CN113063458A - 一种变电站箱体进水与凝露的监测系统 - Google Patents

一种变电站箱体进水与凝露的监测系统 Download PDF

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李以然
尤敏
汤明
方扬
蒋威
施羽展
童佳明
吴邦
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Abstract

本发明提出了一种变电站箱体进水与凝露的监测系统，所述监测系统包括水浸传感模块、温湿度传感模块、控制器、以及云平台；水浸传感模块用于采集变电站箱体表面的进水与凝露信号；温湿度传感模块用于采集变电站箱体内部的温湿度信号；控制器用于根据进水与凝露信号、温湿度信号生成监测信息，将监测信息发送给云平台；云平台用于根据接收到的监测信息生成变电站箱体内部的温湿度图像，以及对进水与凝露的异常情况进行报警。在监测变电站箱体内部温湿度的基础上，可以监测箱体表面的凝露与进水情况，并及时上报到监测系统的云平台，既提高了监测精度，又能使运维人员及时的对异常情况做出响应。

Description

一种变电站箱体进水与凝露的监测系统
技术领域
本发明属于设备箱体进水监测领域，尤其涉及一种变电站箱体进水与凝露的监测系统。
背景技术
近几年以来，电网规模的不断扩大，社会用电量大幅增加，对电力系统供电可靠性的要求越来越高，变电站内有着大量户外端子箱、电源箱、接线盒等设备箱体。如果这些箱体受到户外环境影响而驱潮设备异常，将会导致内部设备进水、凝露、受潮等问题，进而引发内部装置故障。通常通过监测变电站箱体内部的湿度来判断是否发生进水情况，这种方法一方面存在监测灵敏度不高的缺点，无法准确监测到变电站箱体表面的凝露情况，另一方面也会造成异常告警不及时，导致箱体凝露或进水受潮后未及时采取有效措施而造成设备故障的事故屡有发生，严重影响了设备和电网的安全稳定运行。
发明内容
为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本发明提出了一种变电站箱体进水与凝露的监测系统，所述监测系统包括水浸传感模块、温湿度传感模块、控制器、以及云平台；
水浸传感模块用于采集变电站箱体表面的进水与凝露信号；
温湿度传感模块用于采集变电站箱体内部的温湿度信号；
控制器用于根据进水与凝露信号、温湿度信号生成监测信息，将监测信息发送给云平台；
云平台用于根据接收到的监测信息生成变电站箱体内部的温湿度图像，以及对进水与凝露的异常情况进行报警。
可选的，所述水浸传感模块的电路包括：
第一水浸传感器中的可变电容C_HUMIDITY_1并联在电阻R165的两端，电阻R165的一端接地，另一端经电阻R174连接WATER_PWM_OUT端口，电阻R165的另一端还连接电阻R171的一端，电阻R171的另一端连接控制芯片U1的PA0-WKUP引脚；
第二水浸传感器中的可变电容C_HUMIDITY_2并联在电阻R167的两端，电阻R167的一端接地，另一端经电阻R176连接WATER_PWM_OUT端口，电阻R167的另一端还连接电阻R173的一端，电阻R173的另一端连接控制芯片U1的PA5引脚。
具体的，所述第一水浸传感器和所述第二水浸传感器均为线缆式水浸传感器，第一水浸传感器放置在变电站箱体的外表面，第二水浸传感器放置在变电站箱体的内表面。
可选的，所述温湿度传感模块的电路包括：
温湿度传感器芯片U8的VSS引脚接地，温湿度传感器芯片U8的VDD引脚连接3.3V供电端，温湿度传感器芯片U8的VDD引脚还经电容C75接地，传感器芯片U8的SCL引脚连接控制芯片U1的PB8引脚，温湿度传感器芯片U8的SDA引脚连接控制芯片U1的PB9引脚，电阻R168并联在温湿度传感器芯片U8的VDD引脚和SCL引脚之间，电阻R169并联在温湿度传感器芯片U8的VDD引脚和SDA引脚之间。
