一種具有無線組網(wǎng)功能的變電站母線智能測溫系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種具有無線組網(wǎng)功能的變電站母線智能測溫系統(tǒng)。系統(tǒng)由測溫終端、匯聚終端和測溫主控系統(tǒng)三部分組成，測溫終端圍繞著匯聚終端組成星形拓撲結(jié)構(gòu)無線組網(wǎng)系統(tǒng)。系統(tǒng)工作時，匯聚終端發(fā)出節(jié)點查詢信號，對應地址的測溫終端接收后進行母線溫度的采集與處理，之后向匯聚終端發(fā)送母線溫度信息。匯聚終端接收后，進行母線溫度的顯示與超溫判斷，并將數(shù)據(jù)上傳至智能變電站的測溫主控系統(tǒng)，進行母線溫度數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測與記錄，實現(xiàn)母線的智能測溫。本實用新型專利能夠全面覆蓋變電站母線的溫度測點，實現(xiàn)對整個變電站電氣設(shè)備的智能監(jiān)控，有效解決母線等電氣設(shè)備的測溫難題，提高變電站供電可靠性。
【專利說明】一種具有無線組網(wǎng)功能的變電站母線智能測溫系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及電氣測量設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及到一種具有無線組網(wǎng)功能的變電站母線智能測溫系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]實現(xiàn)變電站的智能化，是智能電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容。母線是變電站內(nèi)不可缺少的核心器件，其連接著變壓器、開關(guān)柜等電氣設(shè)備，在電力系統(tǒng)中起匯集、分配和傳送電能的作用。母線在實際運行時，經(jīng)常處于高溫狀態(tài)，其原因有如下幾種:
[0003](I)電力系統(tǒng)過負荷運行:電力系統(tǒng)負荷過大時，母線上流過的電流將變大，在母線上產(chǎn)生的焦耳熱增多，導致母線溫度上升；
[0004](2)開關(guān)設(shè)備動作:電力系統(tǒng)運行時，由于斷路器等開關(guān)設(shè)備的正常動作，迫使電力系統(tǒng)進入暫態(tài)過程，導致母線上的電流過大，使母線溫度升高；
[0005](3)短路故障:電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時，會有很大的電流流過母線，導致母線溫度急劇上升。
[0006]母線溫度過高，將加快母線接頭處的氧化速度，使母線接觸電阻變大。根據(jù)焦耳定律，接觸電阻變大會產(chǎn)生更多的熱能，促使母線溫度再次升高，如此便形成了惡性循環(huán)，嚴重時將導致母線起火。另外，母線長期在高溫狀態(tài)下運行，導致母線的機械強度大大降低，使用壽命下降，不利于變電站的安全運行。
[0007]電氣設(shè)備溫度的測量是保障設(shè)備正常運行，實現(xiàn)變電站智能化的手段之一。母線作為變電站內(nèi)匯集、分配和傳送電能的核心部件，其連接著眾多的電氣設(shè)備。各電氣設(shè)備由于工作環(huán)境的不同，其溫度也各不相同，因此母線測溫時需要配置大量的溫度傳感器，所需測溫節(jié)點數(shù)目較多，以實現(xiàn)母線的全方位測溫；母線測溫還應具有一定的實時性，以便及時發(fā)現(xiàn)母線故障；母線為高壓設(shè)備，測溫時不宜采用接觸式測溫法，以保證測溫設(shè)備的正常運行。因此，實現(xiàn)母線溫度的測量具有一定的難度。
[0008]國內(nèi)外關(guān)于電氣設(shè)備的非接觸式測溫技術(shù)主要有光纖光柵測溫法和紅外測溫儀兩種。光纖光柵測溫法造價昂貴，設(shè)備維護困難，難以在變電站內(nèi)得到推廣；紅外測溫儀為手持式設(shè)備，測溫時需要運行人員在現(xiàn)場進行操作，測溫實時性差，測溫節(jié)點數(shù)目少，不適應變電站智能化的發(fā)展趨勢。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對上述存在的不足，提供一種能夠全面覆蓋變電站母線的溫度測點，實現(xiàn)對整個變電站電氣設(shè)備的智能監(jiān)控，有效解決母線等電氣設(shè)備的測溫難題，提高變電站供電可靠性的具有無線組網(wǎng)功能的變電站母線智能測溫系統(tǒng)。
