基于无线传感器的电缆沟除湿技术研究

周建勇 高峻 黄国华 孙伟 邱闫

摘要：配电室电缆沟的除湿技术一直都是电力运维工作所思考的重要内容，由于配电室需要对较大范围地区内进行配电输电，所以电缆数量非常多，也就使得电缆沟数量多，面积大，而为了减少电缆之间的相互影响，电缆沟的排布也相对分散，这就使得电缆沟的湿度和温度存在一定的差异，在温度较低，湿度较高的电缆沟中，水蒸气受到物理作用影响，会缓慢凝结成水珠，这会直接引起配电室暴露在外的金属开关等出现短路，引发事故，另一方面，凝露被电离成氢、氧离子，又会对电缆的绝缘保护层造成侵蚀，所以需要对电缆沟进行除湿。本文研究了基于无线传感器的电缆沟除湿技术，主要是利用ZigBee通信协议，通过无线传感器收集电缆沟的温度湿度信息，然后使用变频技术控制冷凝压缩机，实现 PI 除湿控制算法，确保电缆沟的高效除湿。

关键词：无线传感器;电缆沟;除湿技术

引言

配电室是电力系统的重要组成部分，负责整个地区的电力配置和调节，而电缆沟作为配电室功能实现的基础内容之一，对其进行严格的管理控制，防止其出现损毁侵蚀是电力运维工作中具有重大意义的工作。其中，电缆沟除湿就是一项基础但是作用明显的措施。电缆沟由于大多位于地下，所处环境中的空气湿度更高，温度更低，所以空气中的水蒸气也就更加容易凝结成为小露珠，尽管电缆外部有绝缘层包裹，不会因为露珠出现电路短路的问题，但是对于电缆暴露在外的金属开关部分，露珠就有导致其短路的风险，再加上电缆的尖端放电效应，使得露珠被电离成为氢氧离子，而氢氧离子在高压电的环境下，能够逐渐腐蚀电缆的绝缘层，造成电缆损坏，出现短路或者接地等情况，严重影响到用电安全和电力资源管理。所以利用无线传感器构建湿度、温度感应系统，然后利用变频冷凝压缩机进行除湿，进而保障电缆沟的湿度处于合理的范围，就是一种非常有价值的技术。而zigbee通信协议是一种短距离无线传输中成本低，耗能低，效率高，可接入网点多的协议，非常适合于电缆沟除湿的无线控制，利用zigbee协议，能够实现电缆沟除湿的自动化和数字化管理。

1.国内除湿研究现状

国内常用的除湿技术包括：吸收式除湿、吸附式除湿及冷却式除湿三种，其基本的原理是吸收水分，吸附小水珠和冷却之后排出。在除湿技术的应用领域方面，主要用于建筑室内除湿降温，食品生产过程除湿灭菌和车间生产除湿，空气中的湿度过高不仅会给人造成闷热，潮湿的不良感受，还会对电路，金属物品造成影响，所以除湿技术在国内的应用还比较广泛，而对于电缆沟除湿，国内的研究成果相对较少，在中国知网上以“电缆沟除湿”为关键词，一共搜索到33篇相关的文献，其中学术期刊类29篇，学位论文1篇，其他类型3篇，这说明国内对于电缆沟除湿技术的研究还处于不够成熟的阶段，这也是本研究的主要研究意义之一。

2.除湿方法的选择

通过对国内常用的除湿技术进行筛选分析，结合电缆沟的实际环境情况，充分研究了国内外常用除湿技术在电缆沟除湿中的可行性和成本，以及除湿效率，最后选择了既可以产生干燥热空气，又可以产生干燥冷空气的除湿方法。能够产生干燥热空气的选择原因是，当电缆沟的温度较低时，水蒸气凝结成小水珠的概率就会增大，而通过加热空气，一来可以促进电缆沟水分的蒸发，二来可以稀释空气中的水蒸气含量。当电缆沟的温度和湿度较高时，则采用产生干燥冷空气的方法来除湿，适当降低环境温度能够减少水分子的电离，避免腐蚀电缆外壳，而且温度高的时候，分子热运动加剧，外界的水蒸气更容易进入到电缆沟中，所以需要适当降低环境温度。因此选择这个电缆沟除湿的方法，并且这个方法的成本比较低，只需要鼓风机和压缩机和冷凝机就可以实现，跟一般的家用空调系统是相似的，除湿的效率很高，能够达到快速除湿的目的。

