变电站温湿度远程报警装置研制范文

《国网技术学院学报》2016年第5期

摘要：

针对变电站内设备对温湿度的要求及目前的温湿度测控方案，研制了一种变电站温湿度远程报警装置，用于温湿度的远方监控，从温湿度传感器、数据传输、上位机编程等方面介绍了该装置的结构。本装置采取终端采集，软件显示与报警的模式，在变电站内设备温湿度越限时，能够自动发出声光报警，提醒运维人员注意。装置采用ZigBee通信协议，具有良好的可靠性和安全性。

关键词：

变电站；温湿度；远程报警；ZigBee

0引言

变电站内由于温度或湿度较大可能会导致二次设备锈蚀、直流接地或者触点接触不良［1］，所以相关规程［2］规定：主控制室和计算机室的温度宜在18～25℃范围内，相对湿度宜为45%～75%，任何情况下无凝露。特别是智能变电站内大量的交换机、智能终端、测控装置等对温湿度的要求更为严格。目前，智能变电站大部分都在汇控柜内加装了温湿度控制与显示装置，以便于远方查看。但对于投运较早的一些变电站，现场虽有一些自动温控装置［3］，在温湿度达到一定阈值，继电器动作，打开加热器或风扇进行调整。但是该模式实时性差，运维人员无法远方查看温湿度，且没有数据记录显示功能。对于温湿度的控制主要还在于变电运维人员的日常巡视与管理。在夏季或冬季，打开空调和除湿机，保持开关室、保护室、安全工具室等室内温度在合理范围内。因此随着变电站的智能化程度越来越高，对于温湿度的显示与控制需要实现的功能也越来越多。本文在分析现有温湿度测控装置的基础上［4-6］，结合变电站的特点和对温湿度的需求，研制出一种温湿度远程报警装置，对一些投运年限较长的变电站具有较高的参考价值，投运后能显著提高运维水平。

1总体结构

研制成功的变电站温湿度远程报警装置总体结构如图1所示。该装置采用分布式采集、集中监控的方式，在各终端设备上布置温湿度采集器，在各变电站内设置多个中间节点，以实现信号的中继和路由选择，而且多个中间节点可以实现冗余备份，各个中间节点连接成无线网。各设备的信号通过该网络传输到后台计算机，通过上位机程序进行实时监控和报警。测控方式采用主动发送方式，由终端设备和各个中间节点发送温湿度信息到监控机。整个数据流采用ZigBee传输协议，确保数据的安全性和传输过程的正确性。

2现场测控单元

现场测控单元的功能是完成温湿度的测量，对数据进行初步处理，并将模拟量转换为易处理和传输的数字量。

2.1硬件结构

网络终端节点结构如图2所示，终端节点负责采集变电站设备节点的温湿度，并将采集的信息存储在存储模块。终端节点由ZigBee主控芯片和温湿度传感器组成。

2.2主控芯片

ZigBee主控芯片采用CC2530，CC2530是用于2.4GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，业界标准的增强型8051CPU，系统内可编程闪存，8-KBRAM和许多其他强大的功能。如表1所示，考虑到TI公司的CC2530发射功率较大，传输较远，选取支持ZigBee协议的CC2530开发板。

2.3温湿度传感器

温湿度传感器元件是本系统的核心部件，采用的是DHT11型温湿度传感器。DHT11型温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。其精度为湿度±5%RH，温度±2℃，量程为湿度20%~90%RH，温度0~50℃。将DHT11插入CC2530芯片的引脚上，烧录源代码，便可以使终端连接的传感器温湿度数据每隔1s传递到监控机后台进行处理。

3通信信道

无线传输协议有很多不同的种类，在各类应用中，无线传输协议以蓝牙与ZigBee协议为典型代表，表2给出了蓝牙与ZigBee协议之间的比较。由于传输的温湿度数据对通讯速率要求不高，和蓝牙传输相比，ZigBee虽然速率较低，但能够很好地满足该系统的数据传输要求。同时ZigBee拥有更好的抗干扰特性并能够支持AES加密技术，保证传输数据的安全。综合以上考虑，在该系统构建中选取ZigBee协议作为通信信道。考虑到无线通信具有信号随距离衰减的特性，当从某一开关室连至主控室时，设立一个中间节点，起中继和路由作用，保证无线信号的有效覆盖。

4后台管理系统

后台管理系统实现温湿度的集中监控，也是人员和系统交互的界面。通过VisualC++编写的源代码，实时刷新终端传给协调器的温湿度数据，在数据大于设定的预警条件时，软件自动弹出提示框和播放报警音响。如图3、4、5所示，整个装置由3部分组成：传感器网络终端节点数据采集模块、网络协调器数据接收模块和远程监控管理模块软件。终端数据采集节点由CC2530通过串行接口和DHT11进行通信，实现现场节点数据的采集和传输。网络协调器负责网络的建立，信息的接受、处理，以及控制指令的发送和执行。在接受到来自各个节点的温度数据后，数据经嵌入式处理器处理后通过上位机软件在监控机上显示。上位机监控系统软件采用C++编写，主要功能如下：

1）数据采集功能：能实时显示各个测量节点的实时温湿度数据。

2）异常报警功能：当数据出现异常时发出声光报警，及时通知运维人员对出现的报警信息进行确认和管理。将该装置应用于某变电站中，装置安装情况如表3所示。在主控室内，通过监控软件，可以实时查看站内设备的温湿度情况，设定温度和相对湿度的报警范围为25℃和70%，在温湿度越限时，监控软件便会发出报警音响和弹出提示信息提醒运维人员注意。该装置应用以后，极大减轻了运维人员的工作强度，报警装置在某次动作以后，运维人员去现场检查，发现该间隔的流变周边有轻微发白现象，如图6所示，认为是湿度较大导致的局部放电现象，并及时进行了处理。

5结束语

该变电站温湿度远程报警装置采用分布式采集、集中监控模式，整个系统数据流采用ZigBee协议，保证数据传输的准确率，在温湿度越限时，能够发出声光报警提醒运维人员注意。实际应用表明，该装置有效地解决了变电站温湿度无法远程查看的问题，提高了温湿度检测精确度和实时性的同时降低了运维人员的工作强度。

参考文献：

［1］庞增辉，刘世安，许格.变电站室外箱柜凝露原理与防治措施分析［J］.科技创新导报，2014，（34）：1-2，4.

［2］DL／T5149-2001220-500kV变电站计算机监控系统设计技术规程［S］.2001.

［3］徐通，郑文棋，梁永花，等.变电站温湿度实时测控系统研究和开发［J］.科技创新导报，2012，（3）：19-20.

［4］郭耀华.基于ZigBee和GPRS网络的智能变电站设备温度无线监测系统［J］.仪表技术与传感器，2014，（1）：79-82.

［5］刘琦，程春，吴健，等.智能变电站温度监测主站系统的设计与实现［J］.电力系统保护与控制，2013，（4）：130-135.

［6］张波，文昌斌.变电站温湿度监测模式的改进［J］.湖北电力，2013，（9）：16-17，21.

作者:桂勋 孙琼 肖剑平 陆冉 张明 杨良勇 单位:国网合肥供电公司