CN102984245B - 大型变压器在途氮气压力无线实时监控系统 - Google Patents

Abstract

大型变压器在途氮气压力无线实时监控系统，属于大型变压器运输监控技术领域；解决的技术问题是提供一种可长期精确无线监控大型变压器在途氮气压力的装置；采用的技术方案是：包括安装在大型变压器运输车辆驾驶室的集中控制器、安装在大型变压器顶端的路由器和安装在大型变压器运输车辆车尾上部的氮气压力无线实时监控装置，集中控制器、路由器和氮气压力无线实时监控装置之间均可以通过无线网络通讯，集中控制器存储路由器和氮气压力无线实时监控装置发送的信息，氮气压力无线实时监控装置包括有采集氮气压力的氮气压力传感器；本发明适用于大型变压器的运输领域。

Description

大型变压器在途氮气压力无线实时监控系统

技术领域

本发明大型变压器在途氮气压力无线实时监控系统，属于大型变压器运输监控技术领域。

背景技术

随着智能电网建设步伐的加快，目前各地对大型变压器的需求逐渐增多，110KV及以上的大型变压器如果充油运输重量会增加，极易造成设备损坏或者产生潜在的安全隐患，因此需要往变压器油箱中充入氮气，使器身不与空气接触，避免受潮生锈；由于变压器油箱内气压要求保持在0.01-0.03MPa，防止外部空气渗漏和过压导致的机械变形，因此需要在充氮运输过程中对压力进行监测；传统的氮气气压监测装置主要是用机械指针式气压表和带气压显示模块的传感器等显示气压的大小。

为了保证在运输过程中变压器内氮气压力维持一稳定的范围，经常需要人工观察和记录压力表的显示值来调节氮气压力；传统的充气压力表功能相对单一，用于测量设备充气的压力值并产生读数，无法满足实时获取监控数据的要求，存在很多弊端，如：

一、在运输过程中变压器内氮气压力值无法实时保存；

二、突变的压力值无法及时观察和保存；

三、压力值过大或者过小时无法及时报警；

四、监测装置本身发生故障无法及时发现；

上述的这些问题导致运输过程中观察的数据无法真正保证变压器运输的质量，给大型变压器的运输带来了不便。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是：提供一种可长期精确无线监控大型变压器在途氮气压力的装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：大型变压器在途氮气压力无线实时监控系统，包括安装在大型变压器运输车辆驾驶室的集中控制器、安装在大型变压器顶端的路由器和安装在大型变压器运输车辆车尾上部的氮气压力无线实时监控装置，上述集中控制器、路由器和氮气压力无线实时监控装置之间均可以通过无线网络通讯，集中控制器存储路由器和氮气压力无线实时监控装置发送的信息；

上述氮气压力无线实时监控装置包括有采集氮气压力的氮气压力传感器和与氮气压力传感器相连的用于处理和无线发送氮气压力信息的数据处理及射频模块，所述数据处理及射频模块通过无线网络与集中控制器和路由器相连。

所述氮气压力无线实时监控装置还包括有防掉电时钟电路、程序异常监控电路、Flash存储电路和电源模块，上述防掉电时钟电路、程序异常监控电路和Flash存储电路分别与数据处理及射频模块相连，电源模块为整个氮气压力无线实时监控装置供电。

所述无线网络为ZigBee无线网络。

所述数据处理及射频模块采用CC2530芯片，数据处理及射频模块采用ZigBee2007/Pro协议进行通信。

所述电源模块采用高性能锂电池。

所述氮气压力无线实时监控装置封装在一外壳中，外壳防护等级IP65，外壳上设置有便于安装的单面磁。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：

一、本发明通过氮气压力无线实时监控装置全程监控大型变压器在途氮气压力，并且通过ZigBee无线网络实时将采集的信息发送至集中控制器存储，能够实现长期高精度的无线监控，为大型变压器的在途氮气压力监控提供了条件，满足大型变压器的运输监控需求；

二、本发明能够第一时间发送故障和报警信息，提醒驾驶人员，既能够准确掌握在途运输过程，又方便驾驶人员的操作，避免了故障的扩大；

三、本发明装置外部结构简洁，防护等级高，安装使用便捷，无需打开运输设备，也不会对运输设备造成损伤，成本较低。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明：

图1是本发明的安装结构示意图；

图2是本发明的电路结构示意图；

图中：1为大型变压器运输车辆、2为大型变压器、3为集中控制器、4为路由器、5为氮气压力无线实时监控装置、6为氮气压力传感器、7为数据处理及射频模块、8为防掉电时钟电路、9为程序异常监控电路、10为Flash存储电路、11为电源模块。