3.系统总体结构设计

采用上述的电缆沟除湿方法，打造 无线除湿技术，需要先对整个技术的总体结构进行设计。该技术一共分为信息采集层，信息分析层和除湿操作层三个主要层级。此外，还分为主站和两个从站，主站负责信息的分析处理，并且控制两个从站进行采集工作与除湿工作，起着主导作用，主站的包括主机、接收器和计算机处理系统。从站分为A、B两个从站，各自负责一定区域内的除湿和信息采集，以提高电缆沟除湿的效率。在信息采集层，利用无线传感器设备采集电缆沟的湿度和温度信息，然后利用zigbee协议传输到主站接收器上，信息采集层的采集指令由主站主机下达，采集工作由从站的设备完成。信息分析层主要是主站的工作，利用采集层采集到的信息，结合计算机算法与大数据数据库，对电缆沟的空气湿度和温度进行评估，判断需要采用何种强度的除湿。信息分析层不仅仅要分析采集到的信息，同时还需要根据以往的采集经验，确定信息采集的频率和方式，确定除湿的强度和持续时间，分析并计算一次除湿之后能够保持多长时间适宜的电缆沟空气湿度，信息分析层是整个除湿系统的核心。除湿操作层也是布置在从站上的，是具体开展除湿工作的系统。当主站主机下达了除湿指令之后，操作层的设备即开始除湿作业，具体使用热空气还是冷空气由主站决定，除湿时长和强度也由主站决定。操作层只是简单的机械操作，负责执行主站发出的指令。

4.硬件系统设计

本研究设计的电缆沟除湿技术所使用的硬件主要包括若干个无线传感器，使用DHT11传感器，因为其具有温湿度一体的效用，并且是数字传感器，方便进行信息的无线传输。接收器采用市场上常规的无线传感器接收器即可，本次使用的是KNW307P001-ZPK，其接收能力较强，抗干扰能力强，功能稳定。zigbee模块元件，采用CCS2530元件，能够支撑电缆沟除湿技术的传输距离和传输效率需求。除湿器，除湿器是本系统的核心组件之一，需要选用质量好，除湿能力强，能耗较低的类型，本次选用的是YNEN-CS3除湿器，需要两台以上，建设在从站的除湿板块。节点控制器系统，采用西门子PLC系统，主站使用主站 S7-200 smart sr30+ZigBee 协调器节点。此外，硬件系统还包括SMART700IEV3的触摸屏，用于主站操作除湿器，在从站也可以建设，可以直接不经过主站控制除湿器。还有ASD16的水浸传感器，放置在电缆沟内，检测电缆沟的湿度是否合理。

对于这些硬件设备，主要分为四个大板块进行设计和安置。即主站板块，zigbee板块，除湿板块和温湿度板块，主站板块主要使用西门子PLC系统的主机，触摸屏等设备，负责处理信息和下达指令，对整个除湿系统进行直接控制。zigbee板块主要就是使用zigbee模块元件，安装模块之后才能够利用zigbee协议进行无线传输。温湿度板块则使用温湿度传感器，采集电缆沟的温湿度信息数据。除湿板块使用除湿器，也可以选择安装触摸屏，通过PLC系统可以将除湿器直接和从站触摸屏进行连接，这样就可以直接在从站控制除湿器，能够节省一定的时间。

5.软件系统设计

软件系统的设计路径如下图所示，最主要的软件内容就是zigbee协议的安装和应用，当前市面上有很多相关的软件可以使用，所以软件系统建设相对简单。软件系统需要实现的功能主要包括操控传感器采集信息，对传感器采集的信息进行分析和计算，根据计算结果对除湿器发出指令，控制除湿器工作，进行电缆沟的除湿。控制传感器采集信息主要通过zigbee协议实现，而对采集的信息进行分析计算通过计算机算法实现，具体的算法根据所采用的软件不同会有所不同。而对于除湿器的控制也是通過zigbee协议和PLC控制系统实现的，搭建软件系统主要是在主站主机上进行相关内容的设置。

6.测试结果

对该电缆沟除湿技术进行测试，选择在相对湿度为70，温度为32度时进行测试，设定除湿之后的温度为28度，相对湿度为40，最终，测试发现，在起始条件下除湿到设定值所需要的时间为半个小时，测试结果符合预期，说明本电缆沟除湿技术满足实际的需求。

参考文献：

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