CN105321316A - 一种具有无线组网功能的变电站母线智能测温系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有无线组网功能的变电站母线智能测温系统。系统由测温终端、汇聚终端和测温主控系统三部分组成，测温终端围绕着汇聚终端组成星形拓扑结构无线组网系统。系统工作时，汇聚终端发出节点查询信号，对应地址的测温终端接收后进行母线温度的采集与处理，之后向汇聚终端发送母线温度信息。汇聚终端接收后，进行母线温度的显示与超温判断，并将数据上传至智能变电站的测温主控系统，进行母线温度数据的在线监测与记录，实现母线的智能测温。本发明专利能够全面覆盖变电站母线的温度测点，实现对整个变电站电气设备的智能监控，有效解决母线等电气设备的测温难题，提高变电站供电可靠性。

Description

一种具有无线组网功能的变电站母线智能测温系统

技术领域

本发明涉及电气测量设备技术领域，具体涉及到一种具有无线组网功能的变电站母线智能测温系统。

背景技术

实现变电站的智能化，是智能电网建设的重要内容。母线是变电站内不可缺少的核心器件，其连接着变压器、开关柜等电气设备，在电力系统中起汇集、分配和传送电能的作用。母线在实际运行时，经常处于高温状态，其原因有如下几种：

（1）电力系统过负荷运行：电力系统负荷过大时，母线上流过的电流将变大，在母线上产生的焦耳热增多，导致母线温度上升；

（2）开关设备动作：电力系统运行时，由于断路器等开关设备的正常动作，迫使电力系统进入暂态过程，导致母线上的电流过大，使母线温度升高；

（3）短路故障：电力系统发生短路故障时，会有很大的电流流过母线，导致母线温度急剧上升。

母线温度过高，将加快母线接头处的氧化速度，使母线接触电阻变大。根据焦耳定律，接触电阻变大会产生更多的热能，促使母线温度再次升高，如此便形成了恶性循环，严重时将导致母线起火。另外，母线长期在高温状态下运行，导致母线的机械强度大大降低，使用寿命下降，不利于变电站的安全运行。

电气设备温度的测量是保障设备正常运行，实现变电站智能化的手段之一。母线作为变电站内汇集、分配和传送电能的核心部件，其连接着众多的电气设备。各电气设备由于工作环境的不同，其温度也各不相同，因此母线测温时需要配置大量的温度传感器，所需测温节点数目较多，以实现母线的全方位测温；母线测温还应具有一定的实时性，以便及时发现母线故障；母线为高压设备，测温时不宜采用接触式测温法，以保证测温设备的正常运行。因此，实现母线温度的测量具有一定的难度。

国内外关于电气设备的非接触式测温技术主要有光纤光栅测温法和红外测温仪两种。光纤光栅测温法造价昂贵，设备维护困难，难以在变电站内得到推广；红外测温仪为手持式设备，测温时需要运行人员在现场进行操作，测温实时性差，测温节点数目少，不适应变电站智能化的发展趋势。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述存在的不足，提供一种能够全面覆盖变电站母线的温度测点，实现对整个变电站电气设备的智能监控，有效解决母线等电气设备的测温难题，提高变电站供电可靠性的具有无线组网功能的变电站母线智能测温系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有无线组网功能的变电站母线智能测温系统，其特征在于：包括有三层结构，其分别为多个测温终端、多个汇聚终端以及测温主控系统，其中测温终端分布于母线的各个测温节点，多个测温终端无线接入一个汇聚终端组成星形拓扑结构的无线网系统，多个汇聚终端通过通讯接口接入测温主控系统；在组网系统内，各测温节点独立工作，汇聚终端发射节点查询信号，所有测温终端接收到信号后，提取出信号中的地址信息，若地址信息与当前测温节点地址一致，则该测温终端进行相关的信息处理后向汇聚终端发送节点温度信息，完成测温终端与汇聚终端的数据通信；若地址信息与当前测温节点地址不一致，则忽略该信息，等待下一个节点查询信号。

在上述方案中，所述的测温终端安装于智能变电站过程层，包括有单片机、温度传感器、无线传输模块，其中温度传感器包含有接触式与非接触式两类温度传感器。测温终端工作时，在确认汇聚终端的地址信息为当前地址后，启动两个温度传感器分别测量环境温度和母线温度，经过单片机处理后，由无线传输模块将数据发送至汇聚终端，完成一次温度数据的采集与发送。

