CN112068620A - 一种变电站端子箱温湿度智能调控装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变电站端子箱温湿度智能调控装置及方法，装置包括外壳，其内部设置温湿度传感模块、控制模块、数据传输模块、电源模块；温湿度传感模块与控制模块电连接；控制模块与数据传输模块通信连接；数据传输模块与上位机通信连接；电源模块外接电源；电源模块与温湿度传感模块、控制模块、数据传输模块电连接。方法包括：上位机系统、传感器、无线模式的初始化；温湿度传感模块采集温湿度数据并传输至控制模块；控制模块接收数据并转化为电信号，经数据传输模块发送至上位机；上位机接收电信号并显示，根据电信号进行自动闭环控制；并传输至状态异常智能预测模型，进行配电房运行状态分析。本发明提高了数据采集效率；增加通信功能。

Description

一种变电站端子箱温湿度智能调控装置及方法

技术领域

本发明涉及变电站端子箱温湿度调控技术领域，更具体地，涉及一种变电站端子箱温湿度智能调控装置及方法。

背景技术

由于变电站端子箱大多安装在室外，空气温湿度的变化会导致端子箱内凝露、滴水现象频发，进而促使二次回路绝缘受损，甚至造成短路。如果端子排或继电器接点短路，将直接造成保护误动。而端子箱受潮，端子排螺丝和连接片容易生锈，进而促使二次端子接触不良，电流回路端子发热甚至造成开路，可能引起保护拒动或误动，发生安全事故。这些因素都严重影响变电站的安全稳定运行。但是现有的变电站端子箱监控设备缺乏统一的通讯接口和通讯协议，大多不具备通信功能，无法将温度、湿度数据集中上传，且数据基本通过人工巡检采集，效率低下，导致加热、通风设备故障难以及时发现，常常因维护不到位而导致箱内环境恶化。另外，现有监控设备不但无法完成变电站端子箱内部环境温度和湿度的自动闭环控制，也不具备配电房运行状态评估功能。再者，维修过程中，需要对监控设备中的传感器整个更换，维护成本高。

在现有技术中，公开号为CN103353315A的中国发明专利，于2013年10月16日公开了一种变电站户外端子箱温湿度实时在线监测装置，包括温度传感器和湿度传感器，能将检测的信息以电信号传送至远动屏，并通过网络传送至变电站当地及调度监控系统上位机。虽然该方案通过采集端子箱内温湿度数据，在一定程度上实现了实时监测，但是并未能完全解决上述问题，因此，用户急需一种变电站端子箱温湿度智能调控装置及方法。

发明内容

本发明为克服上述现有变电站端子箱监控设备温湿度数据采集效率低下、通信功能缺失、温湿度自动闭环控制功能缺失、配电房运行状态评估功能缺失等问题，提供了一种变电站端子箱温湿度智能调控装置及方法。

本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

首先提出了一种变电站端子箱温湿度智能调控装置，包括外壳；所述外壳内部设置有温湿度传感模块、控制模块、数据传输模块、电源模块；其中：所述温湿度传感模块输出端与控制模块输入端电连接；所述控制模块发送端与数据传输模块接收端通信连接；所述数据传输模块发送端与上位机接收端通信连接；所述电源模块输入端外接电源；所述电源模块输出端分别与温湿度传感模块输入端、控制模块输入端、数据传输模块输入端电连接。

优选地，所述温湿度传感模块包括温度传感模块、湿度传感模块；其中：所述温度传感模块输出端、湿度传感模块输出端均与控制模块输入端电连接；所述湿度传感模块输入端、湿度传感模块输入端均与电源模块输出端电连接。

优选地，所述控制模块包括单片机、A/D转换模块；其中：所述单片机输入端分别与温度传感模块输出端、湿度传感模块输出端电连接；所述单片机输出端与A/D转换模块输入端电连接；所述A/D转换模块发送端与数据传输模块接收端通信连接。

