无线测温系统（共7篇）
无线测温系统 篇1
1引言
在电力系统中,高压开关柜作为一个极为重要的电气设备,在电力系统中起着非常重要的作用,因此,在对安全性要求极高的电力系统中需要严格监控高压开关柜的工作状态,其中对高压开关柜内触头的温度监控就是一项极为重要的工作,触头作为母线与断路器的交接点,本身接触电阻比较大,在大电压,大电流的情况下容易老化而发热,对柜内的部件造成损伤,缩短开关柜的使用寿命,严重的情况会造成器件击穿,造成火灾等严重事故。本文结合电力系统的实际需求,提出一种适用于电力系统的物联网无线测温集中采集的方案。
2系统原理
电力系统中物联网无线测温系统原理框图［1］如图1所示。
( 1) 测温节点
测温节点包括温度传感器,处理单元,通信单元,电源部分。处理单元采集温度传感器的温度,然后通过通讯单元将温度数据发送出去,由于测温节点必须具备体积小,功耗低,易于安装,使用多种环境的特点,所以电源部分使用电池供电。
( 2) 终端采集器
一台终端采集器负责采集多路测温节点,可以是3路,6路或9路,测温节点的发送频点必须与相应的终端采集器的接收频点保持一致,不同的终端采集器使用不同的频点来区别,以免发生频率碰撞。
( 3) 中间件
该系统的中间件实现485总线转以太网的功能,对于小型的测温网络,比如只有几套终端采集器,那么中间件可以使用简单的单路485转以太网接口转化器+ 工业路由器实现; 如果是大型的测温网络,上位机监控软件需要比较多的终端采集器,那么中间件可以使用通讯管理机。
( 4) 上位机监控
上位机通过以太网与中间件连接,使用MODB- US - RTU协议与终端采集器进行数据交换,在上位机上运行监控软件实现所有温度节点的实时温度显示,同时实现温度上限下限的设置,报警,事件记录, 终端采集器的配置,温度数据月统计及相关报表显示等等。
3测温节点模块设计
测温节点模块原理框图［1］如图2所示,处理单元采用NEC单片机,因为NEC单片机具有优良的低功耗特性; 通信单元采用2. 4G频段的NRF24L01,该芯片支持点对点,点对多点的数据通讯,在同一个频段下运行1个接收对6个发送,同时在通讯协议中人为添加节点的ID,可以扩展更多的多点通讯; 电源部分采用3. 6V工业级电池供电,电能为1200m A/h。
单片机通过自带的AD对温度传感器进行AD采集,然后经过计算转换成温度值后,将温度送入射频芯片NRF24L01发送出去,为了满足超低功耗的需求,单片机每隔1分钟进行一次温度采集和发送, 其他时间处于休眠状态,在温度采集和发送的过程中,单片机先采集温度,然后唤醒射频芯片,将温度值送入NRF24L01后发送,之后单片机向NRF24L01发送休眠命令,使得射频芯片进入休眠状态,之后单片机自身进入休眠状态,2分钟后由内部定时器唤醒单片机进行下一次的温度采集和发送。
4终端采集器和中间件设计
终端采集器原理框图［2］如图3所示,单片机处理NRF24L01射频芯片接收温度节点发送过来的温度,将温度显示到液晶屏幕上,同时将温度数据存储到EEPROM芯片内,单片机的串口经过485转换模块转换成485总线的数据,经过中间件与上位机进行基于MODBUS协议的数据通讯。终端采集器直接由220V交流电经过220V转双5V电源模块提供2个5V电源,分别提供给单片机系统和485转换模块,同时终端采集器包括键盘,液晶显示,万年历配置与显示,EEPROM数据存储等功能的实现。
中间件的作用是将所有终端采集器的485总线连接到以太网内,实现上位机监控软件与终端采集器的无缝联接,中间件的原理框图如图4所示,在实际应用中,485以太网转换器和工业以太网交换机都是属于价格合理的成熟产品,可以直接使用现成的产品,这里重点描述的是网络的搭建方法。
5上位机监控软件
上位机监控软件［3］等效于整个无线测温监控系统的温度集中采集器,安装在电力的监控室内,监控人员在上位机上通过监控软件完成对所有温度节点的实时温度监控,同时实现温度过高报警,温度实时图表显示,报警历史事件查询,下位机故障检测等功能。上位机实时监控界面如图5所示。
6实物组网图
如图6所示,使用串口服务器作为中间件,由6套下位机无线温度采集终端组成的高压开关柜无线测温小心组网系统实物图。
7结语
在智能变电站的应用中,运用无线组网测温系统,可以可靠稳定的对变电站发热频发的设备进行温度监控,减少巡视人员的巡视次数,提高智能电网的安全性能,同时设备投资小,维护简单,对变电站的设备安全运行没有任何影响,随着国家智能电网的发展,该系统应用前景广阔。
摘要：该文叙述了一种以2.4G射频技术实现单个温度节点的温度数据传输。以485总线实现单个终端的温度数据传输,以以太网技术实现所有终端与上位机进行数据传输的高压开关无线柜测温系统,该系统是一套完整的温度采集与监控系统,其中包括无线温度采集节点,无线温度接收终端,中间件,温度集中采集器或上位机监控软件。
关键词：MCU,485总线,以太网
电力线路无线测温系统下位机设计 篇2
近年来,电力系统火灾事故发生的一个重要原因是一些温度监测系统可靠性不高、功能不够完善,不能在事故发生前提供及时准确的预警。因此,对电厂或变电站的电力设施进行实时可靠的监控是十分重要和必要的。目前国内外对电力系统设备的温度监测主要采用光纤光栅、红外、示温记录卷标等测温方法,但它们有的传输距离有限,有的实时性差,效果都不理想。电力线路无线测温系统下位机设计采用了无线数据传输的方式克服了上述缺点,并采用单片机完成数据采集、数据处理等任务。合理的系统设计方案使得巡回监测周期缩短为1分钟左右,为PC机做出实时报警提供了保证。
1 电力线路无线测温系统整体设计
1.1 系统功能
