2022年采用短距离无线通信技术的电气设备温度在线监测的实现 .pdf

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1、宁夏电力 2009 年第 1 期摘要： 针对高压电气设备接触点发热的现象，对设备维护中发热点监测的方法进行分析，提出利用短距离无线通信技术， 实现高压电气设备接触式在线温度监测的实施方案。关键词：高压电气设备；接触点发热故障；温度监测；在线监测；红外通信；无线通信中图分类号： TN923文献标志码：B文章编号： 1672-3643（2009 ） 01-0058-03采用短距离无线通信技术的电气设备温度在线监测的实现何锐（宁夏吴忠供电局，宁夏吴忠市751100）Realizationof electric equipment temperatureon line monitoringwith s

2、hort distanceradio communicationtechnologyHE Rui(Ningxia WuzhongElectric PowerSupply Bureau,Wuzhong, Ningxia 751100, China)Abstract:Aiming at the phenomenonof the contact point of high voltage electric equipment heat, analyzesthemethodsof heating point monitoring in the equipment maintenance, puts f

3、orward the actualizing schemesof usingshort distance radio communication technology to realize the high voltage electric equipment contact on linetemperaturemonitoring.Key words:high voltageelectric equipment; contact point heat fault; temperaturemonitoring; on line monitoring;infrared communication

4、; radio communication收稿日期：2008-07-22作者简介：何锐（1971-）， 男， 工程师，从事电网调度通信、 信息管理工作 。1引言电气设备的外部热故障主要指接头由于压接不良等原因， 在大电流作用下， 接触电阻增大， 接头温度升高或者设备绝缘老化产生泄露电流， 引起温度升高 。 电气设备外部热故障如不能及时发现并处理， 会造成严重的安全隐患。 红外测温仪使用方便， 但只能由运行人员定期到设备附近检测，不能实时检测 ； 红外热像仪利用不同温度热成像颜色不同，实现非接触式测温， 但是由于红外热像仪价格高，主要用于大型变压器等重要设备。随着电力系统综合自动化技术的发展，

5、变电站逐渐实行无人值守， 需要对电气设备外部温度进行在线监测 。高压带电设备运行时带有高电压（10 kV 及以上） ， 不能用传统的低电压接触式方式检测。目前 ,采集高压带电设备表面温度主要有3 种方法：（1 ） 在电接触表面涂一层随温度变化颜色的发光材料,通过观察其颜色变化来大致确定温度范围, 这种方法准确度低 、 可靠性差 , 不能进行定量测量 。（2 ）利用光（红外）辐射特性的红外测温仪, 准确度较高1-3, 但由于需要光学器件, 在高压开关柜等特定场合使用不太方便 , 而且价格也比较高,不能进行在线检测。（3 ） 利用光纤温度传感器实现高压设备的温度传感和58名师资料总结 - - -精

6、品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 3 页 - - - - - - - - - 宁夏电力 2009 年第 1 期图 1温度采集器和接收器原理振荡电路温度检测电路电源通讯电路（红外或无线）通讯电路（红外或无线）定时唤醒电路变电站数据集中器PC监控中心RS232TXD RXD收集器处理单元（Atmegn8）I/O采集器单片机处理单元（Atmegn8）VCCQSCTXTA/D转换隔离4-5， 特别是采用光纤复合电缆结构，可以准确地在线检测高压电缆表面温度。 光纤温度传感器是一个发展方向，还有

7、一些技术问题需要解决， 而且价格也比较高， 目前不适合大规模推广 。微电子技术和红外、 无线等技术的高速发展，为直接接触测温，非接触传输提供了条件6-7。文献 6采用热敏电阻进行温度直接测量, 数据通过红外线遥送地面，由浮动充电电池供电, 减少高低压之间的电气联系。文献 7中设计了专用的隔离电源，实现温度传感器的稳定供电，通过 V/F 变换将温度信号转换成脉冲信号，再经过光纤传输到采集器 。文献 6中自供电可能使电源不稳定，影响采集器工作，红外方式也只适合于户内的设备。文献 7的隔离电源给母线的相互隔离增加了不安全性，同时高低压隔离仍然采用光纤方式。本文利用短距离无线通信技术，开发了接触式在线