优选地，所述数据传输模块包括Zigbee无线通信芯片、485有线通信芯片；其中：所述Zigbee无线通信芯片接收端、485有线通信芯片接收端均与A/D转换模块发送端通信连接；所述Zigbee无线通信芯片发送端、485有线通信芯片发送端均与上位机接收端通信连接。

优选地，所述电源模块包括MP265主降压模块、DC5V第一转换模块、DC3.3V转换模块、DC5V第二模块；其中：所述MP265主降压模块输入端外接电源；所述MP265主降压模块输出端分别与DC5V第一转换模块输入端、DC3.3V转换模块输入端、DC5V第二模块输入端电连接；所述DC5V第一转换模块输出端分别与温度传感模块输入端、湿度传感模块输入端电连接；所述DC3.3V转换模块输出端分别与单片机输入端、A/D转换模块输入端电连接；所述DC5V第二模块输出端分别与Zigbee无线通信芯片输入端、485有线通信芯片输入端电连接。

优选地，所述外壳上表面设置有显示屏；外壳侧面设置有电源输入口；外壳侧面还开有进气小孔。

其次提出了一种变电站端子箱温湿度智能调控方法，包括以下步骤：S1：上位机系统初始化，并进行传感器初始化、无线模式初始化；S2：温湿度传感模块采集温湿度数据并传输至控制模块；S3：控制模块将接收到的温湿度数据转化为电信号，并经过数据传输模块发送至上位机；S4：上位机接收电信号并显示，然后根据电信号进行自动闭环控制；同时将电信号传输至状态异常智能预测模型，进行配电房运行状态分析。

优选地，步骤S4中所述自动闭环控制的具体过程为：S401：将电信号与预设限值进行比较，判断其是否大于预设限值；S402：若电信号小于等于预设限值，则返回至采集温湿度数据步骤；S403：若电信号大于预设限值，则上位机显示状态异常，并通过智能网关驱动加热器或冷却器工作以调节温湿度，直至电信号低于预设限值。

优选地，步骤S4中所述配电房运行状态分析的具体过程为：S411：状态异常智能预测模型根据电信号进行分析，并结合端子箱正常运行状态标准，判断温湿度传感模块是否有故障风险；S412：若无故障风险，则返回至采集温湿度数据步骤；S413：若有故障风险，则状态异常智能预测模型输出状态显示异常标签，并发送检修警报。

优选地，步骤S4中所述状态异常智能预测模型的构建过程为：S421：获取变电站端子箱温湿度数据，并采用多数据融合技术提取数据特征，然后进行数据融合；S422：基于模糊理论和神经网络的人工智能算法建立模型并进行训练；S423：使用训练好的模型进行预测，并验证模型的准确性，判断是否满足使用要求；S424：若不满足要求，则对模型进行优化后重新验证；若满足要求，则完成状态异常智能预测模型的构建。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明首先提出一种变电站端子箱温湿度智能调控装置，通过温湿度传感模块和控制模块的配合，极大提高了变电站端子箱内温湿度数据的采集效率和处理效率；同时，通过数据传输模块的使用，填补了通信功能的缺陷，避免数据不能集中上传；本发明还提出了一种变电站端子箱温湿度智能调控方法，通过结合智能网关，实现自动闭环控制，使得变电站端子箱内的温湿度保持在合理范围；最后，还建立了状态异常智能预测模型，通过评估配电房运行状态，提前预知装置故障。

附图说明

图1为本发明一种变电站端子箱温湿度智能调控装置外观示意图；

图2为本发明一种变电站端子箱温湿度智能调控装置正视图；

图3为本发明一种变电站端子箱温湿度智能调控装置内部模块示意图；

图4为本发明一种变电站端子箱温湿度智能调控方法流程图；

图5为本发明方法温湿度检测流程图；

图6为本发明方法状态异常智能预测模型构建流程图；

图7为本发明方法无线模式数据处理流程图；

图中标号分别代表：1外壳；2温湿度传感模块；3控制模块；4数据传输模块；5电源模块；6显示屏；7电源输入口；8进气小孔；21温度传感模块；22湿度传感模块；31单片机；32A/D转换模块；41 Zigbee无线通信芯片；42 485有线通信芯片；51 MP265主降压模块；52DC5V第一转换模块；53 DC3.3V转换模块；54 DC5V第二模块。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

