CN107862845A - 配电变压器温度监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配电变压器温度监测方法，其是通过无线传输终端获取设置于配电变压器待测温区域的测温装置的测量数据，通过主要由相互通信的无线协调器、无线路由器和无线传输终端构成的多跳网络将测量数据上传至电子数据平台，电子数据平台对测量数据进行解析处理，将处理结果上传至上位机进行保存。在此方案中，利用无线传输终端、无线协调器、无线路由器搭建多跳网络，将配电变压器的温度测量数据传输至电子数据平台，并进行解析处理，将结果保存在上位机中，实现对配电变压器温度的自动测量采集和传输，无需维护人员到配电变压器现场进行查验，提高了温度数据的采集效率。

Description

配电变压器温度监测方法

技术领域

本发明涉及输配电技术领域，特别是涉及一种配电变压器温度监测方法。

背景技术

配电变压器是配电网中直接向低压终端用户供电的电力设备，保证配电变压器安全稳定运行将大大提高配网供电可靠性和供电质量。由于配电变压器分布非常广泛、数量巨大，给配电变压器的管理和维护带来了很大困难。

在维护配电变压器的过程中，配电变压器的温度是影响配电变压器正常运行的一个重要影响因素，目前的配电变压器都配备有温度传感器，但温度传感器一般只是设置温度显示器，维护时需要在配电变压器现场才能得知实时温度，对配电变压器的温度数据的采集效率较低。

发明内容

基于此，有必要针对传统的配电变压器的温度数据的采集效率较低的问题，提供一种配电变压器温度监测方法。

一种配电变压器温度监测方法，包括以下步骤：

无线传输终端获取配电变压器的测温装置的测量数据，其中，测温装置设置于配电变压器的待测温区域；

通过多跳网络将测量数据上传至电子数据平台，其中，多跳网络包括相互通信的无线协调器、无线路由器和无线传输终端，无线协调器与电子数据平台连接；

电子数据平台对测量数据进行解析处理，将处理结果上传至上位机进行保存。

根据上述本发明的配电变压器温度监测方法，其是通过无线传输终端获取设置于配电变压器待测温区域的测温装置的测量数据，通过主要由相互通信的无线协调器、无线路由器和无线传输终端构成的多跳网络将测量数据上传至电子数据平台，电子数据平台对测量数据进行解析处理，将处理结果上传至上位机进行保存。在此方案中，利用无线传输终端、无线协调器、无线路由器搭建多跳网络，将配电变压器的温度测量数据传输至电子数据平台，并进行解析处理，将结果保存在上位机中，实现对配电变压器温度的自动测量采集和传输，无需维护人员到配电变压器现场进行查验，提高了温度数据的采集效率。

附图说明

图1为本发明一个实施例中的配电变压器温度监测方法的流程示意图；

图2为本发明一个具体实施例中的无线传输终端、无线协调器、无线路由器、电子数据平台的连接示意图；

图3为本发明一个具体实施例中的无线传输终端、无线协调器、无线路由器、电子数据平台、交换机和前置机的连接示意图；

图4为本发明一个具体实施例中的MAX232/249电压驱动型驱动器的结构图；

图5为本发明一个具体实施例中的协调器、路由器和终端的拓扑结构图；

图6为本发明一个具体实施例中的XBee终端、XBee路由器和XBee协调器的示意图；

图7为本发明一个具体实施例中的XBee的数据帧格式示意图；

图8为本发明一个具体实施例中的Arduino命令台界面图；

图9为本发明一个具体实施例中的Arduino底层写入硬件规范的测试截面图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