具体的，所述温湿度传感器芯片U8放置在变电站箱体的内部。
可选的，所述控制器的电路包括：
控制芯片U1的OSC_IN/PD0引脚经电容C11接地，控制芯片U1的OSC_OUT/PD1引脚经电容C12接地，同时晶振Y1和电阻R9分别并联在OSC_IN/PD0引脚和OSC_OUT/PD1引脚之间；
控制芯片U1的VSS_1引脚、VSS_2引脚、VSS_3引脚和VSSA引脚均接地，控制芯片U1的BOOT0引脚经电阻R2接地，控制芯片U1的VBAT引脚、VDD_1引脚、VDD_2引脚、VDD_3引脚、VDDA引脚均连接3.3V供电端，同时控制芯片U1的VBAT引脚与VDD_1引脚相连，控制芯片U1的NRST引脚经电阻R1连接3.3V供电端；
控制芯片U1的VDDA引脚经电容C9接地，电容C9的两端还并联有电容C10，控制芯片U1的VDD_1引脚经电容C14接地，控制芯片U1的VDD_2引脚经电容C15接地，控制芯片U1的VDD_3引脚经电容C16接地，控制芯片U1的NRST引脚经电容C13接地。
可选的，所述云平台的架构包括管理层、接口层、应用层以及日志存储层；
其中，管理层用于处理业务逻辑，接口层用于对外提供服务接口以进行前端展示及对接其它系统，应用层用于显示变电站箱体的进水与凝露情况，日志存储层用于存储接收报警信息的运维人员联系方式。
可选的，所述监测系统还包括通信模块，其中通信模块包括RS485串口电路和无线传输通信电路；
RS485串口电路用于将水浸传感模块、温湿度传感模块采集到的信号发送给控制器；
无线传输通信电路用于将控制器生成的监测信息发送给云平台。
具体的，所述RS485串口电路包括：
RS485收发器U12的1引脚连接控制芯片U1的PA10引脚，RS485收发器U12的2引脚和3引脚相连，RS485收发器U12的3引脚连接控制芯片U1的PA11，RS485收发器U12的4引脚连接控制芯片U1的PA9引脚，RS485收发器U12的5引脚接地，RS485收发器U12的6引脚经电阻R301连接3.3V供电端，RS485收发器U12的7引脚经电阻R303接地，RS485收发器U12的6引脚和7引脚之间还并联有电阻R302，RS485收发器U12的8引脚连接3.3V供电端，还经电容C306接地。
具体的，所述无线传输通信电路包括：
4G模块U3的VCC引脚连接5V供电端，4G模块U3的GND引脚接地，4G模块U3的485_A引脚连接RS485收发器U12的6引脚，4G模块U3的485_B引脚连接RS485收发器U12的7引脚，4G模块U3的OUT引脚连接TCP/IP接口。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
通过本发明提出的监测系统，在监测变电站箱体内部温湿度的基础上，还可以监测箱体表面的凝露与进水情况，通过水浸传感器实现在变电站箱体内部积水之前就监测到异常情况，并及时上报到监测系统的云平台，既提高了监测精度，又能使运维人员及时的对异常情况做出响应，降低了变电站户外设备运行隐患，为设备和电网的安全稳定运行提供保障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提出的一种变电站箱体进水与凝露的监测系统的结构框图；
图2为监测系统中水浸传感模块的电路图；
图3为监测系统中温湿度传感模块的电路图；
图4为监测系统中RS485串口电路图；
图5为监测系统中无线传输通信电路图。
具体实施方式
为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。
