CN105371970A - 一种变电站无线测温报警系统 - Google Patents

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邸世辉
何子东
袁建普
宁金峰
张丽丽
彭冲
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Economic and Technological Research Institute of State Grid Hebei Electric Power Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种变电站无线测温报警系统。该系统包括至少两台以上测温通信终端,和每个测温通信终端匹配的两个以上无线测温传感器,以及管理中心服务器;无线测温传感器通过无线信号与测温通信终端连接,测温通信终端与管理中心服务器连接。本发明具有实用性强,实用效果突出,且造价低廉,操作简便等优点。

Description

一种变电站无线测温报警系统
技术领域
本发明涉及变电站高压设备运行温度监测的技术领域,具体为一种变电站无线测温报警系统。
背景技术
目前用于变电站高压设备运行温度监测的技术主要是红外测温和光纤监测,红外测温主要是通过红外成像仪透过高压电气设备连接处成像,由于变电站高压电气设备众多,电磁场强度大,成像仪很难准确成像,很大程度上干扰了成像的准确度,另外,由于红外探头必须与被测物体保持足够的安全距离,并需要正对被测物体的表面,因此,红外测温装置将受到高压设备周围环境的限制;光纤测温同样需要将温度传感器直接安装在电气设备连接处或者封闭的柜内,温度传感器用光纤连接到光纤测温仪,再利用光纤温度测温仪通过光纤传递进行信号传输。而光纤韧性、强度不高、容易折断,同样受环境温度影响较大,投入成本高。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种变电站无线测温报警系统,其实用性强,实用效果突出,且造价低廉。
本发明的技术方案为:
本发明一种变电站无线测温报警系统包括至少两台以上测温通信终端,和每个测温通信终端匹配的两个以上无线测温传感器,以及管理中心服务器;无线测温传感器通过无线信号与测温通信终端连接,测温通信终端与管理中心服务器连接。
测温通信终端由单片机主控电路、电源电路、串口通信电路、无线模块、显示模块构成;电源电路分别连接各模块向各模块提供电源输出,单片机主控电路的输出端通过串口通信电路连接无线模块,并通过无线模块连接到管理中心服务器上,单片机主控电路的另一输出端连接到显示模块的输入端;
无线测温传感器由电源模块,无线控制模块,温度采集模块构成,电源模块分别给无线控制模块和温度采集模块供电,温度采集模块的温度探测探头的输出端连接到无线控制模块的输入端,无线控制模块的输出端连接到管理中心服务器的输入端。
本发明中所述无线测温传感器温度测量单元采用高温陶瓷材质保护套包裹的热敏元件,通过防磁干扰的屏蔽线进行连接到无线测温终端装置中,同时该装置使用太阳能进行供电进行信号收集及发送;
本发明所述无线测温传感器其电源模块采用型号为BK20-500S24的电源模块;无线控制模块采用由NORDIC生产的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片nRF24L01;温度采集模块采用型号为DS18B20。
所述测温通信终端,其单片机主控电路采用型号为STC89C52的最小系统所组成;显示模块采用LCD1602液晶显示器;USB电源电路采用型号为MKS-0502000US的USB电源,其通过USB接口提供给单片机和其他模块,LCD1602显示模块数据端接STC89C52单片机的P0口,RS,RW,E端分别接单片机的P2.0-P2.2接口。
本系统发送端采用DS18B20温度传感器采集温度,经STC89C5C2收集处理数据再由nRF24L01模块发送到接收端。其中包括DS18B20和nRF24L01模块的初始化配置。
本系统接收端采用nRF24L01无线模块接收发送端传来的温度数据,经单片机STC85C522在LCD1602液晶显示器上显示。其中包括nRF24L01模块和LCD1602液晶显示器的初始化。