参见图1所示，为本发明一个实施例的配电变压器温度监测方法的流程示意图。该实施例中的配电变压器温度监测方法包括以下步骤：

步骤S110：无线传输终端获取配电变压器的测温装置的测量数据，其中，测温装置设置于配电变压器的待测温区域；

在本步骤中，无线传输终端可以和配电变压器的测温装置连接，从而获取测温装置的测量数据；

步骤S120：通过多跳网络将测量数据上传至电子数据平台，其中，多跳网络包括相互通信的无线协调器、无线路由器和无线传输终端，无线协调器与电子数据平台连接；

在本步骤中，多跳网络可以主要由相互通信的无线协调器、无线路由器和无线传输终端构成，通过多跳网络将数据上传至电子数据平台；

步骤S130：电子数据平台对测量数据进行解析处理，将处理结果上传至上位机进行保存；

在本步骤中，在多跳网络中是以一定的数据帧格式进行数据传输的，电子数据平台接收到测量数据以后，可以对其进行解析，得到其中温度数据，并将温度数据作为处理结果保存在上位机中。

在本实施例中，通过无线传输终端获取设置于配电变压器待测温区域的测温装置的测量数据，通过主要由相互通信的无线协调器、无线路由器和无线传输终端构成的多跳网络将测量数据上传至电子数据平台，电子数据平台对测量数据进行解析处理，将处理结果上传至上位机进行保存。在此方案中，利用无线传输终端、无线协调器、无线路由器搭建多跳网络，将配电变压器的温度测量数据传输至电子数据平台，并进行解析处理，将结果保存在上位机中，实现对配电变压器温度的自动测量采集和传输，无需维护人员到配电变压器现场进行查验，提高了温度数据的采集效率。

可选的，无线协调器、无线路由器和无线传输终端上均设置有天线，加快数据的无线传输速率，天线可以是可拆卸式的。电子数据平台可以是一种电子数据解析器。

需要说明的是，在实际应用中，配电变压器的数量巨大，无线协调器可以将各个配电变压器的测量数据有序地发送至电子数据平台，保证准确获取到所有配电变压器的测量数据。

在其中一个实施例中，通过多跳网络将测量数据上传至电子数据平台的步骤包括以下步骤：

无线传输终端将测量数据发送至无线路由器，无线路由器接收测量数据并发送至无线协调器，无线协调器接收测量数据并发送至电子数据平台。

在本实施例中，根据配电变压器所在的位置的不同，可以选择不同的传输方式；在无线传输终端和无线协调器距离较远时，可以通过无线路由器来转发数据，以及时有效地将不同位置的配电变压器的温度测量数据传输至电子数据平台。

在其中一个实施例中，通过多跳网络将测量数据上传至电子数据平台的步骤包括以下步骤：

无线传输终端将测量数据发送至无线协调器，无线协调器接收测量数据并发送至电子数据平台。

在本实施例中，根据配电变压器所在的位置的不同，可以选择不同的传输方式；在无线传输终端和无线协调器距离较近时，无线传输装置可以将测量数据直接发送至无线协调器，实现以最快的速度将配电变压器的温度测量数据传输至电子数据平台。

在其中一个实施例中，无线路由器为两个以上，各无线路由器进行相互通信；

通过多跳网络将测量数据上传至电子数据平台的步骤包括以下步骤：

无线传输终端根据通信信号强度在无线协调器和所有的无线路由器中选取通信信号最强的当前目标接收器，并将测量数据发送至当前目标接收器，若当前目标接收器不是无线协调器，则当前目标接收器在无线协调器和未接收过测量数据的无线路由器中选取通信信号最强的下一目标接收器，并将测量数据发送至下一目标接收器，直至无线协调器接收到测量数据。

在本实施例中，无线路由器可以有多个，在无线传输终端通过无线路由器传输测量数据至无线协调器的过程中，可以对传输路径上的无线路由器进行选取，选取通信信号最强的无线路由器进行传输，实现动态选取最佳的无线路由器，提高传输中测量数据的完整性和准确性，避免出现因通信信号强度过低导致数据丢失的情形；而且，即使有个别无线路由器损坏或者无线路由器的传输线路阻塞，可以选取其他正常传输的无线路由器进行数据传输；如果在选取无线路由器的过程中，无线协调器的通信信号最强，则将测量数据传输至无线协调器，以最短路径来传输数据。