电力线路无线测温系统主要运用于变电站高压隔离开关的温度监测。用户通过终端显示屏就可以了解各个高压隔离开关的温度变化情况,保障电力系统的正常运行。该系统通过对开关触头温度数据的及时采集、分析和处理,实现了对高压隔离开关运行状态的实时监测,并通过PC机显示器或液晶显示模块对运行中的电力设备各个测点的温度进行在线监测,为管理和技术人员提供了决策服务和技术支持。
1.2 系统整体结构设计方案
系统的结构框图如图1所示。该系统由三部分组成:电力线监测装置(下位机),数据收集装置(上位机),数据分析处理装置(PC机)。
电力线监测装置实时地采集温度值,然后打包,并通过无线收发系统发送给数据收集装置。数据收集装置收到信号后解包还原温度值并传给PC机。如果PC机停止工作,暂时不能上传时,数据收集装置会把温度数据暂时存入存储器中,等待PC机恢复工作后再继续传输数据。
电力系统中存在着强电磁干扰,这对无线数据传输有很大影响,为此在本设计中使用了重复码等差错控制技术解决了这一难点。
2 电力线路无线测温系统下位机总体框图
本设计主要完成下位机硬件设计。其硬件系统如图2所示。
2.1 单片机电路
本系统选用Luminary公司的Cotex-M3[1]内核单片机LM3S1138[2]。它是一种低功耗、低成本的32位单片机。其片内具有四个通用定时器模块,速率为1Mbps的10位AD、64K的FLASH、16KB单周期访问的SRAM。
2.2 无线收发电路设计
2.2.1 三线制串行配置接口
CC1000[3]很容易和市面上的任何单片机的接口进行连接,它只需要单片机有足够的空闲I/O口。配置CC1000的内部寄存器需要通过三线制串行接口(PCLK、PDATA和PALE)。三根信号线和单片机的I/O口相连。其中PDATA必须接双向I/O口,用来读写数据。
2.2.2 收发数据接口
由DIO和DCLK口组成。DIO是双向数据线,DCLK提供数据发送和数据接收的同步时钟。
2.2.3 射频输入/输出匹配电路
外围无源元件和内部T/R转换开关组成的电路确保在接收和发射模式下输入/输出都能匹配。不同工作频率下的元器件参数值可以用TI公司提供的配置软件SmartRF Studio计算出来。
2.3 射频功率放大电路设计
本设计中选用了高性能的射频功率放大芯片TSH690。
2.4 微波转换电路设计
本电路中射频信号的收发共用一根天线,因此电路中增加了微波转换电路。
3 电力线路无线测温系统下位机软件设计
下位机软件部分主要由睡眠计算程序、数据编码程序、数据解码程序、数据发送程序、初始化程序、数据收发中断处理程序、主程序组成。所有程序基于C语言[4]在IAR Embedded Workbench for ARM[5]集成开发环境下完成的。下位机主程序设计如图3所示。
3.1 睡眠计算程序设计
由于下位机的核心问题在于降低功耗,所以睡眠程序设计要配合硬件实现最大的电能节省。睡眠程序包括初始睡眠计算程序和循环睡眠计算程序。
3.2 编码程序设计
数据编码过程如下:
3.3 解码程序设计
假设接收端收到受干扰的5次重复编码分别为A、B、C、D、E,纠错后的结果为F。从5个字节中任意取出3个字节,共有10种组合方式。将每种组合的3个字节按位“与”,再将“与”的结果按位“或”就可以得到纠错后的结果F。其逻辑算式表达式如式(1)。
接收端将收到的数据按式(1)进行纠错,然后再进行解码。
3.4 初始化程序设计
初始化程序的主要任务是上电后对单片机和CC1000的内部功能寄存器设置初值。
3.5 收发中断处理程序设计
本设计中CC1000的数据收发模式选用同步曼彻斯特码模式模式。CC1000的DCLK引脚接到单片机的PA2引脚上,在收发数据时DCLK根据设定的波特率输出相应频率的同步脉冲。DCLK脉冲在下降沿时触发单片机的PD口中断,单片机进入中断后要对发送或接收的数据进行处理。
3.6 CC1000三线制串口接口程序设计
CC1000可通过简单的三线制串行接口(PDATA、PCLK和PALE)进行编程。内部有28个8位配置寄存器,均由7位地址寻址。在读或写的操作前有一个读/写位。
3.7 看门狗程序设计
为了防止程序进入死循环或者跑飞,系统中启用了LM3S1138的看门狗功能。在初始化程序中设置了看门狗的定时时间。在程序中需要不断的给看门狗计数器清零。当看门狗计数器溢出时,就认为程序已经跑飞或者进入了死循环,于是系统复位,使CPU恢复正常运行状态。在初始睡眠计算程序中,看门狗设置为关闭状态以支持超低功耗应用。
4 结论
本文给出了基于Cortex-M3内核单片机和CC1000无线模块的电力线路无线测温系统的设计,很大的提高了测温系统的检测距离和实时性,为电力系统的稳定运行提高了可靠
摘要：给出了基于Cortex-M3内核单片机和CC1000无线模块的电力线路无线测温系统的设计,证明其能大大提高测温系统的检测距离和实时性,为电力系统的稳定运行提供了可靠的保证。
关键词：电力线路,无线测温系统,下位机设计
参考文献
[1]Joseph Yiu.ARM Cortex-M3权威指南[M].北京:北京航空航天大学,2009.
[2]Luminary Micro.LM3S1138Microcontroller Data Sheet[OL].[2008-10-16].www.lumina-rymicro.com
[3]Texas Instruments.CC1000 Data Sheet[OL].[2007-3-3].www.ti.com
[4]Brian W.Kernighan,Dennis M.Ritchie.C程序设计语言[M].北京:机械工业出版社,2008.
