能的實現(xiàn)，采用了ATmega64作為主控芯片，在線監(jiān)測電纜負荷電流等參數(shù)與環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)各設備的運行狀態(tài)；利用數(shù)字式溫度傳感器和濕度傳感器機對運行溫度和實時進行實時采集；通過液晶、LED數(shù)碼和LED指示燈顯示各溫濕度情況和各設備運行狀態(tài)。另外，柜體智能操控主機可以通過RS485總線與其他設備進行接口。

2.3 智能環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)置調(diào)控儀功能描述

本次設計的智能環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)置電氣設備運行環(huán)境監(jiān)測調(diào)控儀的基本功能是，可通過高精度數(shù)字傳感器和信號采集模塊實時監(jiān)測柜體內(nèi)環(huán)境溫度、濕度等參數(shù)，即當柜體內(nèi)溫、濕度超出合適的運行范圍時，控制加熱裝置、通風裝置調(diào)節(jié)柜體內(nèi)溫、濕度到合理的范圍，其中，調(diào)控參數(shù)閥值可手動設定；同時，當運行參數(shù)超出設定值時，具有報警功能；并能夠?qū)崿F(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)的存儲，存儲時間長達30天。 同樣的，該調(diào)控儀也應具有通信功能，通過通信接口，將監(jiān)測到的環(huán)境參數(shù)送到就地顯示模塊，進行數(shù)據(jù)顯示；同時，還可將監(jiān)測環(huán)境參數(shù)傳送至便攜式數(shù)據(jù)采集終端和后臺系統(tǒng)；另外，通過通信接口，還可利用便攜式數(shù)據(jù)采集終端對該模塊進行基本參數(shù)設置和控制。另外，該儀器還具備擴展功能，第一，設計預留標準通信接口和通信協(xié)議，本儀器可以和以后擴展的其他監(jiān)控模塊進行對接；第二，根據(jù)不同類型高低壓環(huán)網(wǎng)柜的具體應用情況，可以對該儀器結構和控制方式進行調(diào)整，能夠應用于各種類型的室內(nèi)或室外高低壓環(huán)網(wǎng)柜。

3 性能分析

本智能環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)置環(huán)境調(diào)控儀與以往的環(huán)境調(diào)控儀相比，其具體的性能優(yōu)勢體現(xiàn)在以下五個方面：

（1）智能環(huán)網(wǎng)柜環(huán)境調(diào)控儀具有多級調(diào)節(jié)功能，能根據(jù)不同安裝地的具體情況，有效控制風扇轉速和多級加熱片，環(huán)境調(diào)節(jié)模式多和調(diào)節(jié)改善效率高，可實時保障柜內(nèi)環(huán)境處于正常狀態(tài)，有效杜絕了引發(fā)故障的誘因產(chǎn)生；

（2）在監(jiān)測系統(tǒng)的參數(shù)設定方面，智能環(huán)境調(diào)控儀也做了相應改進，脫離了以往只可手動設定的局限（待確定），可根據(jù)實際情況通過手動面板設定或者數(shù)據(jù)采集終端設定，并實現(xiàn)運行參數(shù)超出設定值時，自動報警的功能，為設備安全運行增加了一道可靠的保障；

（3）相對以往簡化甚至沒有數(shù)據(jù)存儲的缺陷，智能環(huán)境調(diào)控儀實現(xiàn)對監(jiān)測數(shù)據(jù)長達30天自動本地實時存儲，對故障檢測的原因分析提供了客觀詳實的依據(jù)；

（4）以往環(huán)境調(diào)控儀功耗過高造成故障頻發(fā)的問題早已亟待解決，通過流體力學實驗設計的18%的傾角和物理結構使功耗比最高，是以往環(huán)境調(diào)控儀難以企及的優(yōu)勢所在。

4 結語

本課題所研究設計的環(huán)網(wǎng)柜電氣設備運行環(huán)境監(jiān)測調(diào)控模塊能夠解決可能出現(xiàn)的環(huán)網(wǎng)柜及電氣設備凝露等問題，從而提高開閉所內(nèi)電氣設備的使用壽命和運行可靠性。調(diào)控模塊由高精度數(shù)字傳感器、數(shù)據(jù)采集單元、控制系統(tǒng)和參數(shù)調(diào)節(jié)執(zhí)行機構組成，首先采集各項環(huán)境參數(shù)，同時通過控制系統(tǒng)，對運行環(huán)境參數(shù)進行調(diào)節(jié)，當運行環(huán)境參數(shù)超過一定值參數(shù)調(diào)節(jié)執(zhí)行機構（加熱器、軸流式風扇）進行調(diào)節(jié)；控制系統(tǒng)一方面要調(diào)節(jié)運行參數(shù)在合適的范圍，同時具有節(jié)能功能。其本質(zhì)為環(huán)網(wǎng)柜智能輔助模塊，模塊安裝后可提高環(huán)網(wǎng)柜的智能性，形成智能型環(huán)網(wǎng)柜產(chǎn)品予以推廣。

參考文獻：

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[3]孫曉雅,李永倩,李天等.基于光纖光柵的開關柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)設計[J].電力系統(tǒng)通信,2012,33(05):6-10.

[4]王華學.基于無線傳感網(wǎng)的高壓開關柜溫濕度測控系統(tǒng)設計[J].電子測試,2015(04):9-10.

DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.02.109