在上述方案中，所述的汇聚终端主要负责发送和接收测温终端的数据，完成超温报警、状态显示等功能，同时通过以太网等通信接口与测温主控系统通信。汇聚终端安装于智能变电站间隔层，包括有ARM处理器、无线传输模块、以太网等通信接口、显示电路、存储电路、报警电路。工作时，汇聚终端接收来自测温终端的无线数据，将温度等数据在液晶屏上进行显示；将母线温度与ARM处理器内温度设定值进行比对，若母线温度过高将启动报警电路使之报警；同时将温度数据存储于存储设备中，并通过以太网、RS485等通信接口将数据传输至测温主控系统，同时接受测温主控系统的控制。系统通信协议符合IEC61850标准，无线通信频率为433MHz。

在上述方案中，所述的测温主控系统主要负责接收汇聚终端传输的数据，完成母线温度数据的在线查看与记录功能，同时对汇聚终端的相关参数进行设定。测温主控系统安装于智能变电站的变电站层，包括有计算机和网络接口。

本发明专利进行温度测量时，从绝对温度值和相对温度值两个方面衡量母线的温度是否过高。绝对温度值指母线在某以时刻母线的瞬时温度，超过该值时，母线的安全性能将受到影响；相对温度值指母线在一段时间内温度的变化量，超过该值时，表明母线处于温度急剧升高阶段，大部分是系统发生短路故障导致的。因此，从这两个角度衡量母线的温度，便可实现母线温度的监测与诊断，实现变电站母线温度的智能监测。

本发明的有益效果在于：

1个变电站母线智能测温系统设计了1个测温主控系统，1个测温主控系统最多可以管理256个汇聚终端，1个汇聚终端最多可以处理256个测温终端的数据。即该变电站母线智能测温系统最多可以监测65536个节点的温度数据，足够覆盖整个电力系统。

本发明专利系统通信协议符合IEC61850标准，无线通信频率为433MHz。无线组网采用星形拓扑结构，保证了测温节点故障时系统的稳定性。

本发明专利系统设计了接触式与非接触式两类温度传感器，不仅适用于母线测温，同样适用于智能变电站内其他电气设备，实现对整个变电站电气设备的智能监控，有效解决了母线等电气设备的测温难题，提高了变电站供电可靠性。

附图说明

图1为本发明实施例结构框图

图2为本发明实施例电路结构框图

图3为本发明实施例测温终端电源电路图

图4为本发明实施例测温终端温度采集电路图

图5为本发明实施例测温终端无线传输电路图

图6为本发明实施例汇聚终端无线传输电路图

图7为本发明实施例汇聚终端电源电路图

图8为本发明实施例汇聚终端主电路图

图9为本发明实施例汇聚终端报警电路图

图10为本发明实施例汇聚终端通信接口电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，对本发明作进一步的说明：

本发明专利的系统结构框图如图1所示，包括有三层结构，其分别为多个测温终端、多个汇聚终端以及测温主控系统，其中测温终端分布于母线的各个测温节点，多个测温终端无线接入一个汇聚终端组成星形拓扑结构的无线网系统，多个汇聚终端通过通讯接口接入测温主控系统。

本发明专利的电路结构框图图2是通过电源分别对测温终端、汇聚终端、测温主控系统供电。测温终端接收到汇聚终端的节点查询信号后，单片机启动温度传感器内的两个温度传感器，分别测量环境温度和母线温度，通过数据处理电路后进入单片机，然后利用软件进行分析计算诊断，然后通过无线传输模块将温度及状态信息等数据发送出去，发送完毕后，测温终端进入休眠模式以减少功耗。汇聚终端通过无线传输模块将数据接收，经ARM处理器处理后，将数据存储于存储器中，同时将接收到的数据与系统参考值进行比对。母线相对温度或绝对温度过高时，ARM处理器启动继电器和蜂鸣器进行报警，并通过人机交互在显示器上进行母线状态显示。键盘（可对汇聚终端的相关参数进行设定。以太网和RS485用于和测温主控系统进行数据通信，RS232可连接打印机等设备，实现系统外设扩展。

测温终端的电源电路如图3所示。测温终端采用高容量电池供电，电池经P1端口接入测温终端，经过稳压电路后输出电压稳定在3.3V。功率开关U2作为开关元件，在需要温度传感器工作时导通，测温完成后关闭，以减小系统功耗。