无线测温技术在供电系统中的应用 篇3
一、供电系统存在的问题
通过对大量电力事故的统计分析, 引起供电设备故障的直接原因主要是各种高低压开关柜内部触头, 变压器、母排、电缆的接头等, 因制作质量不良、压接不紧、材质老化、接触电阻增大, 在负荷增加时出现接头过热、甚至烧穿。接头的质量好坏, 只能在运行中发现, 而且运行时间越长越容易发生过热烧穿事故。为了对这些容易发热的触头、接头、电力设备进行跟踪监控, 兴隆庄煤矿35kV变电所安装了无线测温预警系统, 即在每个需要监测的点上各安装一个温度传感器, 温度传感器把采到的温度转换为无线信号发送给无线接收终端, 由无线接收终端完成数据的转换, 并由面板显示测到的温度或由测温工作站显示和存储。
二、无线测温预警系统的构成
1. 系统拓扑图
(图1)
2. 系统主要设备
(1) 无线温度传感器。在每一个需要监测温度的节点上安装一个无线温度传感器, 该传感器每隔设定时间自动测量所在位置的温度, 并将测得的温度数据发送给测温通信终端。
(2) 测温通信终端。自动接收无线温度传感器发送的温度数据, 并在收到测温工作站的读取命令后把收到的数据上传测温工作站。
(3) 测温工作站。测温工作站为一台工控计算机, 在该计算机上运行专用软件, 用来定时读取和存储从通信终端中收集的温度数据。
(4) 测温管理中心。测温管理中心是一套专用测温管理软件, 可在连接到企业的网络上的任意一台计算机上运行。
三、预警系统主要功能
1. 无线温度传感器
(1) 无线温度传感器功能:
(1) 每个温度探头具有唯一的ID号, 当无线传感器发送被监测点温度的同时, 把其自身的编号 (ID号) 也传输出来, 这些数据最终被传输到计算机时, 计算机根据事先在数据库中保存的传感器编号与安装地点, 自动确定各监测点的温度。这一特点非常适合运行中心具有大量监测点的应用, 提高了系统的自动化程度, 减轻了人工测温时的繁琐工作。
(2) 无线温度数据传输。传感器与测温终端之间的无线连接, 既方便了系统的安装与维护, 又减少了对电网安全运行的影响, 使系统的安全性、灵活性得到极大提高。无线通信选择工作于ISM工作频率, 对人体无伤害、对周围设备无电磁干扰, 符合FCC标准和国家无线管理规定。
(3) 每天24h连续在线监测。传感器每隔一定时间自动发射一次监测点的温度数据, 计算机实时收集并记录所有监测点的温度数据, 发现异常立即报警。解决了试温片、红外等测温方法需要人工到现场巡视、扫描造成延误而引起的故障。
(2) 无线温度传感器特点:
(1) 实时性。温度采集时间间隔可以按秒级设定, 保证数据的记录、分析及时准确, 为设备检修、生产调度等提供可靠依据。
(2) 低功耗。采用高效电池供电, 保证可靠运行6年以上。
(3) 准确性。测量精度可达±1℃。
(4) 系统性。可与电力系统综合自动化系统融为一体, 扩充现有系统功能, 实现数据共享, 便捷管理。
(5) 安全性。等电位、单点、绝缘安装, 没有任何连接导线, 方便安装维护, 且系统具有极高的安全可靠性。
(6) 低成本高效益。使用该系统后, 可以节约购置昂贵的测温仪 (如红外成像仪、点式测稳仪等) ;可以节省人员, 提高工作效率;有的放矢地开展设备维修, 减少维护工作量;减少事故。
(3) 无线温度传感器技术指标:
(1) 测量温度范围:-25～125℃。
(2) 测量精度:±1℃。
(3) 测温时间间隔:1s～10min可设定。
(4) 探头使用寿命:大于6年。
(5) 工作频率:915MHz (免申请) 。
(6) 最大发射功率:≤10MW。
(7) 最远传输距离:≥100m (无阻挡) 。
(8) 探头尺寸:35mm×35mm×45mm。
2. 无线温度接收终端
(1) 无线通信终端功能特点:
(1) 界面人性化设计。中文面板, 操作简单。
(2) 安装方便。可以在开关柜上, 也可以固定在墙壁或其他物体上。
(3) 抗干扰能力强。能够准确识别和接收探头发出的温度信号, 而不受其他设备的影响。
(4) 传感器与测温终端之间采用无线连接。无线连接既方便了系统的安装与维护, 又减少了对电网安全运行的影响, 使系统的安全性、灵活性得到极大提高。
(5) 无线通信选择工作于ISM工作频率, 对人体无伤害、对周围设备无电磁干扰, 符合FCC标准和国家无线管理规定。
(6) 可扩展性。每个测温接收通信终端最大容量可接收100个测温探头;给以后扩容留有足够的空间, 而无需增加新的接收装置。
(2) 无线通信终端技术指标:接收频率915MHz;接收灵敏度-100dBm;功耗<1W;管理探头数量最多100个;与管理主机传输协议为Modbus协议;终端地址设置范围为1～250号;与管路主机的电气接口RS-485;终端报警方式为蜂鸣器报警或外接报警设备;工作电压AC220V±10%, 50Hz或60Hz;继电器承受负载最大交流250V, 7A;尺寸96mm×96mm×115mm (WTR-10) , 180mm×125mm×36mm (WTR-20) ;开孔尺寸92mm×92mm (WTR-10) ;重量为0.5kg (WTR-10) , 0.6kg (WTR-20) ;环境温度-20～65℃。
四、测温工作站功能特点
测温工作站为一台工控计算机, 在该计算机上运行专用软件, 用来定时读取从通信终端中收集的温度和ID数据, 并写入本地硬盘中作长期保存。对数据进行处理、维护, 异常报警, 以及温度变化趋势分析。
(1) 能通过工作站实时、直观地观察到开关柜内断路器一次插头和电缆接头等电气接点运行温度的变化情况。
(2) 通过对所有现场检测到的数据, 能自动生成开关柜内一次插头和电缆接头指定时间段的温度变化趋势、历史事件统计, 以及所需要的曲线图和图表。
(3) 系统能够对所检测到的数据进行分析, 提前预知和判断以后多少天内开关柜内一次插头及电缆接头出现故障并形成报表, 详细显示故障点的位置并打印报表。
(4) 报警温度可以根据用户的实际情况自行设定, 对到达预警值和越线值的监测点能进行声光报警显示报警点的具体位置并记录在案。报警值的设置有两种方式: (1) 相对报警温度。指当温度传感器的测量温度比终端测量的环境温度高出多少即认为异常, 需要报警。取值范围:0～60℃; (2) 绝对报警温度。指当温度传感器测量的温度值达到多少度后即认为异常, 需要报警。取值范围:10～100℃。