在其中一个实施例中，无线传输终端和无线路由器分别封装在不同的表面涂有反射涂层的保护盒中。

在本实施例中，在配电变压器所处的环境中可能会有较强的干扰信号，将无线传输终端和无线路由器分别封装在不同的表面涂有反射涂层的保护盒中，可以减少外界干扰信号对测量数据的影响。

可选的，可以采用8mm后的不锈钢带反射涂层的保护盒，无线协调器300也可以封装在保护盒中。

在其中一个实施例中，配电变压器温度监测方法还包括以下步骤：

上位机接收处理结果，根据处理结果获取配电变压器的类型和当前温度值，根据类型在预设的温度异常表中查找对应的温度告警阈值，在当前温度值大于温度告警阈值时进行告警，其中，温度异常表中记录配电变压器的类型和温度告警阈值的对应关系。

在本实施例中，上位机接收处理结果后，可以得到配电变压器的类型和当前温度值，并对照温度异常表确定当前温度值是否超过温度告警阈值，根据比较结果确定是否进行告警，如此可以实现对配电变压器的温度的实时告警监控，为配电设备的状态检修提供依据。

在其中一个实施例中，将处理结果上传至上位机进行保存的步骤包括以下步骤：

电子数据平台将处理结果发送至交换机，交换机通过光纤通信网将处理结果上传至前置机，前置机将处理结果发送至上位机。

在本实施例中，电子数据平台可以将处理结果发送至交换机，通过光纤通信网转发至前置机，再通过前置机发送至上位机，无需将电平数据平台与上位机进行有线连接，利用光纤通信网实现处理结果的远程传输，便于对配电变压器的温度数据进行远程监控。

在其中一个实施例中，无线传输终端获取配电变压器的测温装置的测量数据的步骤包括以下步骤：

在测温装置为温控装置时，无线传输终端通过数据转换器获取温控装置的测量数据。

在本实施例中，大部分电房已经安装有温度传感器和温控装置，而且温度传感器一般集成在温控装置中，无线传输终端无法直接与温度传感器连接，可以与温控装置连接，但是温控装置中的数据格式不一定适用于无线传输终端，此时无线传输终端可以通过数据转换器与温控装置连接，数据转换器可以对温控装置中的数据格式进行转换，并将转换后的数据直接传输至无线传输终端，有效利用温控装置的数据信息，提高信息利用率。

可选的，数据转换器可以采用MAX232/249电压驱动型驱动器。

可选的，对于新建的配电变压器，可以将无线传输装置直接与温度传感器连接，直接获取温度传感器的温度测量数据。

在其中一个实施例中，配电变压器温度监测方法还包括以下步骤：

在获取的测量数据相同且持续时间超过第一预设时长时，无线传输终端进入休眠模式，并开启第二预设时长倒计时；

在倒计时结束时，无线传输终端退出休眠模式，执行获取配电变压器的测温装置的测量数据的操作。

在本实施例中，无线传输终端在获取到相同测量数据的持续时间达到第一预设时长后，可以进入休眠模式，使无线传输终端在温度不变时停止工作，以节约电能；并且在第二预设时长倒计时结束时，重新获取配电变压器的测温装置的测量数据，及时监测配电变压器的温度。

在其中一个实施例中，无线传输终端包括XBee终端，无线路由器包括XBee路由器、第一XBee扩展板和第一Arduino电子板，无线协调器包括XBee协调器、第二XBee扩展板和第二Arduino电子板；