具体实施方式

如图1所示，本发明大型变压器在途氮气压力无线实时监控系统，包括安装在大型变压器运输车辆1驾驶室的集中控制器3、安装在大型变压器2顶端的路由器4和安装在大型变压器运输车辆1车尾上部的氮气压力无线实时监控装置5，上述集中控制器3、路由器4和氮气压力无线实时监控装置5之间均可以通过无线网络通讯。

上述集中控制器3发送命令给路由器4和氮气压力无线实时监控装置5，存储路由器4和氮气压力无线实时监控装置5发送的信息；路由器4主要起辅助信息传输的作用，大型变压器2的长度一般都比较长，采用路由器4可以增加信号传输的距离，也可以对用于故障信息的判断，当路由器4一段时间接收不到氮气压力无线实时监控装置5发送的信息时，向集中控制器3发送故障信息，氮气压力无线实时监控装置5实时采集大型变压器2在氮气压力信息，并将采集的氮气压力信息发送至路由器4和集中控制器3，根据不同大型变压器2运输的需要，氮气压力无线实时监控装置5可以安装有多个。

如图2所示，上述氮气压力无线实时监控装置5包括有采集氮气压力的氮气压力传感器6和与氮气压力传感器6相连的用于处理和无线发送氮气压力信息的数据处理及射频模块7，所述数据处理及射频模块7通过无线网络与集中控制器3和路由器4相连。

所述大型变压器2在运输过程中为防止内腔产生细菌、受潮生锈、腐蚀，需要往油箱充入干燥的氮气，为了防止外部空气渗漏，常规变压器油箱内气压要求保持在0.01-0.03MPa，同时也成为变压器结构强度设计的要求，本发明充分考虑了大型变压器2运输的实际要求，氮气压力传感器6采用型号为ACD-201的精密数字压力传感器，量程为0-100KPa，精度可达到0.5KPa，完全可以满足测量要求。

所述氮气压力无线实时监控装置5还包括有防掉电时钟电路8、程序异常监控电路9、Flash存储电路10和电源模块11，上述防掉电时钟电路8、程序异常监控电路9和Flash存储电路10分别与数据处理及射频模块7相连，电源模块11为整个氮气压力无线实时监控装置5供电，为了实现易用性安装，电源模块11采用60Ah高性能锂电池。

所述无线网络为ZigBee无线网络，所述数据处理及射频模块7采用CC2530芯片，数据处理及射频模块7采用ZigBee2007/Pro协议进行通信，CC2530芯片为氮气压力无线实时监控装置5的核心处理器，利用SMT工艺，工作在免费的2.4G频段，实现了智能组网短距离低功耗实时无线传输系统，供电可用电源适配器和电池两种供电方案，供电方式灵活，大型变压器2对运输条件苛刻，对数据监测准确度性很高，本发明无线数据传输通过冗余校验，保证数据的准确性，整个装置通信距离可达70米，如需增加距离可通过添加路由器4扩展传输距离。

上述防掉电时钟电路8采用DS1302防掉电时钟芯片，负责为数据加上时间标签，从而解决了之前氮气压力表无法直观观测时间的缺陷，DS1302防掉电时钟芯片可提供年、月、日、时、分、秒、周的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整，时间数据输出格式可通过AM/PM指示决定采用24小时或12小时，保持数据和时钟信息时功耗小于1mW，通信方式为I2C总线，上述CC2530内部并无I2C总线协议，为正确地采集时间参数，系统采用CC2530的I/O管脚模拟I2C信号的方法，模拟出符合1302时钟数据手册上的采集时序，达到操作时钟的目的。

为保证装置程序运行的稳定性，防止程序发生异常，且CC2530在上电时状态并不确定，这造成CC2530不能正确工作，为解决这一问题，本发明添加了程序异常监控电路9，它负责将CC2530初始化为某个确定的状态，这个复位逻辑需要一个复位信号才能工作，复位信号的稳定性和可靠性对CC2530的正常工作有重大影响，复位电路可以使用简单的阻容复位，但阻容复位不能保证任何情况都产生稳定可靠的复位信号，所以一般场合需要使用专门的复位芯片；由于CC2530对电源的纹波、瞬间响应性能、时钟源的稳定性和电源监控的可靠性都要求较高，系统选用电源监控芯SP706，使系统可靠复位，SP706是专为微处理器设计的电源监控芯片，当电源电压低于复位电压阀值时，SP706将产生一个复位信号，并在电源电压上升到高于复位阀值的200ms内保持有效，SP706的复位门槛电压为2.63V，即电源电压低于2.63V时产生复位信号。

