專利名稱：電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，尤其是涉及多個設(shè)備多個觸頭的溫度監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電力系統(tǒng)中設(shè)備觸頭(主要是母排觸頭、開關(guān)觸頭、電纜接頭等)由于閉合不佳、接觸不良、污穢存在等多種原因在運行中過熱，給高壓開關(guān)柜自身、乃至配電網(wǎng)帶來安全隱患，甚至造成事故；如果母排溫度過高會發(fā)生嚴重氧化，設(shè)備壽命驟減；電纜接頭溫度長時間過高，可能會引起電纜接頭發(fā)生爆炸，造成大規(guī)模停電事故；光纖互感器將應(yīng)用得越來越多，對于開關(guān)柜內(nèi)的溫濕度環(huán)境要求更高。隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，實時、自動化采集得到的電氣量信息在電力系統(tǒng)的智能化建設(shè)中突顯出重要的地位。溫度作為電力運行狀態(tài)的重要參數(shù)，需要進行實時測量，目前的測溫系統(tǒng)主要采用接觸式 的測溫傳感器，而目前對電力系統(tǒng)可靠性的要求越來越高，不可能因為測溫設(shè)備出現(xiàn)問題后停電檢修或者更換。同時，目前的測溫系統(tǒng)主要采用RS485等總線技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冸娬镜恼究刂行?，不符合目前智能變電站建設(shè)中數(shù)據(jù)傳輸與控制網(wǎng)絡(luò)化的相關(guān)規(guī)定與IEC61850協(xié)議。當前的測溫系統(tǒng)也不能進行電力系統(tǒng)的狀態(tài)分析與預(yù)測，不能有效地預(yù)防事故的發(fā)生。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)對電力可靠性可能產(chǎn)生影響且功能單一的問題。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的，電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，包括溫度數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、站控層；溫度數(shù)據(jù)采集裝置包括測溫終端和開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點，其中測溫終端包括紅外測溫探頭與CC2530射頻電路，兩者之間通過SPI通信連接；開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點包含ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和基于ARM的數(shù)據(jù)處理與以太網(wǎng)發(fā)送電路，兩者之間采用串口通信方式連接；ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與多個CC2530射頻電路組成星形網(wǎng)絡(luò)；紅外測溫探頭采集溫度數(shù)據(jù)，并通過CC2530射頻電路發(fā)送給開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點的ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器接收多個測溫終端的溫度數(shù)據(jù)，傳輸給基于ARM的數(shù)據(jù)處理與以太網(wǎng)發(fā)送電路，并將數(shù)據(jù)打包成IEC61850通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)幀格式發(fā)送出去，通過雙絞線將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控中心的主機；監(jiān)控主機通過基于LabVIEW的顯示界面，將接收到的數(shù)據(jù)進行實時顯示；同時通過站控層軟件程序，實現(xiàn)基于最小二乘法的狀態(tài)參數(shù)估計和基于趨勢外推法的溫度預(yù)測。本實用新型具有如下有益效果，本實用新型電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，可以在電力設(shè)備最小絕緣距離之外通過遠距離紅外測溫探頭采集溫度，利用低功耗的ZigBee無線通信方式將數(shù)據(jù)傳輸給開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點，采用IEC61850協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸究貙樱缓筮M行溫度顯示、預(yù)測、電力設(shè)備狀態(tài)估計，同時還可以將預(yù)警信息和報警信號通過短信發(fā)出，實現(xiàn)無人值守。本實用新型主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)中需要實時測量溫度的高壓設(shè)備并進行實時分析。

圖1是本實用新型電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型設(shè)備狀態(tài)分析與狀態(tài)估計流程圖。圖中，1.紅外測溫探頭，2.CC2530射頻電路，3.開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點，4.溫度數(shù)據(jù)采集裝置，5.數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，6.站控層，7.監(jiān)控中心主機，8.GSM/GPRS短信收發(fā)模塊，9.監(jiān)控中心顯示器，10.工業(yè)交換機，11.測溫終端。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，參見圖1，包括溫度數(shù)據(jù)采集裝置4、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)5、站控層6。溫度數(shù)據(jù)采集裝置4包括測溫終端11和開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3，其中測溫終端11包括紅外測溫探頭I與CC2530射頻電路2，紅外測溫探頭I與CC2530射頻電路2通過SPI通信連接；開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3包含ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和基于ARM的數(shù)據(jù)處理與以太網(wǎng)發(fā)送電路，二者采用串口通信方式連接。ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與多個CC2530射頻電路2組成星形網(wǎng)絡(luò)。紅外測溫探頭I采集溫度數(shù)據(jù)，并通過CC2530射頻電路2發(fā)送給開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3的ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器接收到多個測溫終端11的溫度數(shù)據(jù)，然后傳輸給基于ARM的 數(shù)據(jù)處理與以太網(wǎng)發(fā)送電路，將數(shù)據(jù)打包成IEC61850通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)幀格式發(fā)送出去，通過雙絞線將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控中心的主機；監(jiān)控主機通過基于LabVIEff的顯示界面，將接收到的數(shù)據(jù)進行實時顯示；同時通過站控層軟件程序，實現(xiàn)基于最小二乘法的狀態(tài)參數(shù)估計和基于最小方差算法的溫度預(yù)測。a)溫度數(shù)據(jù)采集裝置4完成多點溫度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)無線傳輸網(wǎng)絡(luò)組建、數(shù)據(jù)打包處理。具體如下:非接觸式的紅外測溫探頭I包含光學元件和變送電路，光學元件將電力設(shè)備的輻射強度檢測出來，然后通過變換模塊轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的溫度值；紅外測溫探頭I采用串口通信方式與基于CC2530的射頻電路相連接，溫度數(shù)據(jù)通過CC2530射頻電路2的射頻電路發(fā)出。多個底層的測溫終端11與開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3上的ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組成星形網(wǎng)絡(luò)，將該開關(guān)柜內(nèi)的所有被測量點的溫度數(shù)據(jù)匯聚在開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3電路中。b)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)5完成基于IEC61850協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)組建。具體如下:溫度數(shù)據(jù)采集裝置4的開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3中ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過串口通信方式與開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3ARM處理器連接，在ARM處理器上將溫度數(shù)據(jù)打包成IEC61850格式要求的數(shù)據(jù)幀格式，然后通過以太網(wǎng)發(fā)送電路發(fā)出。多個開關(guān)柜的開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3通過雙絞線或者光纖與工業(yè)以太網(wǎng)交換機相連，最終工業(yè)以太網(wǎng)通過光纖與監(jiān)控中心主機7的板卡以太網(wǎng)接口相連，完成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)5組網(wǎng)。c)站控層6軟件完成數(shù)據(jù)接受和處理后進行設(shè)備狀態(tài)分析與狀態(tài)估計。具體如下:進行溫度監(jiān)控主機接收到數(shù)據(jù)包以后，通過程序?qū)?shù)據(jù)拆包，然后用小波分析進行降低噪聲處理；基于LabVIEW的顯示界面，在監(jiān)控主機接收到溫度數(shù)據(jù)進行實時顯示。設(shè)備狀態(tài)分析與狀態(tài)估計流程如圖2所示，在LabVIEW中調(diào)用MathScript節(jié)點，最小二乘法和趨勢外推法Matlab程序可以分別進行狀態(tài)參數(shù)估計、溫度預(yù)報，結(jié)果進行實時顯示；判斷溫度過高時，調(diào)用電流數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)線路的實時電流數(shù)據(jù)，判斷電流是否過大，如果電流過大，直接給監(jiān)控中心發(fā)出電流過大的信號；否則，需要在ANSYS軟件中導(dǎo)入電力設(shè)備的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，建立相關(guān)分析模型，然后將實時接收到的電流和溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型中，形成電磁場和溫度場的相關(guān)模型，然后編寫狀態(tài)評估程序，結(jié)合對結(jié)構(gòu)場、溫度場、電磁場的分析結(jié)果來評估電力系統(tǒng)狀態(tài)。最終將評估的結(jié)果通過短信收發(fā)電路發(fā)送給值班人員和監(jiān)控中心。實施例，電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，如圖1所示，溫度數(shù)據(jù)采集裝置4中包含紅外測溫探頭1、CC2530射頻電路2、開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3，紅外測溫探頭I通過SPI通信與CC2530射頻電路2中的射頻單片機CC2530相連接，CC2530射頻電路2通過Zigbee無線通信與開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3傳遞信息，開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3的處理器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的儲存處與液晶顯示后將數(shù)據(jù)打包成基于IEC61850通信協(xié)議的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式，發(fā)送給數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)5，多通道網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)經(jīng)雙絞線傳送給工業(yè)交換機10，數(shù)據(jù)包經(jīng)一條光纖傳送給監(jiān)控中心主機7，監(jiān)控中心主機7將數(shù)據(jù)送站控層6軟件進行處理，處理的結(jié)果送監(jiān)控中心顯示器9進行實時顯示，如果有報警信息需要通過GSM/GPRS短信收發(fā)模塊8通知變電站值班人員。