数字温度传感器DS18B20体积更小、适用电压更宽、更经济。数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20支持"一线总线"接口,测量温度范围为-55°C~+125°C,在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。
nRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4GHz~2.5GHzISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,融合了增强型ShockBurst技术,中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,以-6dBm的功率发射时,作电流也只有9mA;收时,工作电流只有12.3mA,多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。
本发明在电容器组接线端子处安装。
其工作过程为:无线测温传感器通过电容器组接线端子处的感温探头及连接信号线将监测到的温度,通过电路转换信号,把温度信号转换为无线信号并发送出来传递到测温通信终端;测温通信终端定时循环收集无线测温传感器发送出来的无线信号,通过数据转换电路把无线信号再还原为数字温度信号,通过485输出端口把数据发送至数据管理中心服务器上;数据管理中心服务器,通过专业的数据库形式,把各个变电站的温度信号集中采集和存储,所有站点的温度信号都要集中到数据管理中心服务器来管理和配置。数据管理中心服务器实时显示和存储各个监测点的数据,如有温升报警即使没有人值班可以及时把报警信息通过GPRS短信报警主机发送至需要管理人员的手机中,在第一时间能够掌握温度变化情况。管理工作站采用网络形式,在统一网络中相关的管理人员的电脑中安装相应的软件程序,根据各个部门的职责不同可以管理范围之内所有变电站的信息,通过图形、列表、历史曲线、实时曲线、报警等各种形式来进行监视。
系统正常运行时,值班人员可通过客户端直观地监测到电容器组各监测点的运行情况,将变电站内各电容器组各连接处的温度、无线测温传感器的运行情况等运行信息发送到变电站后台机或远程监控中心系统,在变电站后台机或监控中心随时调取各监测点的实时数据和历史记录。当系统异常运行时,通过实时数据与历史曲线的自动对比,在站内通过无线调整无线测温传感器的告警功能,及时发现点。
无线测温传感器在电容器组接线端子处安装。无线测温传感器按设定的周期把温度数据发送给温度显示仪,如果监测点温度异常时,无线测温传感器不受时限限定,立即发送温度信号,及时告警。无线测温传感器每个监测点安装一个探头,且每个探头对应唯一的ID编号,温度传感器把监测点的温度发送到变电站后台机或者监测中心的同时,也把探头的ID编号传输出来,通过存储器存储单元提前存储好的探头及传感器ID与安装监测点的对应,自动确定各监测点的温度。每个测温终端管理100只无线测温传感器,这些传感器的ID号需要事先配置保存到终端的flash中。
无线测温传感器将监测点的温度数据按(设备运行前设定)周期将自动发送,变电站后台机接收并自动存储各监测点的温度数据,通过实时数据与系统历史数据、变化曲线的对比进行分析,设定温度告警限值,当越限时立即告警,也可接入网络进行WEB发布。与以往的测温方式对比,避免了错报、误报、延报的现象,通过告警及数据查询判断电气设备连接点的过热时长,及设备的损坏程度。同时可以在手机上发送设备的温度告警,快速进行在现场核对,及时处理设备缺陷,延长设备使用寿命,提高系统运行的稳定性。
本发明的有益效果为:
本发明的有益效果为:本发明实用性强,效果突出,其优点为(1)通过采用太阳能自助供电,使用耐高温探头可靠的将电容器组接线端子处的温度实时发送到服务器上并进行监测,确保了电容器组接线端子温度在可限制范围内,保证了设备安全稳定运行,相比未加装该装置的情况进行比较,该装置的应用能对温度报警及时性,可靠性均有了明显提高,报警正确率100%,可有效、准确监测电容器发热的接线端子,缩小了故障查找的时间,提高了设备缺陷处理的效率,按照电容器组停电损失效益每小时10万元计,停电时间由原来的平均6个小时缩短到1个小时,缺陷处理效益损失减少50万元,可见,电网效益明显。(2)另外,加装该装置后,能够有效预防电容器组因发热熔断接线端子导致电网设备跳闸事件的发生,确保了设备安全稳定运行,提高了电网运行可靠性。
