電力設備的智能無線溫度檢測系統

葛雄峰 彭惠澤 于本成

摘要：在長期工作中，由于設備基礎變化、溫濕度變化、嚴重超負荷運行、觸點氧化等原因造成的電力設備壓接不緊，觸頭接觸部分發生改變。最終導致接觸電阻增大，造成巨大的風險隱患。本系統將通過無線測溫的方式，使用ZigBee無線通信技術，對電力設備的異常信息進行采集和反饋，保障設備的安全運行。

關鍵詞：無線測溫;ZigBee;諧振器;傳感器

中圖分類號： TP393? ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）19-0235-02

Abstract：In the long-term work， because of the change of equipment foundation， temperature and humidity， serious overload operation， contact oxidation and other reasons， the pressure of power equipment is not tight， and the contact part changes. Ultimately， the contact resistance increases， causing huge risks. This system will use ZigBee wireless communication technology to collect and feedback abnormal information of power equipment through wireless temperature measurement to ensure the safe operation of equipment.

Key words： wireless temperature measurement; ZigBee; resonator; sensor

在電網進行供電時，主要由電力一次設備完成對各個電壓等級的負荷進行電力輸送，電力設備連接部位，由于氣候冷熱變化、設備基礎變化、加工工藝、設備受到環境污染，嚴重超負荷運行、觸點氧化等原因造成壓接不緊、壓力不夠、觸頭接觸部分發生變化、最終導致接觸電阻增大，由于電力運行中，運行狀況相當復雜，在一定時候，當一次設備發生故障時，電氣參數不能如實反映設備運行時的故障狀況和故障點，在電流通過時，溫度升高，從而引起設備老化，絕緣下降。嚴重的還能觸發電弧短路，燒壞設備，擴大設備損壞范圍，降低設備使用壽命[1]。在這種情況下，隨著時間的推移，故障狀況不能得到處理，故障情況將會越來越嚴重。甚至容易引起一次設備起火爆炸，最終可能造成重大電力事故。尤其是活動刀閘的動、靜觸頭部分更加嚴重[2]，故障率高，這些都時時刻刻威脅電力設備的安全運行。

1 研究目標及主要內容

發電廠、變電站的高壓開關柜是重要的電器設備[3]。在設備長期運行過程中，開關柜中的觸點和母線排連接處等部位因老化或接觸電阻過大而發熱，而這些發熱部位的溫度無法實時監測，因此極易導致設備燒毀或突然停電等事故。通過監測開關柜內觸點溫度的運行情況，可有效防止開關柜的火災發生[4]。但由于柜內具有裸露高壓，且空間狹小，無法進行人工巡查測溫，通常的溫度測量方法不能使用。智能無線溫度監測系統采用布置在各個觸點的溫度傳感器將溫度信號通過無線信號傳輸[5]。由于利用了無線信號固有的絕緣性和抗電磁場干擾性能，并具有極高的可靠性和安全性[6]。因此從根本上解決了高壓開關柜內觸點運行溫度及柜內環境溫度不易監測的難題。我們計劃智能無線溫度監測系統可以根本上解決這一難題。

2 創新特色概述

1）本項目研究的核心無線通信模塊，既要保證溫度信號從開關柜發送出來，又要使發送的無線信號不影響現場其他保護設備。如何保證產品在強磁場和強電場下把測溫信號準確無誤發送出來[7]，以保證監測系統可以準確地反應設備的實時溫度。和在不方便提供電源的地方如何解決產品電源供電的問題是我們的核心所在[8]。

終端節點通過杜邦線連接了溫濕度傳感器、煙霧傳感器。傳感器采集到的數據經過信號處理電路后接到CC2530引腳，CC2530通過射頻天線發送給路由節點。

3 項目研究技術路線

由于現代的建筑設計越來越復雜，為了使整個系統可靠性得到保證，所以節點的數量和密度應該越大越好。因此，操作簡單、維護方便的通信網絡才是理想的選擇。傳感器節點在被布置后，應該能夠自組織網絡，有效傳遞采集到的信息[9]。本系統預選用 ZigBee 技術來組建系統的無線傳感網絡，本系統預采用以下方法實現系統功能：

1）無線溫度采集終端對于溫度的采集。

2）對采集到的數據進行壓縮提高傳輸速率并適合無線傳輸。

3）在強電干擾下實現保證數據的無線傳輸質量。

4）采集終端本身電源的提供。

5）溫度采集終端的設計。

6）電子技術、計算機技術在系統中的處理，升級。

7）對導熱系統反饋信息進行更好的人機交互體驗。

8）溫度達到預警時歷史信息的備份記錄。

9）系統對溫度信息的處理在規范要求的時間內做出及時響應。

10）硬件部分標準化，模塊易于更換購買。

4 系統整體設計

系統將主要采用ZigBee無線通信技術，結合CC2530開發板，無須布線。將煙霧傳感器、溫濕度傳感器和蜂鳴器連接到CC2530開發板上[10]，作為采集信息的終端節點。將終端節點安裝在電力設備上，通過這些傳感器對環境進行監測，并把采集到的信息通過ZigBee射頻模塊通過無線發送到路由器節點，路由器節點再將數據進行初步的整理后發送給協調器節點，協調器節點通過USB接口與監控主機相連，在對終端節點傳輸過來的信息進行初步轉換后傳送給監控主機的上位機[11]。而在對接收到的數據進行判斷后，若是滿足條件，將會通過監控主機和蜂鳴器實現報警，以此通知管理人員及時處理。

系統將解決了傳統溫度自動報警系統布線難、后期維護復雜、誤報率高、一些特殊場合不適用等一系列問題。同時，系統網絡配套編有相應上位機軟件，其人性化設計便于操作人員對全網進行監控[10]。系統完成的最主要的任務是對環境中溫濕度、煙霧的監控。只要系統監控區域中節點測量到某一項指標的值超出上位機設定的門限值后即觸發報警[12]。上位機接收并處理相應數據。我們對此系統的整體框圖預想如下：

5小結

綜上所述，鑒于對以上所介紹的無線組網技術的比較，ZigBee以其獨有的特點表明它更適合于在現代建筑中進行無線網絡組建。本系統預選用 ZigBee 技術來組建系統的無線傳感網絡[14]，各種溫度條件下進行有效的測量，反映了本系統構成方式具備很強的可操作性。本系統采用的電路結構更簡潔，硬件成本更低，操作也更靈活，可實現對電力設備的關鍵點進行測溫[1]。

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【通聯編輯：唐一東】