电力设备的智能无线温度检测系统

葛雄峰 彭惠泽 于本成

摘要：在长期工作中，由于设备基础变化、温湿度变化、严重超负荷运行、触点氧化等原因造成的电力设备压接不紧，触头接触部分发生改变。最终导致接触电阻增大，造成巨大的风险隐患。本系统将通过无线测温的方式，使用ZigBee无线通信技术，对电力设备的异常信息进行采集和反馈，保障设备的安全运行。

关键词：无线测温;ZigBee;谐振器;传感器

中图分类号： TP393        文献标识码：A

文章编号：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

在電网进行供电时，主要由电力一次设备完成对各个电压等级的负荷进行电力输送，电力设备连接部位，由于气候冷热变化、设备基础变化、加工工艺、设备受到环境污染，严重超负荷运行、触点氧化等原因造成压接不紧、压力不够、触头接触部分发生变化、最终导致接触电阻增大，由于电力运行中，运行状况相当复杂，在一定时候，当一次设备发生故障时，电气参数不能如实反映设备运行时的故障状况和故障点，在电流通过时，温度升高，从而引起设备老化，绝缘下降。严重的还能触发电弧短路，烧坏设备，扩大设备损坏范围，降低设备使用寿命[1]。在这种情况下，随着时间的推移，故障状况不能得到处理，故障情况将会越来越严重。甚至容易引起一次设备起火爆炸，最终可能造成重大电力事故。尤其是活动刀闸的动、静触头部分更加严重[2]，故障率高，这些都时时刻刻威胁电力设备的安全运行。

1 研究目标及主要内容

发电厂、变电站的高压开关柜是重要的电器设备[3]。在设备长期运行过程中，开关柜中的触点和母线排连接处等部位因老化或接触电阻过大而发热，而这些发热部位的温度无法实时监测，因此极易导致设备烧毁或突然停电等事故。通过监测开关柜内触点温度的运行情况，可有效防止开关柜的火灾发生[4]。但由于柜内具有裸露高压，且空间狭小，无法进行人工巡查测温，通常的温度测量方法不能使用。智能无线温度监测系统采用布置在各个触点的温度传感器将温度信号通过无线信号传输[5]。由于利用了无线信号固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能，并具有极高的可靠性和安全性[6]。因此从根本上解决了高压开关柜内触点运行温度及柜内环境温度不易监测的难题。我们计划智能无线温度监测系统可以根本上解决这一难题。

2 创新特色概述

1）本项目研究的核心无线通信模块，既要保证温度信号从开关柜发送出来，又要使发送的无线信号不影响现场其他保护设备。如何保证产品在强磁场和强电场下把测温信号准确无误发送出来[7]，以保证监测系统可以准确地反应设备的实时温度。和在不方便提供电源的地方如何解决产品电源供电的问题是我们的核心所在[8]。

终端节点通过杜邦线连接了温湿度传感器、烟雾传感器。传感器采集到的数据经过信号处理电路后接到CC2530引脚，CC2530通过射频天线发送给路由节点。

3 项目研究技术路线

由于现代的建筑设计越来越复杂，为了使整个系统可靠性得到保证，所以节点的数量和密度应该越大越好。因此，操作简单、维护方便的通信网络才是理想的选择。传感器节点在被布置后，应该能够自组织网络，有效传递采集到的信息[9]。本系统预选用 ZigBee 技术来组建系统的无线传感网络，本系统预采用以下方法实现系统功能：

1）无线温度采集终端对于温度的采集。

2）对采集到的数据进行压缩提高传输速率并适合无线传输。

3）在强电干扰下实现保证数据的无线传输质量。

4）采集终端本身电源的提供。

5）温度采集终端的设计。

6）电子技术、计算机技术在系统中的处理，升级。

7）对导热系统反馈信息进行更好的人机交互体验。

8）温度达到预警时历史信息的备份记录。

9）系统对温度信息的处理在规范要求的时间内做出及时响应。

10）硬件部分标准化，模块易于更换购买。

4 系统整体设计

系统将主要采用ZigBee无线通信技术，结合CC2530开发板，无须布线。将烟雾传感器、温湿度传感器和蜂鸣器连接到CC2530开发板上[10]，作为采集信息的终端节点。将终端节点安装在电力设备上，通过这些传感器对环境进行监测，并把采集到的信息通过ZigBee射频模块通过无线发送到路由器节点，路由器节点再将数据进行初步的整理后发送给协调器节点，协调器节点通过USB接口与监控主机相连，在对终端节点传输过来的信息进行初步转换后传送给监控主机的上位机[11]。而在对接收到的数据进行判断后，若是满足条件，将会通过监控主机和蜂鸣器实现报警，以此通知管理人员及时处理。

系统将解决了传统温度自动报警系统布线难、后期维护复杂、误报率高、一些特殊场合不适用等一系列问题。同时，系统网络配套编有相应上位机软件，其人性化设计便于操作人员对全网进行监控[10]。系统完成的最主要的任务是对环境中温湿度、烟雾的监控。只要系统监控区域中节点测量到某一项指标的值超出上位机设定的门限值后即触发报警[12]。上位机接收并处理相应数据。我们对此系统的整体框图预想如下：

5小结

综上所述，鉴于对以上所介绍的无线组网技术的比较，ZigBee以其独有的特点表明它更适合于在現代建筑中进行无线网络组建。本系统预选用 ZigBee 技术来组建系统的无线传感网络[14]，各种温度条件下进行有效的测量，反映了本系统构成方式具备很强的可操作性。本系统采用的电路结构更简洁，硬件成本更低，操作也更灵活，可实现对电力设备的关键点进行测温[1]。

参考文献：

[1] 于本成， 许小媛. 无源无线温度传感系统的设计及优化[J]. 电脑知识与技术， 2015（1X）：253-255.

[2] 张明， 赵宇驰， 李军，等. 高压电力设备热点温度在线监测系统及其应用[J]. 陕西电力， 2010， 38（7）：35-39.

[3] 姚晓林， 苏彦洁. 开关柜无线测温技术的优势及应用[J]. 科技视界， 2013（35）：322-322.

[4] 张雁， 赵勇， 白文亮， et al. 基于ZigBee无线技术的开关柜温度监测系统[J]. 电气开关， 2011， 49（1）：37-41.

[5] 张志军. DWJ-2000H（T）智能无线温度监测系统在电力设备中的应用[D]. 合肥工业大学， 2008.

[6] 张振国. 高压开关柜温度在线监测系统设计[D]. 太原理工大学， 2013.

[7] 张继东. 开关柜温度检测系统[J]. 内蒙古石油化工， 2011， 37（24）：81-83.

[8] 张巧芬. 变电站设备温度无线监测系统设计与实现[D]. 大连海事大学， 2011.

[9] 于本成， 许小媛. 应用于电力设备的智能无线温度预警系统[J]. 软件工程， 2016， 19（2）：33-34.

[10] 刘静， 赵望达. 基于ZigBee技术的火灾报警系统设计[J]. 单片机与嵌入式系统应用， 2007， 7（1）：56-58.

[11] 李琳. 基于ZigBee的分布式低功耗温度检测系统研究[D]. 青岛大学， 2012.

[12] 赵明. 基于ZigBee的无线楼宇火灾监测网络设计[D]. 华中科技大学， 2008.

[13] 安康， 张慧熙， 王李冬，等. 基于ZigBee技术的多节点设备无线物联自组网设计[J]. 微型机与应用， 2014， 33（8）：51-

[14] 张艺. 基于ZigBee的无线组网技术的研究与实现[D]. 上海大学，2009.

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