图4为测温终端的温度采集电路图。测温终端设计了U5和PT1两个传感器。U5为数字式传感器，通过两根数据线组成I²C总线与单片机通信。单片机通过该总线可以访问传感器中的存储器，从而读取所测得的环境温度值。PT1为模拟式温度传感器，在不同温度下其阻值会发生变化。以稳定电压源U7驱动该传感器，即可得到随温度变化的电流。将该电流流过固定阻值的电阻转换为电压输出，并通过差动放大电路对该电压信号进行放大，即可在单片机的AD2引脚得到随温度变化的模拟电压量。单片机经AD转换后再进行相关计算，即可提取出母线温度值。U5和PT1分别设计成接触式和非接触式传感器，可以满足变电站内复杂的测温环境，可适用于包括母线在内的多种电气设备。

温度数据采集完毕，测温终端通过图5中的U6将数据发送至图6中的CN5，完成一次温度数据的传送。U6和CN5均具有无线唤醒功能，可在控制器休眠状态下接收汇聚终端的节点查询信号并唤醒控制器。系统在发送完数据后进入休眠状态，以降低系统功耗。

图7为汇聚终端的电源电路图。汇聚终端采用适配器供电，由适配器将交流220V市电转换为直流12V并接入CN3端口，经过稳压电路后分别得到5V和3.3V直流电，用于为不同电平标准的芯片供电。

图8为汇聚终端主电路图。仪器工作时，ARM处理器U2通过LCDBus总线发送指令和数据到液晶屏使之显示，同时识别液晶屏的触摸信号。无线传输模块接收到数据后，U2通过SPI总线将数据取出，并进行数据分析与存储，同时更新液晶屏的显示内容。当母线绝对温度过高或相对温度过高时，U2通过Speaker启动图9中的蜂鸣器使之发声，通过DO1驱动继电器使之吸合，以驱动更大电流的报警装置。汇聚终端通过图10中的以太网、RS485等通信接口，将数据上传至测温主控系统，实现母线温度的远程监控。测温主控系统开启Web服务功能，便可将多节点的母线状态信息显示在同一局域网的每台计算机上。汇聚终端设计了RS232接口，方便打印机等外设接入，扩展系统性能。汇聚终端搭载实时操作系统，可同时处理多个节点的数据，优化程序流程，操作更为简便。

以上说明仅为本发明的应用实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有无线组网功能的变电站母线智能测温系统，其特征在于：包括有三层结构，其分别为多个测温终端、多个汇聚终端以及测温主控系统，其中测温终端分布于母线的各个测温节点，多个测温终端无线接入一个汇聚终端组成星形拓扑结构的无线网系统，多个汇聚终端通过通讯接口接入测温主控系统；在组网系统内，各测温节点独立工作，汇聚终端发射节点查询信号，所有测温终端接收到信号后，提取出信号中的地址信息，若地址信息与当前测温节点地址一致，则该测温终端进行相关的信息处理后向汇聚终端发送节点温度信息，完成测温终端与汇聚终端的数据通信；若地址信息与当前测温节点地址不一致，则忽略该信息，等待下一个节点查询信号。

2.如权利要求1所述的具有无线组网功能的变电站母线智能测温系统，其特征在于，所述的测温终端安装于智能变电站过程层，包括有单片机、温度传感器、无线传输模块，其中温度传感器包含有接触式与非接触式两类温度传感器，两个温度传感器分别测量环境温度和母线温度，经过单片机处理后，由无线传输模块将数据发送至汇聚终端，完成一次温度数据的采集与发送。

3.如权利要求1所述的具有无线组网功能的变电站母线智能测温系统，其特征在于，所述的汇聚终端安装于智能变电站间隔层，包括有ARM处理器、无线传输模块、以太网的通信接口、显示电路、存储电路、报警电路；系统通信协议符合IEC61850标准，无线通信频率为433MHz。

4.如权利要求1所述的具有无线组网功能的变电站母线智能测温系统，其特征在于，测温主控系统安装于智能变电站的变电站层，包括有计算机和网络接口。

5.如权利要求1-4所述的具有无线组网功能的变电站母线智能测温系统进行测温的方法，其特征在于，汇聚终端接收来自测温终端的无线数据，将温度等数据在液晶屏上进行显示；将母线温度与ARM处理器内温度设定值进行比对，若母线温度过高将启动报警电路使之报警；同时将温度数据存储于存储设备中，并通过以太网、RS485等通信接口将数据传输至测温主控系统，同时接受测温主控系统的控制。

6.如权利要求5所述的具有无线组网功能的变电站母线智能测温系统进行测温的方法，其特征在于，母线高温的判断依据是绝对温度值或相对温度值是否过高，绝对温度值指在某一时刻母线的瞬时温度，相对温度值指在一段时间内母线温度的变化值，只有绝对温度值和相对温度值均低于预设值，才认为母线温度正常，否则视为母线温度过高。