浅谈电力设备智能无线温度检测系统

安科瑞 华楠

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。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

0 引言

在电网进行供电时，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，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。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。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。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。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

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，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。

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。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，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。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。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。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:

系统将由各节点共同组成的 ZigBee 网络和监控 PC 机组成，安置在设备旁的各终端节点采集的数据由协调器节点汇聚并通过其串口传输给 PC 机进而供值班人员监视。我们对此

系统结构的设计框图如图3所示：

5 安科瑞无线测温系统介绍与选型

安科瑞无线测温监控系统是根据当前无线测温系统的要求，在广泛征求用户和家意见的基础上,充分吸收当前国内外厂家的成功案例，并结合安科瑞多年来的丰富经验，采用面向对象的分层分布式设计思想，结合自动化技术、计算机技术、网络技术、通信技术而设计的一款专业的无线测温软件。

5.1 Acrel-2000T无线测温系统结构

Acrel-2000T无线测温监控系统通过RS485总线或以太网与间隔层的设备直接进行通信（如图4），系统设计遵循国际标准Modbus-RTU, Modbus TCP等传输规约，安全性、可靠性和开放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T无线测温监控系统具有遥信、遥测、遥控、遥调、遥设、事件报警、曲线、棒图、报表和用户管理功能。可以监控无线测温系统的设备运行状况，实现快速报警响应，预防严重故障发生。

Acrel-2000T无线测温监控系统主要特点是开放式系统结构，硬件兼容性强，软件移植性好，应用功能丰富。该系统具有强大的处理能力，快速的事件响应，友好的人机界面，方便的扩充手段。其软件系统的设计依据软件工程的设计规范,模块划分合理，接口简捷明了，主要包括主控模块、人机界面、图形组态、数据库管理系统、通信管理等几大模块。

5.2 Acrel-2000T无线测温系统功能

■实时监测

Acrel-2000T无线测温监控软件人机界面友好，能够以配电一次图的形式直观显示各测温节点的温度数据及有关故障、告警等信息

■温度查询

温度历史曲线（1分钟、5分钟、60分钟可选）

■运行报表

查询各回路设备运行溫度报表.

■实时报警

壁挂式无线测温监控设备具有实时报警功能，设备能够对温度越限等事件发出告警。

■设备提供以下凡种告警方式：

a.弹岀事件报驚窗口.

b.实时语音报警功能，能够对所有事件发出语音告警.

C.短信吿警，可以向指定手机号码发送吿警信息短信（需选配短信猫）.

■历史告警査询

Acrel-2000T无线测温监控系统能够对所有吿警事件记录进行存储和管理，方便用户对系统和告警等事件进行历史追溯，查询统计、事故分析。

■用户权限管理

Acrel-2000T无线测温监控系统为保障系统安全稳定运行，设置了用户权限管理功能。

通过用户权限管理能够防止未经授权的操作（如数据库修改等）。可以定义不同级别用户的 登录名、密码及操作权限，为系统运行、维护、管理提供可靠的安全保障。

■定值设置

用于修改高温定值、超温定值。

■WEB（可选）

展示页面显示变电站数量、变压器数量、监测点位数量等概况信息， 设备温度、通信状态，用电分析和事件记录。首页显示场站的变压器数量、回路个数、有功功率、无功功率、用电量、事件记录等概况信息，可通过实时监控、变压器、通信模块切换到需要查看的界面。

实时数据曲线可监测各个回路的测点温度、电压、电流、功率曲线信息。

接线图页面通过一次图实时反映电气参数变化，包括测量量、信号量等信息（信号量 需要断路器提供辅助触点支持）。

能耗统计页面显示各回路的功率峰值和用电量峰值，功率、电能趋势曲线，电能环比，用电排名。

运维管理\通信状态显示监测接入系统设备的通信状态。

■手机APP（可选）

设备数据员面显示各设备的电參量数据、温度数据以及曲线。

5.3 安科瑞ARTM系列无线测温终端产品选型

安科瑞电气接点无线测温方案由无线温度传感器、收发器、显示单元组成。温度传感器直接安装于断路器动触头、静触头、电缆接头、母排等发热接点，将测温数据通过无线射频技术传至接收装置，再由接收器485通讯至测温终端或无线测温系统（如图5）。

5.3.1 安科瑞无线温度传感器

无线温度传感器共有5种，分别对应螺栓固定、表带固定、扎带捆绑、合金片固定等安装方式。针对不同的变电站要求，可根据传感器供电方式以及安装位置的不同，考虑安装方便的因素，选择相匹配的传感器。

5.3.2 安科瑞无线收发器

无线测温收发器共有3种，通过无线射频方式接收温度数据。收发器根据不同的传感器型号进行匹配，同时传感器的传输距离决定接收装置能否多柜接收。

5.3.3 安科瑞显示终端

显示装置通过RS485连接收发器，可嵌入式安装于柜体上，若柜体开孔不便，也可选择壁挂式安装于配电室内。方便操作人员现场及时查看电气节点实时温度的同时，也可以通过RS485或以太网通讯的方式在后台系统查看现场情况。

6 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现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，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。

【参考文献】

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

[2]葛雄峰,彭惠泽,于本成.电力设备的智能无线温度检测系统.

[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.