(5) 能对报警事件实时打印记录, 可以实现历史的查询。对监测点的预警值、报警值能在线修改, 对传感器的故障能进行在线诊断并显示打印。
(6) 系统具有强大的扩展功能, 当新设备纳入检测范围时, 仅增加相应的新设备接入即可, 原系统不受任何影响。
(7) 控制中心的计算机网络系统可以实现远程通信、无人职守、数据可以接入企业网。
(8) 软件操作简单, 易维护, 非专业人员只要是稍加培训就可以对系统进行配置和修改。
摘要：主要论述无线测温技术在兴隆庄煤矿35kV变电所的应用情况, 通过安装无线测温预警系统解决了供电设备因故障给矿井安全生产带来的困扰, 为矿井安全生产提供了强有力的保障。
无线测温系统 篇4
带式输送机连续、大负荷运转及长期磨损, 会导致输送设备中的电动机、减速器、滚筒、托辊等装置出现不平衡、不对中、摩擦严重等机械故障, 严重时可能会造成整个输送系统中断, 甚至发生人身伤亡事故。
在输煤皮带的正常运行中出现滚筒轴承发热是引起带式输送设备故障的主要原因。对滚筒轴承的温度进行检测是有效避免故障发生的手段。传统的检查方法是由检修人员凭经验通过观察来发现。然而整个港口场地广大、运输系统包含的设备众多, 对检修人员造成很大的工作负担, 况且有些故障也不是凭观察就能发现的。此外, 输煤系统运行时粉尘多、噪声大, 会严重影响到工作人员的健康。因此需要建立一个覆盖范围广、可靠性高、易于使用和维护的无线传感器网络, 对现场的输送设备进行实时在线监测。基于Zig Bee和GPRS的无线测温系统的应用, 可提高生产效率, 降低事故率, 减少故障处理时间, 减少现场操作人员, 而且不必在现场铺设电缆, 具有方便安全、施工维护工作量小、成本低、可靠性高的特点。
1 系统构成原理及特点
基于Zig Bee无线传感器汇总节点的数据, 并利用GPRS网络传输汇总节点的数据, 网络采用星型或MESH网状网络拓扑结构及需求时唤醒Zig Bee模块的通信方式, 带有射频收发器的无线传感器节点负责对数据的感知和处理并传送给分布式处理中心;控制中心通过远程传输网络获取采集到的信息, 实现对现场的有效控制和管理。改变了传统无线传感器网络需要依托有线公共网络进行数据传输的限制。
1.1 系统组成
温度探头测得设备温度后, Zig Bee无线传输模块接收到来自温度探头的温度数据后, 通过无线传输路由模块将其传送至无线接收模块。无线接收模块与GPRS发送器相连, GPRS发送器通过GPRS卡把数据发送至Internet, 其传送机制采用碰撞避免机制, 每三分钟一个周期, 每个周期发送一次数据。在另一端, 将工控机 (独立IP) 与Internet相连, 工控机内的上位机软件系统负责接收Internet传来的数据。上位机软件经过数据解析、过滤等处理过程, 最终将有效数据通过网络软件呈现在用户面前。此外, 将工控机接入用户的局域网后, 用户便可在局域网的任一台电脑上读取温度信息 (如图1) 。
1.2 系统的特点与技术指标
1.2.1 温度监控系统的主要特点
1) 设备省电:现场节点采用多种节电工作模式, 可确保一节1号电池1年的使用时间;
2) 通信可靠:底层的无线传感器网络采用CSM A-CA机制, 其网络模型的MAC层采用完全确认的数据传输机制, 可有效避免数据传送中产生的竞争和冲突, 防止网络拥塞;
3) 数据安全:Zig Bee提供了数据完整性检查和鉴权功能, 采用AES-128加密算法;
4) 网络容量大:一个Zig Bee网络可以容纳最多254个从设备和1个主设备, 最大节点数为65536个;
5) 网络具有自组织、自愈能力:网络节点能够感知其他节点的存在, 并确定连接关系, 组成结构化的网络;增加或删除一个节点、节点位置发生变动或发生故障, 网络都能够自我修复, 并对网络拓扑结构进行相应地调整, 保证整个系统仍然能正常工作。
1.2.2 温度监控系统的主要功能
1) 实现对现场设备的实时在线监测;
2) 通过上位监控软件实现历史数据、历史曲线及历史报表的查询和打印, 以及数据备份等功能;
3) 用户可通过局域网实现对采集到的现场数据进行实时访问;
4) 用户可自行设定报警上限, 并且在无人值守的情况下, 系统会自动发送报警信息。
2 温度监控系统技术指标
3 系统应用实例
2#装船机、3#装船机无线测温技术的应用 (图2)
皮带机中需要监控的滚筒分为张紧滚筒4个, 地下尾部滚筒4个共计16个测温点。由于尾部滚筒位于地下, 影响温度数据的稳定传送, 故整个滚筒测温系统采用有线和无线相结合的方式以确保数据的稳定性和实效性。
中央控制中心通过GPRS网络与无线接收模块连接, 无线接收模块和现场多个传感器节点之间通过Zigbee技术实现无线的信息交换, 带有射频收发器的无线发送模块节点负责对数据的感知和处理并传送给无线接收模块;控制中心通过GPRS网络获取采集到的相关信息, 实现对现场的有效控制和管理。局域网内部任何一台安装数据中心软件的计算机都可以远程读取滚筒的温度 (图3) 。在组态画面上可以实时监视滚筒的温度状态, 当被测点温度超过预先设定的阈值时, 就发出报警信号及时提醒有关人员采取相应的措施, 真正做到了远距离遥测。
4 结语
应用Zig Bee技术的无线测温系统, 对装船机滚筒轴承温度进行实时检测报警可有效降低故障次数、减少故障处理时间、从而提高生产效率、进而提高经济效益。将现场人员解脱出来;同时与公司固有系统和设备能够完美融合, 在安装过程中, 避免了现场铺设电缆, 方便安全, 施工及维护工作量小, 建设成本低, 可靠性高。
摘要：基于ZigBee及GPR S技术的无线测温系统建立的覆盖范围广、可靠性高、易于使用和维护的无线传感器网络, 对装船现场的输送设备进行实时在线监测, 全面掌握设备的工作状态, 有效降低事故率, 提高生产效率, 增进企业的经济效益。
关键词：无线测温,ZigBee,GPRS
参考文献
[1]杨增汪, 王宜怀, 戴新宇.基于ZigBee和G PR S的高压开关柜无线监测系统设计[J].电力系统保护与控制, 2010.
[2]杜向党, 李淼, 张继红.基于Zigbee和G PR S的无线远程监控实验系统设计[J].实验技术与管理, 2010.