实施例1

如图1、图3所示，一种变电站端子箱温湿度智能调控装置，包括外壳1；所述外壳1内部设置有温湿度传感模块2、控制模块3、数据传输模块4、电源模块5；其中：所述温湿度传感模块2输出端与控制模块3输入端电连接；所述控制模块3发送端与数据传输模块4接收端通信连接；所述数据传输模块4发送端与上位机接收端通信连接；所述电源模块5输入端外接电源；所述电源模块5输出端分别与温湿度传感模块2输入端、控制模块3输入端、数据传输模块4输入端电连接。

上述方案中，温湿度传感模块2负责采集变电站端子箱内温湿度数据，并传输至控制模块3；控制模块3读取数据后转换为数字信号，并发送至数据传输模块4中；数据传输模块4通过通讯接口与上位机实现通讯，无需额外电路；电源模块5外接24V直流电源，并进行电压转换，为温湿度传感模块2、控制模块3、数据传输模块4供电。

具体地，所述温湿度传感模块2包括温度传感模块21、湿度传感模块22；其中：所述温度传感模块21输出端、湿度传感模块22输出端均与控制模块3输入端电连接；所述温度传感模块21输入端、湿度传感模块22输入端均与电源模块5输出端电连接。

上述方案中，温度传感模块21、湿度传感模块22采用MEMS(微型电子机械系统)封装技术，大大降低传感器体积，方便集成，维护也更加简单。

具体地，所述控制模块3包括单片机31、A/D转换模块32；其中：所述单片机31输入端分别与温度传感模块21输出端、湿度传感模块22输出端电连接；所述单片机31输出端与A/D转换模块32输入端电连接；所述A/D转换模块32发送端与数据传输模块4接收端通信连接。

上述方案中，单片机31采用GD32E230C8T6型单片机，集成度极高，读写速度快，用于读取温湿度数据；A/D转换模块32用于将温湿度数据转换为数字信号，并通过同步异步接收发射机(USART)端口发送至数据传输模块4，无需额外电路。

具体地，所述数据传输模块4包括Zigbee无线通信芯片41、485有线通信芯片42；其中：所述Zigbee无线通信芯片41接收端、485有线通信芯片42接收端均与A/D转换模块32发送端通信连接；所述Zigbee无线通信芯片41发送端、485有线通信芯片42发送端均与上位机接收端通信连接。

上述方案中，Zigbee无线通信芯片41采用型号为F8913D，具有一般模式、唤醒模式、定时休眠模式、深度休眠模式；485有线通信芯片42噪声抑制高、传输速率高。

具体地，所述电源模块5包括MP265主降压模块51、DC5V第一转换模块52、DC3.3V转换模块53、DC5V第二模块54；其中：所述MP265主降压模块51输入端外接电源；所述MP265主降压模块51输出端分别与DC5V第一转换模块52输入端、DC3.3V转换模块53输入端、DC5V第二模块54输入端电连接；所述DC5V第一转换模块52输出端分别与温度传感模块21输入端、湿度传感模块22输入端电连接；所述DC3.3V转换模块53输出端分别与单片机31输入端、A/D转换模块32输入端电连接；所述DC5V第二模块54输出端分别与Zigbee无线通信芯片41输入端、485有线通信芯片42输入端电连接。

上述方案中，电源模块5外接24V直流电源，先经过MP265主降压模块51进行电压转换，然后分别经过DC5V第一转换模块52、DC5V第二模块54，将电压转换至5V供温度传感模块21、湿度传感模块22使用；经过DC3.3V转换模块53，将电压转换至3.3V供单片机31、A/D转换模块32使用。