XBee路由器和第一Arduino电子板均搭载在第一XBee扩展板上，XBee协调器和第二Arduino电子板均搭载在第二XBee扩展板上；

XBee终端以AT模式进行通信，XBee路由器和XBee协调器均以API模式进行通信。

在本实施例中，无线传输终端、无线路由器、无线协调器均可以采用XBee技术的硬件架构，XBee硬件功耗低、无线信号传输距离远，可以自组Mesh网络，如此无线传输终端、无线路由器、无线协调器均可以作为节点构成多跳网络，生成多条传输路径进行数据传输；XBee终端可以通过AT模式进行通信，XBee路由器和XBee协调器通过XBee扩展板搭载Arduino电子板，Arduino电子板中编译XBee的API命令行，可根据使用情景进行逻辑判断，发送API指令，便于控制数据的传输。

需要说明的是，“第一”、“第二”等序数词只是为了区分所描述的对象，并不是对所描述对象本身的限定。

在一个具体的实施例中，配电变压器温度监测方法可以应用在配电变压器的参数监测场景中。

如图2所示，终端XBee与温度传感器放置于变压器待测温区域，路由器XBee捆绑Arduino放置于信号良好的空旷位置，协调器XBee捆绑Arduino与Arduino电子数据平台连接，Arduino电子数据平台与PC机连接，终端XBee、路由器XBee、协调器XBee上均设置有天线，天线尽量避免安装在电子设备众多、金属物件、人为能够破坏的环境。

在一种配电网络搭建方案中，利用XBee搭建配电网络，XBee终端连接对应的干式变压器温度传感器(或是变压器温控器)，集成现有的监测和自动化系统，聚合于协调器电房与路由节点电房，并将状态数据(如变压器绕组温升、告警、跳闸信号等)汇聚至后台，从而实现基于物联网的配电变压器温度监测。利用本发明可以获取配电变压器的温度，与配电自动化系统的遥测遥信数据互为补充，当网络达到一定数量级之后，实现基于大数据的配电设备的温度估计，从而为配电设备的检修提供技术支持。

对于新建变压器，终端节点采用温度传感器连接XBee(无线传输模块)。对于原有电房，终端节点采用单片机作为控制芯片，负责控制变压器温控表的数据读取工作。在接收到控制数据帧之后，XBee通过自组的Mesh网络经多重跳跃(Multi-Hop)的方式发送给协调器。在此过程中，协调器负责将数据传输给Arduino电子数据平台，而Arduino电子数据平台将会对封装的数据帧进行解析并上传过滤后的数据给PC机，PC机再通过数据处理程序将数据存于数据库中。在整个系统结构中要用到路由器，路由器的电路部分和终端节点的电路完全一样，只是在XBee-Pro的配置中与终端节点配置不同，终端是配置成ZIGBEEENDDEVICE，而路由器是配置成ZIGBEE ROUTER模式。如果中间距离较长的话，或者有强烈的干扰的情况下，可以考虑多加几个路由器XBee与封装8mm的不锈钢带反射涂层的保护盒。

在另一种配电网络搭建方案中，如图3所示，可以利用现有的配电通信网络将Arduino电子数据平台的数据传输至交换机，通过光纤通信网将数据传输至前置机，前置机再将数据传输至PC机。考虑到大部分旧电房已经安装了温度传感器与温控装置，因此需要一种方式将温控装置的数据转换到XBee可采集的的数据。采用MAX232/249电压驱动型驱动器对温控装置的数据进行转换，输出TTL信号，无需外接电源，如图4所示，最后将数据通过Mesh网络跳转到协调器并利用光纤通信网传到前置机，采用web service将变压器监测数据采集到PC机。

本实施例中涉及的硬件主要有XBee，Arduino电子板，XBee扩展板，LM35温度传感器，16x2规格的LCD显示屏、其他电路杂项等。如图5所示，在XBee搭建的配电网络中，有且只有一个协调器，不同区域的赔垫网络中可以各配置一个协调器，如图3所示；在当前区域的协调器失效，当前区域的整个网络失效。协调器永远不能被关闭电源。XBee路由器可以有很多个，每个路由器也可以作为连接传感器的部分，路由器也永远不能被关闭电源，但是可以允许小部分失效。XBee终端作为连接传感器的主力节点，一般只负责把数据传输到上一级即可，没有新数据时可以处于休眠模式，可以设置休眠状态与何时被唤醒等，以节约电能。

