基于物聯網技術的變電站在線溫度監測系統研究

陳愷++張金玲

摘 要：從物聯網這個新興概念入手，結合目前變電站內常用的溫度檢測手段，通過比較和分析各種方法的優缺點，給出了基于物聯網技術的無線溫度傳感系統監測方法，并對這種方法進行了研究和分析。最后，對在變電站環境下如何實現在線溫度檢測進行了探討。

關鍵詞：物聯網；在線監測；智能電網

電力系統設備在正常運行情況下，溫度變化存在一定的規律且相對平穩；而故障發生時，設備溫度變化會呈現明顯的不同。變電站設備溫度升高通常可分為電流炙熱型和電壓炙熱型兩類。電流炙熱的原因可能為過載、散熱不良或緊固松動等，易發生的部位有閘刀觸頭、引線接頭和高壓電纜接頭等；電壓炙熱的原因可能為絕緣設備的絕緣損壞，如高壓套管上下出現溫差等。因此，對變電站設備的溫度實施在線監測非常重要，通過監測溫度變化趨勢可以提早發現設備異常，及時采取措施預防事故的發生。

1 物聯網

1.1 物聯網的概念

物聯網就是物物相連的互聯網，是以互聯網為核心與基礎進行的延伸與擴展。物聯網由射頻識別（RFID）、定位系統、感應系統、掃描器等設備組成。按照約定的協議，物品與互聯網一一連接，進行信息的交換和通信，借以實現智能識別、跟蹤、定位、監控和管理。

1.2 關鍵技術

物聯網涉及的關鍵技術包括：射頻識別（RFID）技術，傳感器技術、傳感器網絡技術、網絡通信技術等。

在變電站環境中，應用無線傳感器網絡和設置在各監測點的溫度傳感器可以實現同時采集全站各處的溫度，實現在線監測。依此推廣，只需配置適當的傳感器，即可實現對變電站設備的所有遠程監控和數據分析，全方位提高智能電網的信息感知度。

1.3 Zigbee網絡的技術特點

目前用于無線傳感網絡的主要網絡協議有Bluetooth、Zigbee、Wi-Fi以及IrDA等。其中，在各類無線傳感網絡中，基于802.15.4協議的Zigbee技術是目前國際一種新興的無線通信技術，具有低成本、低功耗、延時短、自組織強和網絡節點大等特點，非常適用于自動控制、在線監測領域。

Zigbee的主要技術參數如表1所示：

表1 Zigbee網絡主要技術參數

2 基于物聯網的變電站無線測溫方案

2.1 變電站測溫現狀

在變電站日常運行及檢修維護中的溫度監測方式主要有：示溫蠟片、紅外測溫和光纖傳感。示溫蠟片成本低，但精度差，也無實時性；紅外測溫需大量人力物力，且由于測量角度不同、太陽光干擾等客觀因素會造成測溫不準的情況；光纖傳感要求對一次設備周圍進行光纖布線，光纖不耐高溫，易折斷，長期積累灰塵易導致沿面放電，不適宜室外惡劣的環境，發生監測故障的概率也比較大。

綜上，為了對變電站內運行設備的狀態實現實時有效的監測，減少和杜絕電力系統事故的發生，在線測溫系統的開發和研究勢在必行。

2.2 數字無線溫度傳感器介紹

無線溫度傳感器與有線方式比較，具有可靠性高、安裝容易、重復使用性和系統維護性好等優點。無線溫度傳感器由溫度測量、無線發射電路組成，測量回路由傳感器、MCU（微控制單元）組成。系統原理框圖如圖1。

2.3 系統組成

基于物聯網技術的無線溫度在線監測系統是一種基于溫度傳感器及無線傳感器網絡的溫度實時監測系統。主要由現場的無線溫度傳感器、Zigbee網絡中繼器、數據處理后臺等裝置來實現。無線測溫傳感器可以滿足對全站主要電氣設備運行溫度的在線監測。

本文設計了兩種在線溫度監測方式，第一種方式適用于受控站、無人值守的變電站，第二種方式適用于有人值守的變電站。如在有人值守變電站，無線匯聚終端則將數據通過有線方式傳輸到后臺。

2.4 系統技術特點

基于物聯網技術的變電站溫度監測系統具有測溫精度高、響應速度快、易安裝、體積小、全天候、實時在線、無漏報、抗干擾能力強等優點。

（1）實時性。溫度傳感器的溫度采集頻率可由人為設定，對重要設備可實現每秒采集。后臺可進行大數據處理，繪制溫度曲線，進行智能分析。

（2）系統性。該無線測溫系統可與現有的自動化系統通過串口連接，實現數據共享，作為自動化動作判據等。

（3）廣泛性。溫度傳感器可安于任何需要檢測的設備點，不受高度、狹小空間等限制。

2.5 針對變電站環境的可靠性措施

無線溫度傳感器采用金屬外殼封裝，可與高壓設備保持等電位。但實際上在即使是在傳感器與高壓設備保持相對靜止的時候，由于傳感器對地及周圍各導體的電容效應，仍有一些電容電流流過傳感器內部，如傳感器內部沒有良好絕緣，則很容易導致芯片損壞。

無線通信在強電環境中易受干擾。高壓設備及其連接導線可等效為許多分布電容和雜散電感，在特定激勵下，可能產生共振，成為干擾源。另外，空間電磁波輻射以電磁感應方式通過電氣設備的殼體、導線等形成接收電路，干擾測量系統工作。針對以上干擾源，可采用傳感器多點接地或將測溫探頭置于用低電阻金屬材料鋁制成的屏蔽體中等方法，以達到屏蔽干擾的目的。

3 結束語

綜上所述，本文研究了基于物聯網的變電站設備溫度在線監測系統，給出了系統的設計方案，并分析了實際應用中可能出現的問題?；谖锫摼W的變電站設備溫度在線監測系統通過采用無線傳感網絡、無線傳感器等技術來實時監測變電站運行設備，不僅符合國家電網公司對于變電站智能化建設需求，在電力系統變電站普遍實行無人值班的新的體制下，本方案做到了在線監測，極大地減少變電站巡視的人力物力；同時能在第一時間發現和確定發熱點位置，準確地處理隱患，避免事故的發生，提高供電可靠性，保證電力系統安全運行。

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