无线测温系统 篇5
1 无线测温技术介绍
由于高压开关柜自身结构封闭狭小, 存在高电压、高温度、强磁场以及极强的电磁干扰, 因此对开关柜采用人工巡查测温是无法实现的。新型中置开关柜母线都加防护套, 即使用红外测温枪, 从观察窗也无法测温。目前测温工作方式基本上采用被动式测温。
2014年初, 我公司引进了Yado-EJJ-X集中测温技术, 将该技术成功运用在110k V变电站10k V配电系统开关柜断路器的梅花触头或母线搭接头处。该套装置主要原理是通过各测温点绑带式无线传感器发出测量温度信号, 通过433MHz无线载波信号发射, 经地址编码对应后发送至Yado-ETJ-X测温接收装置, 测温装置接收并显示各测温点温度数据。该装置对设备的运行状态进行长期连续的在线监测, 及时掌握各监测点的异常运行情况, 将各监测点的温度越限、温升过快等报警信息可引至无源常开输出点直接动作;还可以通过有线RS-485或无线通讯方式接入EDM8000监测系统, 由监测主机给出告警信息, 可通过声光报警、短信报警等多种方式, 通知运行值班人员处理, 避免恶性事故的发生。无线传感器装置安装方便、简易、灵活, 能真实反应触头的实时温度, 接收范围50m内有效, 内部采用高效节能锂电池, 使用寿命长达5~7年, 信号发射每4分钟一次。
考虑到测量精度, 我们在使用前专门做了温度检测比对工作, 在常温下, 将该装置显示的温度与红外测温枪、温湿度计以及管式水银温度计四者进行实测比对。表1的比对结果表明无线测温装置精度误差小, 完全适用于现场环境需求。图1为绑带式无线传感器及其现场安装图。
℃
注:无线测温数据为A/B/C三相。
2 应用实例
2.1 事件介绍
2015年3月24日中班21:30, 值班人员巡检时发现1号主变901开关上出线动触头和母线出线搭接头两处温度同时达到85℃, A相出现异常温度高报警显示, 并与B、C相的温差22℃, 且有加速上升趋势。22:30时出线动触头温度已上升至99℃, 加上误差, 估算应有101℃, 快要接近金属导体长期工作发热允许最高温度105℃限值。采取应急措施, 随即立刻打开小车室门, 采取外加风扇对断路器进行强迫冷却, 冷却达到了效果, 8h后, 出线动触头温度下降至68℃, 与B、C相的温差20℃且趋于稳定。
因生产需要, 一时不能停电处理, 于是值班人员密切关注温度变化, 每隔半小时巡视一次, 并每小时记录温度在册。
一周后, 经生产调配, 将1号变压器由运行转冷备用, I段母线停电实施临时抢修, 摇出901开关, 发现A相静触头表面和固定螺栓发热变黑, 拆下静触头后, 铜排与垫板表面也同样有发热变色迹象。因更换备件没购回, 只好采取应急补救措施, 将铜排氧化层表面用细砂布轻微打磨, 再用绝缘清洗剂清洗, 表面接触处涂抹一层导电膏, 拧紧恢复原状。经上电带负载运行后, 监测三相温度最高68℃, 温差不到3℃, 三相温度平衡, 问题得到处理。
2.2 原因分析
一分厂采用110k V侧电源单回路进线, 2台110/10k V容量40 000k VA变压器为外桥式接线方式。变电站内10k V母线分两段经联络柜并列运行。
一般情况下1号主变压器负荷为25~26MW左右, 901开关上出线触头温度低于63℃。3月9日因2号发电机组临时性抢修, 退出并网运行, 致使变压器负荷增加至29~32MW之间, 电流也较以往升高, 而901开关柜没有安装横流风机进行散热, 采用全密封结构, 柜内母排及触头位置产生的热量不易散热, 同时A相静触头与母排之间的垫板接触不良造成电阻值偏大 (属该静触头在安装过程中存在的隐患) , 该处比其他B、C两相发热上升更快。由于安装了高压在线测温系统, 该故障点被检测出来, 防止了这个隐患可能带来的重大安全事故。
2.3 改进措施
1) 新增加柜顶横流风机, 改善换热风道。
2) 定期检查动静触头结合面, 减小接触面电阻。
3) 对其他负荷较重的开关增加测温点。
3 结束语
无线测温系统 篇6
电力设备的安全稳定是电力系统安全稳定运行的重要基础。对电力设备运行状态进行监测, 能够及时发现问题, 减少故障的发生。电力设备发热监测监控技术是在工业设备的温度监控技术上发展出来的, 主要经历了热电偶技术、固定粘贴式示温蜡片 (纸) 测温技术、非接触式远红外测温技术、光纤测温技术、有源无线测温技术以及SAW传感器无源无线测温技术等发展阶段[1]。近年来, 国外相继开发了一些基于不同检测原理的电气设备温度在线监测装置, 为满足安全可靠及实用性要求, 各国开始趋向于采用无源无线测温方式。
声表面波 (Surface Acoustic Wave, 简称SAW) 是沿物体表面传播的一种弹性波。SAW谐振型传感器主要由天线和附有反射栅、叉指转换器的压电基片组成。叉指换能器通过逆压电效应将接收到的查询电磁波转换为一定频率的声表面波 (SAW) , 声表面波被左右两个周期性反射栅条反射至叉指换能器处产生特定谐振频率的电磁波, 并通过天线向外输出[2]。
目前, 无线无源测温系统已有许多研究成果。文献[3-4]研究了SAW传感器的设计;文献[5]研究了温度采集器的设计;在从测温网关向监控中心传输数据方式的研究方面, 文献[6]采用无源透明的EPON网络组建环网柜无源无线测温管理系统, 文献[7]采用RS485实现本地传输, 以太网实现数据远程传输。
本文给出了设计方案, 介绍了无线无源测温系统的总体架构, 重点介绍了能够汇集并上传温度信息的测温网关硬件设计以及温度监测系统的软件设计。本方案的一个突出特点是测温网关可以将数据通过以太网、RS485或GPRS等多种方式上传到监控系统, 可根据实际情况进行配置。
1 测温系统架构及硬件设计
1.1 测温系统工作原理
基于SAW传感器的无线无源测温系统由监测管理主站及软件、温度监测集中器 (网关) 、测温采集器、SAW温度传感器等部分构成。系统的工作原理是SAW传感器测量各触点温度, 采集器完成对传感器测量的温度信息的收发和管理, 一个采集器可接收6个SAW传感器的温度信息。同一区域 (如一个变电站) 内多个开关柜通过采集器之间组成CAN总线网络或RS485组网进行数据的本地传输, 再由测温网关统一进行本区域内所有开关柜温度监控信息的采集、存储和管理。测温网关可以通过以太网、GPRS或RS485按照指定的标准规约传入监控中心, 实现远程在线温度监测、分析以及预警。监测系统总体架构如图1所示。
采集器从SAW传感器获取温度信息的过程是:采集器间歇地发射一定频率的正弦信号, 传感器接收到采集器发出的信号, 当传感器的谐振频率与激励信号频率相同时, 输出响应信号功率最大。此时, 响应信号是一个指数衰减的振荡信号, 振荡频率即谐振频率。采集器接收到这个信号并进行处理, 分析谐振频率, 计算出对应的温度并发送回温度监测集中器[8]。