本實用新型電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)工作流程如圖2所示，在監(jiān)控主機上開發(fā)基于LabVIEW的顯示界面，在監(jiān)控主機接收到溫度數(shù)據(jù)進行實時顯示；在LabVIEW中調(diào)用MathScript節(jié)點，在其中趨勢外推法溫度預(yù)報Matlab程序，并將結(jié)果進行實時顯示；根據(jù)如圖2所示的流程編程判斷溫度過高時，調(diào)用電流數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)線路的實時電流數(shù)據(jù)，判斷電流是否過大，如果電 流過大，直接給監(jiān)控中心發(fā)出電流過大的信號；否則，需要在ANSYS軟件中導(dǎo)入電力設(shè)備的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，建立相關(guān)模型，然后將實時接收到的電流和溫度數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型中，形成電磁場和溫度場的相關(guān)模型，然后編寫狀態(tài)評估程序，結(jié)合對結(jié)構(gòu)場、溫度場、電磁場的分析結(jié)果來評估電力系統(tǒng)狀態(tài)。最終將評估的結(jié)果通過GSM/GPRS短信收發(fā)模塊8發(fā)送給值班人員和監(jiān)控中心。本實用新型可以在電力設(shè)備最小絕緣距離之外通過遠距離紅外測溫探頭采集溫度，利用低功耗的ZigBee無線通信方式將數(shù)據(jù)傳輸給開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點，采用IEC61850協(xié)議將數(shù)據(jù)傳輸?shù)秸究貙?，然后進行溫度顯示、預(yù)測、電力設(shè)備狀態(tài)估計，同時還可以將預(yù)警信息和報警信號通過短信發(fā)出，實現(xiàn)無人值守，主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)中需要實時測量溫度的高壓設(shè)備并進行實時分析，能夠促進智能電網(wǎng)建設(shè)。
權(quán)利要求1.電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括溫度數(shù)據(jù)采集裝置(4)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)(5)、站控層(6);溫度數(shù)據(jù)采集裝置(4)包括測溫終端(11)和開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(3)，其中測溫終端(11)包括紅外測溫探頭(1)與CC2530射頻電路(2)，紅外測溫探頭(1)與CC2530射頻電路(2)通過SPI通信連接；開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(3)包含ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器和基于ARM的數(shù)據(jù)處理與以太網(wǎng)發(fā)送電路，二者采用串口通信方式連接；ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與多個CC2530射頻電路(2)組成星形網(wǎng)絡(luò)；紅外測溫探頭(1)采集溫度數(shù)據(jù)，并通過CC2530射頻電路(2)發(fā)送給開關(guān)柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(3)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器接收到多個測溫終端(11)的溫度數(shù)據(jù)，然后傳輸給基于ARM的數(shù)據(jù)處理與以太網(wǎng)發(fā)送電路，將數(shù)據(jù)打包成IEC61850通信協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)幀格式發(fā)送出去，通過雙絞線將數(shù)據(jù)傳輸給監(jiān)控中心的主機。
專利摘要本實用新型公開了一種電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)，包括溫度數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、站控層；溫度數(shù)據(jù)采集裝置包括測溫終端、匯聚節(jié)點，其中測溫終端包含紅外測溫探頭、CC2530射頻電路，匯聚節(jié)點包含ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、基于ARM的數(shù)據(jù)處理與以太網(wǎng)發(fā)送電路。本實用新型實現(xiàn)了電力系統(tǒng)設(shè)備多點溫度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)ZigBee無線組網(wǎng)與以太網(wǎng)組網(wǎng)傳輸，最終進行溫度顯示、預(yù)測、電力設(shè)備狀態(tài)估計，同時還可以將預(yù)警信息和報警信號通過短信發(fā)出，實現(xiàn)無人值守。本實用新型主要應(yīng)用于電力系統(tǒng)中需要實時測量溫度的高壓設(shè)備并進行實時分析。
文檔編號G01J5/00GK203100900SQ201220728430
公開日2013年7月31日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者段建東, 張青山, 樊華, 葉兵, 段瑞, 劉偉 申請人:西安理工大學