本发明装置采用传感技术、无线通讯技术将高压电气设备的温度进行信号转换并传输,它具有绝缘强度高、抗电磁干扰能力强的特点,很适合在高压电气设备高温触点处进行温度实时监测,不受被监测设备环境的约束,通过无线信号方式传输,安全绝缘,造价低廉。
附图说明
图1为本发明实施例的原理方框图;
图2为本发明实施例所述测温通信终端的原理方框图;
图3为为本发明实施例所述无线测温传感器的原理方框图;
图4为本发明实施例的工作流程。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明
如附图1、2、3所示,本发明一种变电站无线测温报警系统包括至少两台以上测温通信终端,和每个测温通信终端匹配的两台以上无线测温传感器、以及管理中心服务器;无线测温传感器通过无线信号与测温通信终端连接,测温通信终端与管理中心服务器连接,
测温通信终端由单片机主控电路、电源电路、串口通信电路、无线模块、显示模块构成;电源电路分别连接各模块向各模块提供电源输出,单片机主控电路的输出端通过串口通信电路连接无线模块,并通过无线模块连接到管理中心服务器上,单片机主控电路的另一输出端连接到显示模块的输入端;
无线测温传感器由电源模块,无线控制模块,温度采集模块构成,电源模块分别给无线控制模块和温度采集模块供电,温度采集模块的温度探测探头的输出端连接到无线控制模块的输入端,无线控制模块的输出端连接到管理中心服务器的输入端。
本发明中所述无线测温传感器温度测量单元采用高温陶瓷材质保护套包裹的热敏元件,通过防磁干扰的屏蔽线进行连接到无线测温终端装置中,同时该装置使用太阳能进行供电进行信号收集及发送;
本发明所述无线测温传感器其电源模块采用型号:BK20-500S24电源模块:由太阳能电池提供+5V高电平,Power接口接入,经过LM1117降压为+3.3V电平,模块提供高电平。P0.0—P0.7接数码管段选端D0-D7。);
无线模块控制模块:无线模块由P2口控制由NORDIC生产的工作在2.4GHz~2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片nRF24L01。
温度采集模块采用型号为DS18B20;:温度采集由DS18B20I/O端接入单片机P3.3口。单片机最小系统:X1,X2接外部振荡电路,RESET端接复位电路,EA端接;
测温通信终端由单片机主控电路、USB电源电路、串口通信电路、无线模块、显示模块构成;
所述单片机主控电路采用型号为STC89C52的最小系统所组成;显示模块采用LCD1602液晶显示器;USB电源电路采用型号为MKS-0502000US;+5V电源由USB接口提供给单片机和其他模块,LCD1602显示模块数据端接STC89C52单片机的P0口,RS,RW,E端分别接单片机的P2.0-P2.2接口。
本系统发送端采用DS18B20温度传感器采集温度,经STC89C5C2收集处理数据再由nRF24L01模块发送到接收端。其中包括DS18B20和nRF24L01模块的初始化配置。
本系统接收端采用nRF24L01无线模块接收发送端传来的温度数据,经单片机STC85C522在LCD1602液晶显示器上显示。其中包括nRF24L01模块和LCD1602液晶显示器的初始化。
数字温度传感器DS18B20体积更小、适用电压更宽、更经济。数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。一线总线独特而且经济的特点,使用户可轻松地组建传感器网络,为测量系统的构建引入全新概念。DS18B20支持"一线总线"接口,测量温度范围为-55°C~+125°C,在-10~+85°C范围内,精度为±0.5°C。现场温度直接以“一线总线”的数字方式传输,大大提高了系统的抗干扰性。
nRF24L01是一款新型单片射频收发器件,工作于2.4GHz~2.5GHzISM频段。内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器、调制器等功能模块,融合了增强型ShockBurst技术,中输出功率和通信频道可通过程序进行配置。nRF24L01功耗低,以-6dBm的功率发射时,作电流也只有9mA;收时,工作电流只有12.3mA,多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便。