上述SP706的复位信号为低电平，管脚MR为手动复位输入端，管脚RESET为复位输出端，当手动复位管脚MR为低电平时，管脚RESET输出为低，导致系统复位，WDO和WDI分别为看门狗输出端和看门狗计数器清零端，WDI引脚的上升沿和下降沿都会将看门狗计数器清零，如果在1.6S内没有对看门狗计数器进行清零，那么看门狗输出端WDO会输出一个低电平脉冲，由于WDO和MR引脚相连，因此，会使RST端输出200ms的低电平，从而复位硬件系统。

上述Flash存储电路10使用串行Flash芯片，串行Flash芯片为低功耗Flash存储器，相对于并行Flash它用更少的引脚传送数据，降低了系统的空间、功耗和成本，具有很高的性价比；另外，串行Flash芯片的读写操作十分简易，这些优势使得串行Flash被广泛应用于微型，低功耗的存储系统，本发明中采用M25PE20型号的Flash芯片。

本发明拟定了桥接帧、桥接响应帧、数据帧、命令帧、命令响应帧和故障报告帧等一系列帧格式；当系统启动时，集中控制器3组建ZigBee无线网络，发送桥接帧给主控制器，报告组网成功，确定网络地址，主控制器收到桥接帧后判断网络地址是否使用过，同时选择可以加入网络的子节点，然后发出桥接响应帧给集中控制器3，如果网络地址未使用过，则在桥接响应帧中保留原有的网络地址，如果网络地址使用过，则分配新的网络地址给集中控制器3；集中控制器3根据主控制器的命令有选择地接收信号，当子节点加入网络成功后，发送节点加入帧给主控制器，报告启动信息，同时，各子节点通过数据帧向集中控制器3发送信息；本发明可以通过命令帧来修改参数，包括采集周期、上传周期等，通过命令响应帧来报告命令执行信息；当某一子节点出现数据格式异常或者电量不足等故障时，会发送故障帧，当某一子节点退出网络时，会发送节点退出帧，本发明默认为全时段监测，监测每秒氮气压力值，定时上报，达到预警值加快数据上传速率，并发出警报，提醒驾驶人员，既实现了心跳数据传输功能，也达到了低功耗的目的；本发明数据可通过命令远程修改，装置可针对不同大型变压器2运输条件制定相应监控参数，使装置应用领域更为灵活。

所述氮气压力无线实时监控装置5封装在一外壳中，外壳防护等级IP65，外壳上设置有便于安装的单面磁，通过单面磁可以方便安装，无需打开运输设备，也不会对运输设备造成损伤。

Claims (5)

1.大型变压器在途氮气压力无线实时监控系统，其特征在于：包括安装在大型变压器运输车辆（1）驾驶室的集中控制器（3）、安装在大型变压器（2）顶端的路由器（4）和安装在大型变压器运输车辆（1）车尾上部的氮气压力无线实时监控装置（5），上述集中控制器（3）、路由器（4）和氮气压力无线实时监控装置（5）之间均可以通过无线网络通讯，集中控制器（3）存储路由器（4）和氮气压力无线实时监控装置（5）发送的信息；

上述氮气压力无线实时监控装置（5）包括有采集氮气压力的氮气压力传感器（6）和与氮气压力传感器（6）相连的用于处理和无线发送氮气压力信息的数据处理及射频模块（7），所述数据处理及射频模块（7）通过无线网络与集中控制器（3）和路由器（4）相连；

所述氮气压力无线实时监控装置（5）还包括有防掉电时钟电路（8）、程序异常监控电路（9）、Flash存储电路（10）和电源模块（11），上述防掉电时钟电路（8）、程序异常监控电路（9）和Flash存储电路（10）分别与数据处理及射频模块（7）相连，电源模块（11）为整个氮气压力无线实时监控装置（5）供电。

2.根据权利要求1所述的大型变压器在途氮气压力无线实时监控系统，其特征在于：所述无线网络为ZigBee无线网络。

3.根据权利要求2所述的大型变压器在途氮气压力无线实时监控系统，其特征在于：所述数据处理及射频模块（7）采用CC2530芯片，数据处理及射频模块（7）采用ZigBee2007/Pro协议进行通信。

4.根据权利要求1所述的大型变压器在途氮气压力无线实时监控系统，其特征在于：所述电源模块（11）采用高性能锂电池。

5.根据权利要求2所述的大型变压器在途氮气压力无线实时监控系统，其特征在于：所述氮气压力无线实时监控装置（5）封装在一外壳中，外壳防护等级IP65，外壳上设置有便于安装的单面磁。