实施例一
如图1所示，发明提出了一种变电站箱体进水与凝露的监测系统(100)，所述监测系统包括水浸传感模块(110)、温湿度传感模块(120)、控制器(130)、以及云平台(140)；
水浸传感模块(110)用于采集变电站箱体表面的进水与凝露信号；
温湿度传感模块(120)用于采集变电站箱体内部的温湿度信号；
控制器(130)用于根据进水与凝露信号、温湿度信号生成监测信息，将监测信息发送给云平台；
云平台(140)用于根据接收到的监测信息生成变电站箱体内部的温湿度图像，以及对进水与凝露的异常情况进行报警。
通过本发明提出的监测系统，在监测变电站箱体内部温湿度的基础上，还可以监测箱体表面的凝露与进水情况，通过水浸传感器实现在变电站箱体内部积水之前就监测到异常情况，提高了监测灵敏度，同时能够在发生异常情况时及时报警。
如图2所示，所述水浸传感模块(110)的电路包括：
第一水浸传感器中的可变电容C_HUMIDITY_1并联在电阻R165的两端，电阻R165的一端接地，另一端经电阻R174连接WATER_PWM_OUT_1端口，电阻R165的另一端还连接电阻R171的一端，电阻R171的另一端连接WATER_AD_IN_1端口，WATER_AD_IN_1端口连接控制芯片U1的PA0-WKUP引脚；
第二水浸传感器中的可变电容C_HUMIDITY_2并联在电阻R167的两端，电阻R167的一端接地，另一端经电阻R176连接WATER_PWM_OUT_2端口，电阻R167的另一端还连接电阻R173的一端，电阻R173的另一端连接WATER_AD_IN_2端口，WATER_AD_IN_2端口连接控制芯片U1的PA5引脚。
在第一水浸传感器的电路中，当变电站设备箱体没有进水时，可变电容C_HUMIDITY_1的电介质为空气，当箱体内部有进水时，可变电容C_HUMIDITY_1的两极之间的电介质由于进水情况而发生改变，导致电容发生变化。将可变电容C_HUMIDITY_1和电阻R165并联作为一个可变阻抗，WATER_AD_IN_1端口测量可变阻抗与电阻R174串联处的分电压值，该分电压值作为采集信息传送给控制器中的控制芯片U1处理。WATER_PWM_OUT_1端口为可变电容C_HUMIDITY_1提供交流信号，防止可变电容C_HUMIDITY_1被阻断。第二水浸传感器的电路原理相同，此处不再赘述。
在实际应用中，仅仅靠监测变电站箱体内部的温湿度是不够的，当变电站箱体受户外天气影响在表面产生凝露时，难以引起变电站箱体内部的温湿度的明显变化，但表面凝露极有可能滚动进入箱体内部，引起设备故障。
鉴于上述问题，本实施例中的第一水浸传感器和所述第二水浸传感器均为线缆式水浸传感器，第一水浸传感器放置在变电站箱体的外表面，第二水浸传感器放置在变电站箱体的内表面。线缆式水浸传感器可以将其线缆布置在变电站箱体表面的任何地方，方便部署。同时，在变电站箱体的内表面和外表面均设有水浸传感器，全面监测变电站箱体表面的凝露与进水情况，提高了监测灵敏度。
如图3所示，监测系统中温湿度传感模块(120)的电路包括：
温湿度传感器芯片U8的VSS引脚接地，温湿度传感器芯片U8的VDD引脚连接3.3V供电端，温湿度传感器芯片U8的VDD引脚还经电容C75接地，传感器芯片U8的SCL引脚连接I2C1_SDL端口，I2C1_SDL端口连接控制芯片U1的PB8引脚，温湿度传感器芯片U8的SDA引脚连接I2C1_SDA端口，I2C1_SDA端口连接控制芯片U1的PB9引脚，电阻R168并联在温湿度传感器芯片U8的VDD引脚和SCL引脚之间，电阻R169并联在温湿度传感器芯片U8的VDD引脚和SDA引脚之间。所述温湿度传感器芯片U8放置在变电站箱体的内部。