如图2所示，具体地，所述外壳1上表面设置有显示屏6；外壳1侧面设置有电源输入口7；外壳1侧面还开有进气小孔8。

上述方案中，变电站端子箱内空气从进气小孔8进入外壳1内部，以便温湿度传感模块2进行检测；电源输入口7分别包括两个正输入端和两个负输入端，以接入24V直流电源；显示屏6为LCD液晶显示屏，方便现场直观显示当前温湿度值。

如图4、图7所示，一种变电站端子箱温湿度智能调控方法，包括以下步骤：S1：上位机系统初始化，并进行传感器初始化、无线模式初始化；S2：温湿度传感模块采集温湿度数据并传输至控制模块；S3：控制模块将接收到的温湿度数据转化为电信号，并经过数据传输模块发送至上位机；S4：上位机接收电信号并显示，然后根据电信号进行自动闭环控制；同时将电信号传输至状态异常智能预测模型，进行配电房运行状态分析。

上述方案中，初始化工作完成后，上位机系统开始轮巡接收数据，如果收到Zigbee无线通信芯片的数据，将进行有效性判断和CRC校检判断，判断通过后将进入具体的数据处理流程，包括查询测量值、参数设置；在数据处理完毕后，又开始新一轮的循环。

如图5所示，具体地，步骤S4中所述自动闭环控制的具体过程为：S401：将电信号与预设限值进行比较，判断其是否大于预设限值；S402：若电信号小于等于预设限值，则返回至采集温湿度数据步骤；S403：若电信号大于预设限值，则上位机显示状态异常，并通过智能网关驱动加热器或冷却器工作以调节温湿度，直至电信号低于预设限值。

上述方案中，确保温度再要求范围内；确保湿度保持在露点之上，防止产生冷凝水。

具体地，步骤S4中所述配电房运行状态分析的具体过程为：S411：状态异常智能预测模型根据电信号进行分析，并结合端子箱正常运行状态标准，判断温湿度传感模块是否有故障风险；S412：若无故障风险，则返回至采集温湿度数据步骤；S413：若有故障风险，则状态异常智能预测模型输出状态显示异常标签，并发送检修警报。

上述方案中，对配电房运行状况进行分析后，给予超前性的预告和警示；若模型输出状态显示异常标签，则需对温湿度传感模块进行检修，而且只需更换传感器的零件，无需对整个更替。

如图6所示，具体地，步骤S4中所述状态异常智能预测模型的构建过程为：S421：获取变电站端子箱温湿度数据，并采用多数据融合技术提取数据特征，然后进行数据融合；S422：基于模糊理论和神经网络的人工智能算法建立模型并进行训练；S423：使用训练好的模型进行预测，并验证模型的准确性，判断是否满足使用要求；S424：若不满足要求，则对模型进行优化后重新验证；若满足要求，则完成状态异常智能预测模型的构建。

上述方案中，状态异常智能预测模型训练时的样本对象以及检测对象包括有气体浓度、气体种类。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变电站端子箱温湿度智能调控装置，其特征在于，包括外壳(1)；所述外壳(1)内部设置有温湿度传感模块(2)、控制模块(3)、数据传输模块(4)、电源模块(5)；其中：

所述温湿度传感模块(2)输出端与控制模块(3)输入端电连接；

所述控制模块(3)发送端与数据传输模块(4)接收端通信连接；

所述数据传输模块(4)发送端与上位机接收端通信连接；

所述电源模块(5)输入端外接电源；

所述电源模块(5)输出端分别与温湿度传感模块(2)输入端、控制模块(3)输入端、数据传输模块(4)输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的一种变电站端子箱温湿度智能调控装置，其特征在于，所述温湿度传感模块(2)包括温度传感模块(21)、湿度传感模块(22)；其中：