[0010]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0011]一種具有無線組網(wǎng)功能的變電站母線智能測溫系統(tǒng)，其特征在于:包括有三層結(jié)構(gòu)，其分別為多個測溫終端、多個匯聚終端以及測溫主控系統(tǒng)，其中測溫終端分布于母線的各個測溫節(jié)點，多個測溫終端無線接入一個匯聚終端組成星形拓撲結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)系統(tǒng)，多個匯聚終端通過通訊接口接入測溫主控系統(tǒng)；在組網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，各測溫節(jié)點獨立工作，匯聚終端發(fā)射節(jié)點查詢信號，所有測溫終端接收到信號后，提取出信號中的地址信息，若地址信息與當前測溫節(jié)點地址一致，則該測溫終端進行相關(guān)的信息處理后向匯聚終端發(fā)送節(jié)點溫度信息，完成測溫終端與匯聚終端的數(shù)據(jù)通信；若地址信息與當前測溫節(jié)點地址不一致，則忽略該信息，等待下一個節(jié)點查詢信號。
[0012]在上述方案中，所述的測溫終端安裝于智能變電站過程層，包括有單片機、溫度傳感器、無線傳輸模塊，其中溫度傳感器包含有接觸式與非接觸式兩類溫度傳感器。測溫終端工作時，在確認匯聚終端的地址信息為當前地址后，啟動兩個溫度傳感器分別測量環(huán)境溫度和母線溫度，經(jīng)過單片機處理后，由無線傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至匯聚終端，完成一次溫度數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送。
[0013]在上述方案中，所述的匯聚終端主要負責發(fā)送和接收測溫終端的數(shù)據(jù)，完成超溫報警、狀態(tài)顯示等功能，同時通過以太網(wǎng)等通信接口與測溫主控系統(tǒng)通信。匯聚終端安裝于智能變電站間隔層，包括有ARM處理器、無線傳輸模塊、以太網(wǎng)等通信接口、顯示電路、存儲電路、報警電路。工作時，匯聚終端接收來自測溫終端的無線數(shù)據(jù)，將溫度等數(shù)據(jù)在液晶屏上進行顯示；將母線溫度與ARM處理器內(nèi)溫度設(shè)定值進行比對，若母線溫度過高將啟動報警電路使之報警；同時將溫度數(shù)據(jù)存儲于存儲設(shè)備中，并通過以太網(wǎng)、RS485等通信接口將數(shù)據(jù)傳輸至測溫主控系統(tǒng)，同時接受測溫主控系統(tǒng)的控制。系統(tǒng)通信協(xié)議符合IEC61850標準，無線通信頻率為433MHz。
[0014]在上述方案中，所述的測溫主控系統(tǒng)主要負責接收匯聚終端傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，完成母線溫度數(shù)據(jù)的在線查看與記錄功能，同時對匯聚終端的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)定。測溫主控系統(tǒng)安裝于智能變電站的變電站層，包括有計算機和網(wǎng)絡接口。
[0015]本實用新型專利進行溫度測量時，從絕對溫度值和相對溫度值兩個方面衡量母線的溫度是否過高。絕對溫度值指母線在某以時刻母線的瞬時溫度，超過該值時，母線的安全性能將受到影響；相對溫度值指母線在一段時間內(nèi)溫度的變化量，超過該值時，表明母線處于溫度急劇升高階段，大部分是系統(tǒng)發(fā)生短路故障導致的。因此，從這兩個角度衡量母線的溫度，便可實現(xiàn)母線溫度的監(jiān)測與診斷，實現(xiàn)變電站母線溫度的智能監(jiān)測。
[0016]本實用新型的有益效果在于:
[0017]I個變電站母線智能測溫系統(tǒng)設(shè)計了 I個測溫主控系統(tǒng)，I個測溫主控系統(tǒng)最多可以管理256個匯聚終端，I個匯聚終端最多可以處理256個測溫終端的數(shù)據(jù)。即該變電站母線智能測溫系統(tǒng)最多可以監(jiān)測65536個節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)，足夠覆蓋整個電力系統(tǒng)。
[0018]本實用新型專利系統(tǒng)通信協(xié)議符合IEC61850標準，無線通信頻率為433MHz。無線組網(wǎng)采用星形拓撲結(jié)構(gòu)，保證了測溫節(jié)點故障時系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0019]本實用新型專利系統(tǒng)設(shè)計了接觸式與非接觸式兩類溫度傳感器，不僅適用于母線測溫，同樣適用于智能變電站內(nèi)其他電氣設(shè)備，實現(xiàn)對整個變電站電氣設(shè)備的智能監(jiān)控，有效解決了母線等電氣設(shè)備的測溫難題，提高了變電站供電可靠性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本實用新型實施例結(jié)構(gòu)框圖