温湿度传感器芯片U8采集温湿度信息，并通过芯片内部的模数转换器将温湿度信息的模拟信号转换为数字信号，并通过SDA引脚发送给控制器中的控制芯片U1进行处理，通过SCL引脚实现温湿度传感器芯片U8和控制芯片U1之间的通讯同步。
本实施例保留了常用的温湿度传感模块，对进水凝露的监测起到辅助作用，同时当水浸传感模块因发生故障而失灵时，温湿度传感模块依然可以监测到大量进水的情况，提高了监测系统的可靠性。
监测系统中控制器(130)的电路包括：
控制芯片U1的OSC_IN/PD0引脚经电容C11接地，控制芯片U1的OSC_OUT/PD1引脚经电容C12接地，同时晶振Y1和电阻R9分别并联在OSC_IN/PD0引脚和OSC_OUT/PD1引脚之间；
控制芯片U1的VSS_1引脚、VSS_2引脚、VSS_3引脚和VSSA引脚均接地，控制芯片U1的BOOT0引脚经电阻R2接地，控制芯片U1的VBAT引脚、VDD_1引脚、VDD_2引脚、VDD_3引脚、VDDA引脚均连接3.3V供电端，同时控制芯片U1的VBAT引脚与VDD_1引脚相连，控制芯片U1的NRST引脚经电阻R1连接3.3V供电端；
控制芯片U1的VDDA引脚经电容C9接地，电容C9的两端还并联有电容C10，控制芯片U1的VDD_1引脚经电容C14接地，控制芯片U1的VDD_2引脚经电容C15接地，控制芯片U1的VDD_3引脚经电容C16接地，控制芯片U1的NRST引脚经电容C13接地。
在本实施例中，控制芯片U1为STM32F030C8T6核心板，通过8MHz的晶振Y1为控制芯片U1提供时钟信号。控制芯片U1通过PA0-WKUP引脚接收来自水浸传感模块的进水与凝露信号，通过控制芯片U1的PB9引脚接收来自温湿度传感模块的温湿度信号。通过控制芯片U1内的I2C总线接收进水与凝露信号和温湿度信号，根据预先配置的算法计算出温度与湿度的值，经过模电转数电处理后生成温度与湿度对应的数字信号以及反映进水与凝露情况的电平值。
所述监测系统(100)还包括通信模块，其中通信模块包括RS485串口电路和无线传输通信电路，其中，RS485串口电路用于将控制器生成的监测信息发送到无线传输通信电路，无线传输通信电路用于将监测信息发送给云平台。
如图4所示，监测系统中RS485串口电路包括：
RS485收发器U12的1引脚连接MCU_RXD1端口，MCU_RXD1端口连接控制芯片U1的PA10引脚，RS485收发器U12的2引脚和3引脚相连，RS485收发器U12的3引脚连接MCU485_CON端口，MCU485_CON端口连接控制芯片U1的PA11，RS485收发器U12的4引脚连接MCU TXD1端口，MCU TXD1端口连接控制芯片U1的PA9引脚，RS485收发器U12的5引脚接地，RS485收发器U12的6引脚经电阻R301连接3.3V供电端，RS485收发器U12的7引脚经电阻R303接地，RS485收发器U12的6引脚和7引脚之间还连接有电阻R302，RS485收发器U12的8引脚连接3.3V供电端，还经电容C306接地。RS485收发器U12的6引脚引出485_A端口，RS485收发器U12的7引脚引出485_B端口。
如图5所示，监测系统中无线传输通信电路包括：
4G模块U3的VCC引脚连接5V供电端，4G模块U3的GND引脚接地，4G模块U3的485_A引脚连接RS485收发器U12的6引脚，4G模块U3的485_B引脚连接RS485收发器U12的7引脚，4G模块U3的OUT引脚连接TCP/IP接口。