8、温度检测系统 。 针对户内设备， 使用红外通讯方式， 户外设备采用无线通讯方式。 该系统由温度采集器、 收集器，变电站数据集中器和基于WEB 的人机界面系统组成。温度采集器 采 用 微 功 耗 微 处 理 器 和 高 精 度 热 敏 电 阻 器 构 成 温度 采 集电路，并以无线通讯方式向接收装置传输实时温度数据，确保了高低压的可靠隔离和温度的在线检测。为了保证温度采集装置的供电可靠性，按户内和户外分别采用不同的供电方式。 接收装置通过网络将数据传到变电站集中器，再发送到监控中心的通讯服务器中，接入电力系统的 MIS 或 EMS系统，并可在INTERNET 上通过授权进行查询 。2在线温度检测

9、系统的基本结构2 1温度采集器的硬件设计2.1.1温度检测电路图 1 中所示温度检测电路是以高精度热敏电阻器为主要采集元件，采样对象的温度变化会引起电阻器阻值的变化， 将得到的模拟信号传入单片机的A/D 转换口中，通过计算可得到准确的温度值，本采集装置对不同的温度范围采用了不同的分压比，以达到在较宽的温度变化范围内能够精确测量的目的 。2.1.2单片机处理单元单片机处理单元是采集器装置的核心部分，由ATmega8单片机及其周边电路组成。ATmega8单片机具有功耗低， 体积小，容量大的特点 。其内部的 A/D 转换器可将输入模拟电压转换为数字信号，再通过运算得到实际检测温度值， 并存入单片机的

10、EEPROM 中。当上位机查询时， 将温度数据通过无线通讯方式发送给收集器，达到在线检测温度变化的目的 。2.1.3定时唤醒电路为降低单片机的功耗， 单片机平时运行在休眠模式，由唤醒脉冲将其定时唤醒， 开始检测功能， 本方案采用由反相器和 RC 振荡电路组成的定时脉冲触发电路通过发送外部中断信号实现对单片机的唤醒功能。2.1.4信号收发电路信号收发电路分户外和户内两种方式，户外通讯采用无线射频传输模块传送温度数字信号，本检测装置采用的是 CWDP1203 型 微 功 率 无 线 收 发 模 块 ， 工 作 频 率为426 MHz441 MHz， 通讯距离可达450 m， 能够满足一般中小型变电

11、站或户外工作距离， 为保证通讯的可靠性， 收发模块采用太阳能电池供电。 户内通讯则采用红外通讯方式，将数字信号调制成38 K 载波与收集器进行通讯。 两种通讯方式都采用自定义的通讯规约， 严格按照地址进行通讯， 从而避免了可能出现的干扰现象。2.1.5收集器及后台控制系统收集器通过查询得到温度的实时数据，再通过RS232接口传送给变电站的数据集中器，再由监控中心的通讯服务器接入电力系统的MIS 或 EMS 系统。 对系统进行实时温度监控 。2 2检测单元的软件设计软件设计采用单片机C语言，实现温度采集，数据判断， 数据保存，系统通讯等功能 。由于采集器与收集器之间是多对一通讯，所以系统采用了自

12、定义的通讯协议，对各采集器分配地址，收集器对采集器采用轮询的方式进行通讯，单片机的温度采集和通讯的流程框图见图2。采用短距离无线通信技术的电气设备温度在线监测的实现59名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 3 页 - - - - - - - - - 宁夏电力 2009 年第 1 期3关键技术3 1无线射频通信技术本系统（户外） 采用的无线数据传输模块 （RF 收发器） 为CWDP1203型微功率无线收发模块，该型模块具有如下特点：接收发射合一，工作频率为国际统一