测温网关主要负责传感器/采集器档案管理、参数设定、温度数据的存储, 并提供与自动化系统或测温平台的数据接口。测温网关将采集器上的温度数据读入之后, 首先通过自身的储存模块将温度信号保存下来, 然后通过外部接口将数据传送至上位机系统中, 与上位机系统的通讯接口主要包括以太网、RS485接口或GPRS接口, 通讯协议采用103/61850/Modbus等标准规约通信, 也可通过自定义规约进行通讯。
1.2 测温网关设计
网关的硬件系统由7大部分组成, 分别为主控单元、GPRS通信单元、以太网通信单元、2路RS485通信接口、1路调试RS232接口、1路CAN通信接口和电源单元 (GPRS和以太网设计成选配单元, 可根据不同的需求配不同的功能模块) 。主控单元是整个通信模块的主控中心, 由一块ARM芯片组成, 主要用于以太网协议栈的解析和参数的配置。GPRS通信单元通过GPRS模块和移动运营商的GPRS网络实现远程数据的采集。以太网通信电源采用工业级的以太网通信模块和主站进行数据通信。一路RS485用于和主站或其他设备通信, 另一路RS485主要和测温采集器通信。RS232通信接口设计成USB口, 主要用于参数设置和后续的串口升级。CAN通信接口主要用于和测温采集器通信。图2是网关硬件结构框图。
1.3 硬件设备安装
测温系统的硬件设备主要包括温度传感器、温度采集器及其天线和测温网关。安装时, 应根据现场实际情况制定安装方案。温度传感器是直接安装在被测物体表面的接触式测温元件, 采集器与传感器配套使用。传感器与采集器距离应该在有效测量范围内, 一般不超过5 m, 以避免信号衰减导致测量误差。
对于开关柜测温, 将测温系统安装在断路器上, 每个断路器各一套测温系统。传感器安装在断路器上下端触臂上, 采集器天线安装在开关柜断路器手车室, 通讯装置箱安装在开关柜仪表室。图3是断路器上下端触臂上传感器安装情况。
对于变压器测温, 基于对变压器的高压侧电流较小、发热不明显、安装难度高和远距离无线信号稳定性等方面的考虑, 测温系统只安装在变压器低压侧。传感器安装在变压器低压侧与离相封闭母线软连接处, 采集器天线安装在离相封闭母线外壳上, 通讯装置箱安装在变压器本身上。
2 温度监测系统软件设计
温度监测管理系统的应用软件主要功能包括各温度传感器设备运行状态监视、温度监测各项参数设置、温度信息的远程获取、综合查询分析以及温度预测告警等。根据实际情况, 这些应用功能可以作为电力自动化系统的一个功能模块存在 (将温度信息通过标准数据接口接入电力自动化系统) , 也可以单独作为一套环网柜温度监测的主站系统。各类运行管理人员可通过远程访问及时准确地监控开关柜温度情况。
本系统采用分布式多层结构, 软件架构由上至下分为表现层、服务层、数据层, 其结构图如图4所示。表现层即面向用户的层级, 实现人机交互功能, 以前端页面展示为表现形式, 用户通过浏览器登录系统, 查看设备的实时温度, 设定用户权限, 设定报警条件和报警推送功能等。服务层程序架设在服务器上, 对数据中的实时温度数据进行分析处理, 经过处理之后保存到数据库, 接收表现层的请求并给予响应。数据层接收测温设备测量的数据, 存储在数据库中。
系统设计的整体流程图如图5所示。
传感器测量的温度经采集器和网关上传到服务器, 保存在数据层的数据库中。服务层程序对数据进行处理分析, 将实时数据在表现层前端页面进行展示。如果温度异常, 就会进行报警, 并分析温度异常的原因, 向手机发送报警消息。本系统具有以下特点:
(1) 多种温度监测方式。用户可以设定时间区间、指定监控对象进行历史温度信息的查询。
(2) 完备的告警机制。温度的绝对值或温度的变化率超过上限, 系统为运行管理人员提供声音、光电、短信等多种方式的告警信息。
(3) 丰富的数据展现。在监控对象上, 可以选定一个开关柜的一组传感器或一个区域的多个开关柜温度信息进行监控。对于历史温度信息, 系统提供列表、曲线等多种展现方式。
(4) 完善的系统参数设置。管理温度监测相关设备档案。指定开关柜或一个具体的温度传感器进行参数的远程下发, 包括传感器温度校准、各类预警值、时间、温度采集频率、传感器发射功率、信号接收门限等。
本系统能够对测温数据进行深入分析, 得出温度异常原因, 并进行预测。具体分析方法如下:
(1) 高温原因分析。根据载流量的增大测量温度会持续走高, 当温度超过预设范围后, 进行两种原因判定。载流量过大:出线高温预警后, 根据历史温度变化趋势判定, 定时读取中国天气网对测温区域的温度数据。统计当前测量点与环境的历史温度差异, 根据每日平均温差形成温差走势, 如果温差不呈上升趋势, 则判定为载流量过大。设备老化或者接触不良:判定原理同上, 判断条件为温差呈上升趋势时, 判定设备老化或者接触不良。
(2) 温度预测分析。根据已有的温度数据及其变化规律, 按照既定的预测算法为用户提供温度预测结果, 并将预测值与预警值进行比较, 发现有异常的可能时发送温度告警信息。
(3) 对设备老化情况进行分析。以整点采集的温度和实时天气温度做差值, 将一天的所有差值取平均, 以月为分析单位, 将一个月内的所有日平均差值再取平均统计出月平均差值。平均温差作为衡量设备老化水平的分析依据, 当差值不断增大时, 预测为设备状况不佳, 可能存在老化现象。
(4) 对薄弱环节进行检测。薄弱点分析采用同级比较的方法, 根据普遍运行状况筛选出特殊运行状况。以用电高峰期作为时间节点, 统计用电高峰时段测量点温度增长情况, 将同级别的每个测量点在本时段的温度差值记录下来, 并计算出所有测量点温差平均值, 然后将超过温差平均值的测量点按照差值大小进行排名;以月为统计单位, 统计超过平均温差排在前三名之内的次数, 按照次数多少来排列薄弱点。
3 设计方案的实现
下面给出了测温系统安装后温度监测软件的运行情况。图6是采集器视图界面, 能够显示该采集器下所有传感器的温度情况。根据温度信息, 运行人员能够及时掌握设备的运行状况。如果出现温度异常, 系统会发出告警信息, 保障运行人员能及时发现问题并进行处理。
图7是传感器视图界面, 能够显示该传感器在一定时段内的温度曲线。该曲线能够反映温度变化趋势, 运行人员可以通过曲线及时发现设备老化等问题。
4 结语