在本实施例中，RS485收发器U12的型号为MAX3485CSE。RS485收发器U12接收控制芯片U1发送的数字信号，其中2引脚和3引脚为使能引脚，二者连接在一起，由控制芯片U1的PA11引脚发送使能信号，控制RS485收发器的接收和发送，当2引脚为低电平时，RS485收发器U12处于接收数据状态，当3引脚为高电平时，RS485收发器U12处于发送数据状态。RS485收发器U12的1引脚接收控制芯片U1的数据，RS485收发器U12的4引脚向控制芯片U1发送反馈信号。RS485收发器U12通过6引脚、7引脚将从控制芯片U1接收到的信息发送到4G模块，4G模块U3通过OUT引脚连接路由设备的TCP/IP接口，进而通过4G无线通信将信息发送到后台服务器。
控制器将反映进水与凝露情况的电平值与预设阈值进行比较，若电平值大于预设阈值，则认为此时变电站箱体的表面有凝露，容易发生进水情况，因此生成报警信号，所述报警信号包括出现进水与凝露现象的变电站箱体的设备编号。控制器将报警信号以及温度、湿度对应的数字信号共同发送给RS485收发器U12，RS485收发器U12再将报警信号以及温度、湿度对应的数字信号发送给4G模块U3，由4G模块U3通过4G无线网络发送给云平台的服务器。
监测系统中云平台(140)的架构包括管理层、接口层、应用层以及日志存储层；
其中，管理层用于处理业务逻辑，接口层用于对外提供服务接口以进行前端展示及对接其它系统，应用层用于显示变电站箱体的进水与凝露情况，日志存储层用于存储接收报警信息的运维人员联系方式。
云平台基于预设的时间间隔通过接口层接收4G模块U3发送来的温度、湿度对应的数字信号，通过管理层中预设的算法解算出数字信号对应的温度与湿度，本领域技术人员应当知道所述算法如何设置，此处不再赘述。根据算法的结果，在应用层显示出横坐标为时间、纵坐标为温度和湿度的温湿度监测图像。运维人员可通过云平台显示的温湿度监测图像及时查看监控变电站箱体的运行环境，并利用横坐标的时间回溯历史温湿度。
当云平台接收到4G模块U3发送来的报警信号时，根据报警信号中的设备编号，调用日志存储层中存储的运维人员名单，查找到与设备编号对应的运维人员的联系方式，并向该联系方式以短信的形式发送报警信息，告知监测到进水与凝露现象的变电站箱体的设备编号，以便运维人员及时处理。
上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变电站箱体进水与凝露的监测系统，其特征在于，所述监测系统包括水浸传感模块、温湿度传感模块、控制器、以及云平台；
水浸传感模块用于采集变电站箱体表面的进水与凝露信号；
温湿度传感模块用于采集变电站箱体内部的温湿度信号；
控制器用于根据进水与凝露信号、温湿度信号生成监测信息，将监测信息发送给云平台；
云平台用于根据接收到的监测信息生成变电站箱体内部的温湿度图像，以及对进水与凝露的异常情况进行报警。
2.根据权利要求1所述的一种变电站箱体进水与凝露的监测系统，其特征在于，所述水浸传感模块的电路包括：
第一水浸传感器中的可变电容C_HUMIDITY_1并联在电阻R165的两端，电阻R165的一端接地，另一端经电阻R174连接WATER_PWM_OUT端口，电阻R165的另一端还连接电阻R171的一端，电阻R171的另一端连接控制芯片U1的PA0-WKUP引脚；
第二水浸传感器中的可变电容C_HUMIDITY_2并联在电阻R167的两端，电阻R167的一端接地，另一端经电阻R176连接WATER_PWM_OUT端口，电阻R167的另一端还连接电阻R173的一端，电阻R173的另一端连接控制芯片U1的PA5引脚。
3.根据权利要求2所述的一种变电站箱体进水与凝露的监测系统，其特征在于，所述第一水浸传感器和所述第二水浸传感器均为线缆式水浸传感器，第一水浸传感器放置在变电站箱体的外表面，第二水浸传感器放置在变电站箱体的内表面。
4.根据权利要求1所述的一种变电站箱体进水与凝露的监测系统，其特征在于，所述温湿度传感模块的电路包括：