无线通信采取API/AT混合模式进行数据传输。采用API模式的XBee均与Arduino电子板连接。其中Arduino电子板编译了XBee的API命令行，可根据使用情景进行逻辑判断发送API命令，同时用作XBee无线模块的搭载器，也用作外置LCD显示的连接板。XBee利用XBee扩展板直接与Arduino电子板相连，XBee扩展板同时方便XBee的调试上传工作。

温度传感器可以采用LM35温度传感器，LM35额定温度监测范围为-40℃到+110℃。提供±1/4℃的常用的室温精度。

LCD显示屏用以显示当前接收到的数据。在实际方案中还可以显示上一级的信号强度。

电路杂项对不同接地进行简单的滤波，分配电压等。

如图6所示，XBee终端采取AT模式通信，XBee协调器与XBee路由器采取API模式通信。采用AT模式通信的XBee无需Arduino。

在调试XBee的过程中，需要对XBee收发的指令进行逻辑判断与编辑。这些指令集通常被称作XBee的数据帧格式。XBee的数据帧格式如图7所示，Start Delimiter：均为0x7E，表示一个帧的开始，占据第一个字节；Length:表示帧数据的长度，占据第二个和第三个字节，分成高字节和低字节，内容由Frame Data(即上图API-specific Structure)的长度决定；Frame Data:由内容不同帧的类型决定，长度不确定，从第4字节到第N字节；APIIdentifier是必须的，占据第4字节，该字节表示API Operation的类型；Checksum：用来校验数据帧的正确与否，占据第N+1个字节的位置，计算方法为FF—(除去Start Delimiter和API length之外的所有字节之和的最后两位)。

在本实施例中，终端以AT模式发送采集率为100ms的温度数据，协调器接收到的是API Identifier为0x92(Zigbee IO Data Sampler Rx Indicator)的数据格式。协调器转发给路由器的是API Identifier为0x10(Zigbee Transmit Request)的数据格式。路由器接收到的是API Identifier为0x8B(Zigbee Transmit Status)的数据格式。所有数据均采取广播模式收发。采用统一的PAN(Personal Area ID)进行联网。

在使用XBee终端、XBee路由器、XBee协调器之前需要进行测试，在测试过程中，将天线充分暴露在环境中以获取更好的信号质量。测试均采用USB线进行供电，分为组装LCD前的测试与组装LCD后的测试。组装LCD前的测试直接用PC端的Arduino Console进行数据监测，组装LCD后的测试无需依赖PC端即可实时查收数据。图8为Arduino命令台界面，图9为底层写入硬件规范的测试。

XBee终端、XBee路由器、XBee协调器均可以作为节点，在实际的产品中，最多支持256个节点，最大8级路由，自动组建网络，自动发现和删除节点；任意节点既可以作为子节点，又可以作为父节点，动态选择最佳路由，任意节点都具有路由器与中继功能，任一线路被阻塞，节点自动选择新路径进行数据传输，节点采用呼吸工作方式，间歇监听网关发出的唤醒信号，通过网关发送命令，可以了解网络节点的数量、地址、级数以及路由等。节点之间动态选择最佳路由；数据可双向传输，及时报警，减少人力成本，温度实时监控，数据集中管理，安全方便；XBee组建局域网，自组网本身安全防护等级高，避免采用数据通信网，降低网络建设成本。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成。所述的程序可以存储于可读取存储介质中。该程序在执行时，包括上述方法所述的步骤。所述的存储介质，包括：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种配电变压器温度监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