今后对电力设备安全稳定的要求必然越来越高, 对设备温度进行监测, 能够及时发现异常情况, 减少设备故障。基于SAW传感器的无线无源测温系统安装灵活方便、运行可靠, 有广阔的发展前景。本文给出了无线无源测温系统的硬件、软件设计方案, 并应用在断路器触头温度监测上。由温度监测系统软件运行情况可知, 该系统能及时有效地监测传感器安装处的温度, 实现准确测温、及时告警的功能。当然, 无线无源测温设备还存在成本较高的问题, 值得深入研究。
参考文献
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变电站无线测温告警算法 篇7
在对变电站运行设备的监测中,温度是一个重要指标[1,2]。温度过高会导致金属和绝缘材料的机械强度、绝缘强度降低,使用寿命减少,甚至会引起电气设备发热故障,导致事故的发生[3,4]。在目前的变电站设备温度监测方法中,基于无线网络的变电站设备温度在线监测与告警系统(简称无线测温告警系统)采用全自动化运行方式,相比传统使用红外温度探测仪[5]或热成像仪的方法,节省了大量人力物力,且避免了需要定期监测的缺陷。该系统无需考虑布线问题,相比使用有线线路[6,7]的在线监测方法,减少了对变电站空间的占用。综合各方面考虑,无线测温告警系统将会被大范围推广。
但是,目前国内外对该类系统的研究集中于对系统整体架构搭建[8,9]和对数据获取的探索[10],缺乏利用所得温度数据对设备运行状态的分析和对设备潜在异常的告警处理。少数使用温度数据进行告警分析的研究[11],进行异常判断时往往只利用一个传感器的数据,告警阈值较固定,且告警等级仅有故障和正常2种,没有考虑传感器间的相互关系。
因此,本文提出了利用无线测温告警系统采集的设备温度数据,结合传感器之间的关系特征,对设备潜在故障及异常进行多类型、不同层次告警的5种算法,这对了解电力设备的运行状态,发现潜在故障,保障设备以及变电站的正常运行具有重要作用。本文所有的温度相关数据都采用摄氏温标。最后,本文使用上海青香变电站2011年实际运行数据对所述算法进行了验证。
1 无线测温告警系统概述
无线测温告警系统是基于无线网络的,用于测量、存储和查询变电站关键设备温度数据以及判断设备温度是否异常,并对潜在故障或者异常进行告警的变电站自动化系统[12,13]。本文所设计并实现的系统总体结构如图1所示。
无线传感器首先采集设备的温度数据,再通过低功耗个域网协议(ZigBee)无线网络传输至数据集中器无线数据接收端。在监控中心,前置采集服务通过串口总线与数据集中器串口端通信以获得数据,并将数据存储于实时数据库中;告警处理服务利用原始温度数据进行告警判断,并将告警信息存储于告警数据库中;一旦上述2个数据库有新的信息,即进行存储入历史数据库处理;数据查询服务和Web服务分别提供历史数据库中数据的查询和远程访问功能。其中,ZigBee规定的技术是一种近距离、低功耗且价位低的无线通信技术[14],符合变电站对设备温度测量的要求。考虑到变电站规模和运行环境,ZigBee无线传感器采用如图1所示的带有数据集中器的、基于总线型拓扑的混合型网络拓扑结构。
硬件上,无线传感器一般安装于变电站的关键或易于发热的设备上,典型的安装位置包括变压器接头、隔离开关动触头、高压电缆接头、高压开关柜动静触头、高压母线接头、电容器和低压电抗器引线接头等[15]。此外,考虑到对环境基值测量的要求,在室内和室外分别单独安置一个环境温度基值测量传感器。为了更清楚地描述传感器之间的位置关系,把安装于同一设备的所有传感器称为传感器组;把安装于同一设备并处于相同相位的多个传感器称为测点组。
2 告警处理分析
根据对无线传感器所在位置、相位以及传感器本身工作状态的分析,本文提出以下5种告警类型。
1)单一传感器告警
针对安装于关键设备处和易发热位置处的每个传感器进行告警。每个传感器根据历史数据和本身所在设备的属性,如设备发热程度、快慢,通过设备的电流大小,所处环境温度值等,都会有相应的安全运行阈值。一旦实时数据超过该阈值,即可以认为该设备进入潜在的不正常运行状态,需要进行告警处理。
具体地,采用单边上行的三级告警模式,告警等级分为高级、中级、低级告警3种,各对应一种告警阈值。判断时,通过对比当前温度与三级阈值,决定所处告警等级。一旦系统处于任意告警等级,当且仅当当前温度低于最低阈值3 ℃以上才能恢复至正常状态。
采用本告警可以更加准确地描述设备运行状态。单边上行以及正常态恢复阈值整定可偏低,使传感器尽量处于较高等级告警状态中,防止漏报。最后,针对设备温度处于某一阈值附近振荡的情况,可以防止系统连续多次发送冗余告警,减少系统存储和工作人员工作量。但是,如果阈值整定不当,可能会导致系统产生过多的低级告警误报。
2)测点组差异告警
针对测点组中传感器间温度数据的差异进行告警。安装于同一设备并处于相同相位的多个传感器的温度值如果相差过大,则可以认为该相出现异常。
具体采用滞环控制[16]模式,将测点组内每个传感器与其他传感器均值的差值与给定阈值进行比较,并且为了防止漏报,恢复正常的阈值比进入故障的阈值低。即触发告警的条件为:
恢复正常的条件为:
式中:N为测点组中传感器个数;Ti和Tj分别为测点组中第i个和第j个传感器温度;Δup和Δlow分别为告警阈值和恢复阈值。
采用本告警,可以识别出测点组中传感器间的较大差异,以便及时发现隐患。由于动触头,如隔离开关的两侧触头,一般长期暴露在户外,容易发生老化、弹簧疲劳和锈蚀,会引起接触点压力减小、接触电阻增大和温度上升,最终可能烧坏刀闸,因而本告警适用于动触头两端。但是,同设备同相安装多个传感器也增加了系统的成本。
3)相序间差异告警
针对处于相同安装位置的不同相别的数据差异进行告警。正常情况下,相同安装位置上不同相间的温度应接近。而异常情况下,如单相或两相故障或工作不均衡时,三相相间电流都会有所差异。例如:单相异常时,故障相电流偏高;两相异常时,正常相电流偏低。电流的不平衡表征在设备运行状态上,则是三相温度的差异。
具体地,采用滞环控制模式,针对任意相,将该相温度与其他两相平均值的差值与给定阈值进行对比。触发告警的条件为:
式中:Ti,Tj,Tk为A,B,C三相中某一相温度。
如果每相传感器数不为1,则首先求取每相数值的代数平均值,再进行上述判断。采用相序间告警,可以对相序间工作不平衡进行预警,及时发现设备单相或两相潜在的工作不平衡,甚至故障隐患。当然,由于每相都安装传感器也增加了系统成本。
4)传感器组告警
针对一个传感器组的所有传感器之间关系进行告警。处于同一设备的多个传感器,即使没有一个超过低级阈值,但是若整体全部接近低级阈值,则该设备也有可能出现过热问题。本告警类型即针对该情况。
定义每个传感器的温度值与阈值之比为该传感器的危险因子:
式中:δα,j为α相第j个传感器的危险因子;阈值Tα,j和tα,j分别为α相第j个传感器的温度和阈值。