所述温度传感模块(21)输出端、湿度传感模块(22)输出端均与控制模块(3)输入端电连接；

所述温度传感模块(21)输入端、湿度传感模块(22)输入端均与电源模块(5)输出端电连接。

3.根据权利要求2所述的一种变电站端子箱温湿度智能调控装置，其特征在于，所述控制模块(3)包括单片机(31)、A/D转换模块(32)；其中：

所述单片机(31)输入端分别与温度传感模块(21)输出端、湿度传感模块(22)输出端电连接；

所述单片机(31)输出端与A/D转换模块(32)输入端电连接；

所述A/D转换模块(32)发送端与数据传输模块(4)接收端通信连接。

4.根据权利要求3所述的一种变电站端子箱温湿度智能调控装置，其特征在于，所述数据传输模块(4)包括Zigbee无线通信芯片(41)、485有线通信芯片(42)；其中：

所述Zigbee无线通信芯片(41)接收端、485有线通信芯片(42)接收端均与A/D转换模块(32)发送端通信连接；

所述Zigbee无线通信芯片(41)发送端、485有线通信芯片(42)发送端均与上位机接收端通信连接。

5.根据权利要求4所述的一种变电站端子箱温湿度智能调控装置，其特征在于，所述电源模块(5)包括MP265主降压模块(51)、DC5V第一转换模块(52)、DC3.3V转换模块(53)、DC5V第二模块(54)；其中：

所述MP265主降压模块(51)输入端外接电源；

所述MP265主降压模块(51)输出端分别与DC5V第一转换模块(52)输入端、DC3.3V转换模块(53)输入端、DC5V第二模块(54)输入端电连接；

所述DC5V第一转换模块(52)输出端分别与温度传感模块(21)输入端、湿度传感模块(22)输入端电连接；

所述DC3.3V转换模块(53)输出端分别与单片机(31)输入端、A/D转换模块(32)输入端电连接；

所述DC5V第二模块(54)输出端分别与Zigbee无线通信芯片(41)输入端、485有线通信芯片(42)输入端电连接。

6.根据权利要求1所述的一种变电站端子箱温湿度智能调控装置，其特征在于，所述外壳(1)上表面设置有显示屏(6)；外壳(1)侧面设置有电源输入口(7)；外壳(1)侧面还开有进气小孔(8)。

7.一种变电站端子箱温湿度智能调控方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：上位机系统初始化，并进行传感器初始化、无线模式初始化；

S2：温湿度传感模块采集温湿度数据并传输至控制模块；

S3：控制模块将接收到的温湿度数据转化为电信号，并经过数据传输模块发送至上位机；

S4：上位机接收电信号并显示，然后根据电信号进行自动闭环控制；同时将电信号传输至状态异常智能预测模型，进行配电房运行状态分析。

8.根据权利要求7所述的一种变电站端子箱温湿度智能调控方法，其特征在于，步骤S4中所述自动闭环控制的具体过程为：

S401：将电信号与预设限值进行比较，判断其是否大于预设限值；

S402：若电信号小于等于预设限值，则返回至采集温湿度数据步骤；

S403：若电信号大于预设限值，则上位机显示状态异常，并通过智能网关驱动加热器或冷却器工作以调节温湿度，直至电信号低于预设限值。

9.根据权利要求7所述的一种变电站端子箱温湿度智能调控方法，其特征在于，步骤S4中所述配电房运行状态分析的具体过程为：

S411：状态异常智能预测模型根据电信号进行分析，并结合端子箱正常运行状态标准，判断温湿度传感模块是否有故障风险；

S412：若无故障风险，则返回至采集温湿度数据步骤；

S413：若有故障风险，则状态异常智能预测模型输出状态显示异常标签，并发送检修警报。

10.根据权利要求7所述的一种变电站端子箱温湿度智能调控方法，其特征在于，步骤S4中所述状态异常智能预测模型的构建过程为：

S421：获取变电站端子箱温湿度数据，并采用多数据融合技术提取数据特征，然后进行数据融合；

S422：基于模糊理论和神经网络的人工智能算法建立模型并进行训练；

S423：使用训练好的模型进行预测，并验证模型的准确性，判断是否满足使用要求；

S424：若不满足要求，则对模型进行优化后重新验证；若满足要求，则完成状态异常智能预测模型的构建。

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