如附图4所示本发明其工作过程为:无线测温传感器通过电容器组接线端子处的感温探头及连接信号线将监测到的温度,通过电路转换信号,把温度信号转换为无线信号并发送出来传递到测温通信终端;测温通信终端定时循环收集无线测温传感器发送出来的无线信号,通过数据转换电路把无线信号再还原为数字温度信号,通过485输出端口把数据发送至数据管理中心服务器上;数据管理中心服务器,通过专业的数据库形式,把各个变电站的温度信号集中采集和存储,所有站点的温度信号都要集中到数据管理中心服务器来管理和配置。数据管理中心服务器实时显示和存储各个监测点的数据,如有温升报警即使没有人值班可以及时把报警信息通过GPRS短信报警主机发送至需要管理人员的手机中,在第一时间能够掌握温度变化情况。管理工作站采用网络形式,在统一网络中相关的管理人员的电脑中安装相应的软件程序,根据各个部门的职责不同可以管理范围之内所有变电站的信息,通过图形、列表、历史曲线、实时曲线、报警等各种形式来进行监视。
系统正常运行时,值班人员可通过客户端直观地监测到电容器组各监测点的运行情况,将变电站内各电容器组各连接处的温度、无线测温传感器的运行情况等运行信息发送到变电站后台机或远程监控中心系统,在变电站后台机或监控中心随时调取各监测点的实时数据和历史记录。当系统异常运行时,通过实时数据与历史曲线的自动对比,在站内通过无线调整无线测温传感器的告警功能,及时发现点。
无线测温传感器主要由3个单元组成,分别为温度测量单元、无线传输单元和控制单元,在电容器组接线端子处安装。无线测温传感器按设定的周期把温度数据发送给温度显示仪,如果监测点温度异常时,无线测温传感器不受时限限定,立即发送温度信号,及时告警。无线测温传感器每个监测点安装一个探头,且每个探头对应唯一的ID编号,温度传感器把监测点的温度发送到变电站后台机或者监测中心的同时,也把探头的ID编号传输出来,通过存储器存储单元提前存储好的探头及传感器ID与安装监测点的对应,自动确定各监测点的温度。每个测温终端管理100只无线测温传感器,这些传感器的ID号需要事先配置保存到终端的flash中。
无线测温传感器将监测点的温度数据按(设备运行前设定)周期将自动发送,变电站后台机接收并自动存储各监测点的温度数据,通过实时数据与系统历史数据、变化曲线的对比进行分析,设定温度告警限值,当越限时立即告警,也可接入网络进行WEB发布。与以往的测温方式对比,避免了错报、误报、延报的现象,通过告警及数据查询判断电气设备连接点的过热时长,及设备的损坏程度。同时可以在手机上发送设备的温度告警,快速进行在现场核对,及时处理设备缺陷,延长设备使用寿命,提高系统运行的稳定性。

Claims (3)

1.一种变电站无线测温报警系统,其特征在于:该系统包括至少两台以上测温通信终端,和每个测温通信终端匹配的两个以上无线测温传感器,以及管理中心服务器;无线测温传感器通过无线信号与测温通信终端连接,测温通信终端与管理中心服务器连接;
测温通信终端由单片机主控电路、电源电路、串口通信电路、无线模块、显示模块构成;电源电路分别连接各模块向各模块提供电源输出,单片机主控电路的输出端通过串口通信电路连接无线模块,并通过无线模块连接到管理中心服务器,单片机主控电路的另一输出端连接到显示模块的输入端,无线模块一输入端接收来自无线测温传感器的信号输出到单片机主控电路;
无线测温传感器由电源模块,无线控制模块,温度采集模块构成,电源模块分别给无线控制模块和温度采集模块供电,温度采集模块的温度探测探头的输出端连接到无线控制模块的输入端,无线控制模块的输出端连接到测温通信终端的无线模块上。
2.根据权利要求1所述的一种变电站无线测温报警系统,其特征在于:所述无线测温传感器的温度采集模设有高温陶瓷材质保护套包裹在热敏元件外,通过防磁干扰的屏蔽线进行连接到无线测温终端装置中,同时该装置使用太阳能进行供电进行信号收集及发送。
3.根据权利要求1所述的一种变电站无线测温报警系统,其特征在于:
(1)、所述无线测温传感器其电源模块采用型号BK20-500S24,无线模块采用型号为nRF24L01;温度采集模块采用型号为DS18B20;
(2)所述测温通信终端其中单片机主控电路采用型号为STC89C52的最小系统所组成;显示模块采用型号为LCD1602的液晶显示器;电源电路采用型号为MKS-0502000US的USB电源;无线控制模块采用型号为nRF24L01。
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