13、的数传频率433 MHz，FSK调制， 低发射功率， 抗干扰能力强等， 传输范围可达 450m，适用于变电站内部以及其他短距离电力设备之间的通讯。采集器中收发模块可置为常接收状态，当接收到上位机 （收集器）的数据后，先判断地址是否正确和是否有数据发送要求，如果地址正确， 需要发送数据， 则将数据从单片机的 EEPROM 中读出，同时将模块状态设置为发射状态，此过程只需要约300 s 的时间，然后将数据送到传输模块的数据调制口， 以 FSK 的调制形式发送出去，随后收发模块恢复为接收状态。收集器中的收发模块可设置为常发射状态，当发射指令后转换为接收状态，收集器接收到的数据传输给变电站的数据集中器

14、，再由数据集中器通过RS232接口的电平转换上传给监控中心的 PC， 即可由基于 WEB的人机界面实时监控 。3 2红外通讯技术本系统（户内） 的通讯采用红外通讯方式。红外通讯设备主要用于短距离 （约 10 m 范围内）内的室内无线通讯,其收发能力受环境光影响比较大，并且无穿透能力， 只能实现点对点的连接。 但其有设备简单、 成本低 、 使用方便等优点8， 本系统的组成及工作原理如下:红外系统利用红外线作为传递数字信号的媒体，即将电信号通过红外发射管转化为光信号发射出去，红外接收器再将接收到的光信号还原为电信号从而实现了数据的传递。在本系统中 ,当有发射指令时， 单片机将 EEPROM 中的数

15、字信号读出， 调制为 38 kHz 的脉冲系列 ,并驱动红外发光管以光脉冲的形式发送出去。接收器通过光敏元件将接收到的光信号转换为电信号,再通过放大 、 滤波和解调， 最后还原为数字信号 。 其工作流程与射频通讯一致， 只是通讯方式不同，故不再赘述 。4结束语本系统解决了采用接触式方式进行高压电气设备在线温度监测的难题，能准确地在线检测高压电气设备表面的温度，保证供电安全性。该系统已投入实际变电站刀闸温度检测， 运行证明该装置具有功耗低 、 测量精度高、 性价比高、 可靠性高等特点。通过对高压电气设备的在线监测改造有利于简化变电站建设，增强变电站各装置之间相互配合的能力，提高了变电站的综合智能

16、度以及操作模式的灵活性。该装置能在以下领域实现温度在线监测应用：（1 ）运行刀闸温度测量；（2 ）中高压电缆接头的直接运行温度测量；（3 ）母线连结点的运行监测；（4 ）运行中高压开关柜及开关接点的运行温度在线监测；（5 ）主变压器内部连结处及有载分接开关的运行温度监测；（6 ）避雷器等其它设备的温度监测。参考文献：1陈晓军 ,杨立中 ,邓志华 ,范维澄 . 电气线路红外热像检测和诊断J. 红外与毫米波学报, 2000,19(6):463-466.2肖晓晖，杜娥，谌青昊，吴功平 . 高压输电线红外图象的边缘检测 J. 中国电力， 2005， 38 （1 ）： 31-33.3范春利，孙丰瑞，杨立

17、，刘宝华 . 电线电缆破损的定量热像检测与诊断方法研究J. 中国电机工程学报,2005,25(18):163-166.4江秀臣，蔡军，董小兵，曾奕 . 110kV 及以上电压等级交联电缆在线监测技术J. 电力自动化设备，2005， 25 （8 ）： 13-17.5杨旭雷,张浩 ,叶剑鸿 . 温度在线检测单元的设计J. 电力自动化设备 ,2002,22(9): 44-45.6王志勇 . 高压母线温度在线测量装置J. 电力系统自动化，2000， 24 （13）： 60-61.7费万民，吕征宇，耿福江，孙向东 .高压开关触点和母线温度在线检测与监视系统J. 电力系统自动化， 2004， 28 （3 ） ： 86-89.8李铁香 ,郭屹松 ,王凤全 ,万京生 ,秦彩云 . 红外遥控技术在电力测控系统中的应用J.传感器技术, 2002,(21):45-47.采用短距离无线通信技术的电气设备温度在线监测的实现图 2 检测系统的温度采集和通讯流程传送温度数据有查询命令？保存温度值检测温度有唤醒信号？待机初始化无无有有60名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 3 页 - - - - - - - - -