无线传输终端获取配电变压器的测温装置的测量数据，其中，所述测温装置设置于所述配电变压器的待测温区域；

通过多跳网络将所述测量数据上传至电子数据平台，其中，所述多跳网络包括相互通信的无线协调器、无线路由器和所述无线传输终端，所述无线协调器与所述电子数据平台连接；

所述电子数据平台对所述测量数据进行解析处理，将处理结果上传至上位机进行保存。

2.根据权利要求1所述的配电变压器温度监测方法，其特征在于，所述通过多跳网络将所述测量数据上传至电子数据平台的步骤包括以下步骤：

所述无线传输终端将所述测量数据发送至所述无线路由器，所述无线路由器接收所述测量数据并发送至所述无线协调器，所述无线协调器接收所述测量数据并发送至所述电子数据平台。

3.根据权利要求1所述的配电变压器温度监测方法，其特征在于，所述通过多跳网络将所述测量数据上传至电子数据平台的步骤包括以下步骤：

所述无线传输终端将所述测量数据发送至所述无线协调器，所述无线协调器接收所述测量数据并发送至所述电子数据平台。

4.根据权利要求1所述的配电变压器温度监测方法，其特征在于，所述无线路由器为两个以上，各所述无线路由器进行相互通信；

所述通过多跳网络将所述测量数据上传至电子数据平台的步骤包括以下步骤：

所述无线传输终端根据通信信号强度在所述无线协调器和所有的无线路由器中选取通信信号最强的当前目标接收器，并将所述测量数据发送至所述当前目标接收器，若所述当前目标接收器不是所述无线协调器，则当前目标接收器在所述无线协调器和未接收过所述测量数据的无线路由器中选取通信信号最强的下一目标接收器，并将所述测量数据发送至所述下一目标接收器，直至所述无线协调器接收到所述测量数据。

5.根据权利要求1所述的配电变压器温度监测方法，其特征在于，所述无线传输终端和所述无线路由器分别封装在不同的表面涂有反射涂层的保护盒中。

6.根据权利要求1所述的配电变压器温度监测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

所述上位机接收所述处理结果，根据所述处理结果获取配电变压器的类型和当前温度值，根据所述类型在预设的温度异常表中查找对应的温度告警阈值，在所述当前温度值大于所述温度告警阈值时进行告警，其中，所述温度异常表中记录配电变压器的类型和温度告警阈值的对应关系。

7.根据权利要求1所述的配电变压器温度监测方法，其特征在于，所述将处理结果上传至上位机进行保存的步骤包括以下步骤：

所述电子数据平台将所述处理结果发送至交换机，所述交换机通过光纤通信网将所述处理结果上传至前置机，所述前置机将所述处理结果发送至所述上位机。

8.根据权利要求1所述的配电变压器温度监测方法，其特征在于，所述无线传输终端获取配电变压器的测温装置的测量数据的步骤包括以下步骤：

在所述测温装置为温控装置时，所述无线传输终端通过数据转换器获取温控装置的测量数据。

9.根据权利要求1所述的配电变压器温度监测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在获取的测量数据相同且持续时间超过第一预设时长时，所述无线传输终端进入休眠模式，并开启第二预设时长倒计时；

在所述倒计时结束时，所述无线传输终端退出休眠模式，执行获取配电变压器的测温装置的测量数据的操作。

10.根据权利要求1至9中任意一项所述的配电变压器温度监测方法，其特征在于，所述无线传输终端包括XBee终端，所述无线路由器包括XBee路由器、第一XBee扩展板和第一Arduino电子板，所述无线协调器包括XBee协调器、第二XBee扩展板和第二Arduino电子板；

所述XBee路由器和所述第一Arduino电子板均搭载在所述第一XBee扩展板上，所述XBee协调器和所述第二Arduino电子板均搭载在所述第二XBee扩展板上；

所述XBee终端以AT模式进行通信，所述XBee路由器和所述XBee协调器均以API模式进行通信。