温湿度传感器芯片U8的VSS引脚接地，温湿度传感器芯片U8的VDD引脚连接3.3V供电端，温湿度传感器芯片U8的VDD引脚还经电容C75接地，传感器芯片U8的SCL引脚连接控制芯片U1的PB8引脚，温湿度传感器芯片U8的SDA引脚连接控制芯片U1的PB9引脚，电阻R168并联在温湿度传感器芯片U8的VDD引脚和SCL引脚之间，电阻R169并联在温湿度传感器芯片U8的VDD引脚和SDA引脚之间。
5.根据权利要求4所述的一种变电站箱体进水与凝露的监测系统，其特征在于，所述温湿度传感器芯片U8放置在变电站箱体的内部。
6.根据权利要求1所述的一种变电站箱体进水与凝露的监测系统，其特征在于，所述控制器的电路包括：
控制芯片U1的OSC_IN/PD0引脚经电容C11接地，控制芯片U1的OSC_OUT/PD1引脚经电容C12接地，同时晶振Y1和电阻R9分别并联在OSC_IN/PD0引脚和OSC_OUT/PD1引脚之间；
控制芯片U1的VSS_1引脚、VSS_2引脚、VSS_3引脚和VSSA引脚均接地，控制芯片U1的BOOT0引脚经电阻R2接地，控制芯片U1的VBAT引脚、VDD_1引脚、VDD_2引脚、VDD_3引脚、VDDA引脚均连接3.3V供电端，同时控制芯片U1的VBAT引脚与VDD_1引脚相连，控制芯片U1的NRST引脚经电阻R1连接3.3V供电端；
控制芯片U1的VDDA引脚经电容C9接地，电容C9的两端还并联有电容C10，控制芯片U1的VDD_1引脚经电容C14接地，控制芯片U1的VDD_2引脚经电容C15接地，控制芯片U1的VDD_3引脚经电容C16接地，控制芯片U1的NRST引脚经电容C13接地。
7.根据权利要求1所述的一种变电站箱体进水与凝露的监测系统，其特征在于，所述云平台的架构包括管理层、接口层、应用层以及日志存储层；
其中，管理层用于处理业务逻辑，接口层用于对外提供服务接口以进行前端展示及对接其它系统，应用层用于显示变电站箱体的进水与凝露情况，日志存储层用于存储接收报警信息的运维人员联系方式。
8.根据权利要求1所述的一种变电站箱体进水与凝露的监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括通信模块，其中通信模块包括RS485串口电路和无线传输通信电路；
其中，RS485串口电路用于将控制器生成的监测信息发送到无线传输通信电路；
无线传输通信电路用于将监测信息发送给云平台。
9.根据权利要求8所述的一种变电站箱体进水与凝露的监测系统，其特征在于，所述RS485串口电路包括：
RS485收发器U12的1引脚连接控制芯片U1的PA10引脚，RS485收发器U12的2引脚和3引脚相连，RS485收发器U12的3引脚连接控制芯片U1的PA11，RS485收发器U12的4引脚连接控制芯片U1的PA9引脚，RS485收发器U12的5引脚接地，RS485收发器U12的6引脚经电阻R301连接3.3V供电端，RS485收发器U12的7引脚经电阻R303接地，RS485收发器U12的6引脚和7引脚之间还并联有电阻R302，RS485收发器U12的8引脚连接3.3V供电端，还经电容C306接地。
10.根据权利要求8所述的一种变电站箱体进水与凝露的监测系统，其特征在于，所述无线传输通信电路包括：
4G模块U3的VCC引脚连接5V供电端，4G模块U3的GND引脚接地，4G模块U3的485_A引脚连接RS485收发器U12的6引脚，4G模块U3的485_B引脚连接RS485收发器U12的7引脚，4G模块U3的OUT引脚连接TCP/IP接口。
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