同样地,采用滞环控制模式,仅列出触发告警的条件为:在所有传感器本身正常运行的条件下,
式中:δup为危险因子阈值。
本告警考虑处于相同设备的几个传感器之间的关系,为前面3种告警类型的补充。防止了上述特殊情况的发生,可以更早发现设备运行异常,以保护设备。
5)传感器自身异常告警
针对传感器本身的异常行为进行告警。传感器在运行过程中,可能因为电池电量不足、所在环境过于恶劣等原因导致自身工作异常,如长期显示0、数据异常大等。异常的传感器会导致大量误判,扰乱整个系统,因而系统需要及时切除该传感器。理想的情况是传感器一旦异常会自动发出异常信号,但是很多传感器都无法做到这点。因而,这里采用2种极端保守的方式,一旦传感器6 h都连续为0(前提为系统可以正常工作在零下温度区间)或者超过本设备上其他传感器最高值50 ℃,即认为该传感器发生自身异常,系统进行告警,并对该传感器进行切除。
3 各告警类型阈值的整定
传统告警系统中,通常采用固定阈值的方式,即避开状态正常运行的最大值,但由于温度数据随季节和昼夜更替变化较大,固定阈值会导致大量低温季节或夜间温度过高异常的漏报。为此,需要对上述4种类型进行分析,根据告警类型的特点,各自采用不同的阈值整定方法进行整定。本文提出如下的浮动阈值整定方式。
1)单一传感器告警
采用温度的绝对值进行判断,受温度本身变化特点影响大,因而需要进行阈值的浮动。本系统采用与环境基值线性相关的函数来整定阈值。此外,如果环境温度已经过高,那么设备阈值不可以再随环境温度值提高而继续增大,否则可能导致漏报,即设备温度超过自身承受范围也不告警。
按照上述分析,可以得到浮动阈值整定函数为:
当te+ηl≤TBM,
当te+ηl>TBM,
式中:Tmin,Tmid,Tmax分别为传感器的低级、中级和高级阈值;te为该传感器所在环境温度基值;TBM为设备可承受范围上限;ηl,ηm,ηu分别为不同设备的低级、中级、高级裕度参数,与设备性质和电流值大小有关系,在起初没有历史数据时一般分别取值为5,10,15 ℃。
2)测点组差异告警和相序间差异告警
使用的是温度数据差值,而不是绝对值。计算2个传感器之间差值时,由于用于作比较的传感器处于相同环境中,温度数据随季节和时间的变化近似抵消,因而可直接使用固定阈值进行整定。
3)传感器组告警
由于使用实时数据的热力学温度与低级阈值的热力学温度进行对比,因此,只需要低级阈值按上述方法进行整定即可,δup采用固定值。
4 数据模型的建立
按照上述第2节和第3节的分析,在进行具体算法研究之前,需要建立相应的数据模型,使用统一建模语言(UML)建立的数据模型如图2所示。
由图2可见,数据模型分为2级结构。
一级结构为传感器组和环境基值点模型。按照电力系统层级结构描述了传感器组所在位置,提高了数据查询速度,方便了数据的检索。同时,开放式的结构便于后续维护和扩展。环境基点模型的建立使每个传感器不必存储环境温度,避免了冗余。
二级结构的传感器模型首先描述了无限测温点的属性、所在相位、本相位编号、室内室外等;其次,出于浮动阈值的考虑,除了存储实时温度数据外,还存储了三级阈值数据,以方便单一传感器告警和传感器组告警对阈值的自整定;第三,为了后续扩展的需要,预留了对电气量的考虑,又由于对温度产生主要影响的电气量是电流,这里仅预留电流数据,方便后续系统中考虑电流,对阈值进行再整定;最后,为了防止阈值自动整定时出现异常以及满足人工对阈值松紧的要求,设置了专门的人工阈值导入位,以方便后续维护。
以上3种数据模型的结合充分考虑了各告警类型和浮动阈值对数据存储和查询的要求,具有全面性、通用性和可扩展性。
5 告警算法实现
本节针对5种告警类型,结合第4节的数据模型,提出相应的算法。系统算法的总体结构如图3所示。
针对已经提出的告警类型,本文提出如下对应的告警逻辑结构,如图4至图7所示。图5所示测点组差异告警逻辑结构仅针对测点组内传感器数不为1的情况。
6 无线测温告警系统的检验
本文提出的5种告警类型均在上海青浦区青香变电站成功运行。该系统包含关键设备处和易于发热设备处无线温度传感器共42个,环境基值点传感器室内、室外共2个。该系统运行10个月,每3 min进行一次数据的采集,数据采集、存储、查询以及各项报警正常。为了检验算法的可靠性,这里使用该变电站中 “220 kV电压”等级,“220 kV副母”间隔,“220 kV副母刀闸”设备上的6个传感器在2011年8月15日至21日间的数据进行检验。针对前4种告警类型,使用MATLAB对存储于Oracle数据库中的原始温度数据作图(测试时为了得到更多告警,阈值整定较正常运行时偏低)。单一传感器告警如图8所示。TBM取40 ℃,ηl取3.5 ℃,ηm取7.1 ℃,ηu取10.5 ℃。
由图8可以看出,固定阈值在环境温度偏低的条件下,无法对设备过热情况进行报警,因而造成漏报;在环境温度偏高的情况下,其会在全部时间下进行报警,造成误报。浮动阈值则使情形改善,其能根据环境变化自动调整阈值大小,准确地评估设备运行状况,比固定阈值更加准确地预报设备的温度异常。其他告警图见附录A图A1至图A3。测点组差异告警中,Δup和Δlow分别为2.5 ℃和1.5 ℃;相序差异告警中,Δup和Δlow分别为4 ℃和2 ℃。
具体4种告警类型异常次数统计如表1所示。
传感器自身异常告警没有给出,本段时间内并没有该类型告警。2011年12月,系统运行时由于当地气温较低,且系统本身串口通信没有设计负值温度的报文,导致传感器始终报0,系统对该现象进行了准确的告警,删除了坏点,使得工作人员发现该问题并进行更新。以上证明了传感器自身异常告警的可靠性。
7 结语
本文提出了利用变电站关键设备温度数据进行设备状态监测的5种告警方式和浮动阈值整定方式,并在实际系统中进行了验证。但是,在本系统对阈值的整定中没有考虑电流的影响,也没有参考历史数据。在未来的系统中,应该结合环境温度、电流数据、设备的运行状态等,计算得到更加准确的浮动阈值,并最终达到更加精确告警的目的。
附录见本刊网络版(http://aeps.sgepri.sgcc.com.cn/aeps/ch/index.aspx)。
摘要：目前,对无线测温系统的研究偏重系统的整体设计,缺乏利用所得温度数据对设备运行状态的分析和对设备潜在异常的告警处理。针对此现状,首先提出了5种利用温度数据进行告警的处理方式,并分析了每种告警方式的原理、作用和实现形式等;其次,结合各告警方式自身特点,提出了各自的阈值整定模式;之后,对其中2种告警方式提出采用浮动阈值模式进行阈值整定,规避了因采用固定温度阈值所导致的误报和漏报;最后,针对各告警方式提出了相应的算法,并在变电站现场成功运行,证明了告警方式及算法的可靠性。