[0021]圖2為本實用新型實施例電路結(jié)構(gòu)框圖
[0022]圖3為本實用新型實施例測溫終端電源電路圖
[0023]圖4為本實用新型實施例測溫終端溫度采集電路圖
[0024]圖5為本實用新型實施例測溫終端無線傳輸電路圖
[0025]圖6為本實用新型實施例匯聚終端無線傳輸電路圖
[0026]圖7為本實用新型實施例匯聚終端電源電路圖
[0027]圖8為本實用新型實施例匯聚終端主電路圖
[0028]圖9為本實用新型實施例匯聚終端報警電路圖
[0029]圖10為本實用新型實施例匯聚終端通信接口電路圖。

【具體實施方式】
[0030]下面結(jié)合【具體實施方式】，對本實用新型作進一步的說明:
[0031]本實用新型專利的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括有三層結(jié)構(gòu)，其分別為多個測溫終端、多個匯聚終端以及測溫主控系統(tǒng)，其中測溫終端分布于母線的各個測溫節(jié)點，多個測溫終端無線接入一個匯聚終端組成星形拓撲結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)系統(tǒng)，多個匯聚終端通過通訊接口接入測溫主控系統(tǒng)。
[0032]本實用新型專利的電路結(jié)構(gòu)框圖圖2是通過電源分別對測溫終端、匯聚終端、測溫主控系統(tǒng)供電。測溫終端接收到匯聚終端的節(jié)點查詢信號后，單片機啟動溫度傳感器內(nèi)的兩個溫度傳感器，分別測量環(huán)境溫度和母線溫度，通過數(shù)據(jù)處理電路后進入單片機，然后利用軟件進行分析計算診斷，然后通過無線傳輸模塊將溫度及狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)發(fā)送出去，發(fā)送完畢后，測溫終端進入休眠模式以減少功耗。匯聚終端通過無線傳輸模塊將數(shù)據(jù)接收，經(jīng)ARM處理器處理后，將數(shù)據(jù)存儲于存儲器中，同時將接收到的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)參考值進行比對。母線相對溫度或絕對溫度過高時，ARM處理器啟動繼電器和蜂鳴器進行報警，并通過人機交互在顯示器上進行母線狀態(tài)顯示。鍵盤(可對匯聚終端的相關(guān)參數(shù)進行設(shè)定。以太網(wǎng)和RS485用于和測溫主控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信，RS232可連接打印機等設(shè)備，實現(xiàn)系統(tǒng)外設(shè)擴展。
[0033]測溫終端的電源電路如圖3所示。測溫終端采用高容量電池供電，電池經(jīng)Pl端口接入測溫終端，經(jīng)過穩(wěn)壓電路后輸出電壓穩(wěn)定在3.3V。功率開關(guān)U2作為開關(guān)元件，在需要溫度傳感器工作時導通，測溫完成后關(guān)閉，以減小系統(tǒng)功耗。
[0034]圖4為測溫終端的溫度采集電路圖。測溫終端設(shè)計了 U5和PTl兩個傳感器。U5為數(shù)字式傳感器，通過兩根數(shù)據(jù)線組成I2C總線與單片機通信。單片機通過該總線可以訪問傳感器中的存儲器，從而讀取所測得的環(huán)境溫度值。PTI為模擬式溫度傳感器，在不同溫度下其阻值會發(fā)生變化。以穩(wěn)定電壓源U7驅(qū)動該傳感器，即可得到隨溫度變化的電流。將該電流流過固定阻值的電阻轉(zhuǎn)換為電壓輸出，并通過差動放大電路對該電壓信號進行放大，即可在單片機的AD2引腳得到隨溫度變化的模擬電壓量。單片機經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后再進行相關(guān)計算，即可提取出母線溫度值。U5和PTl分別設(shè)計成接觸式和非接觸式傳感器，可以滿足變電站內(nèi)復雜的測溫環(huán)境，可適用于包括母線在內(nèi)的多種電氣設(shè)備。
[0035]溫度數(shù)據(jù)采集完畢，測溫終端通過圖5中的U6將數(shù)據(jù)發(fā)送至圖6中的CN5，完成一次溫度數(shù)據(jù)的傳送。U6和CN5均具有無線喚醒功能，可在控制器休眠狀態(tài)下接收匯聚終端的節(jié)點查詢信號并喚醒控制器。系統(tǒng)在發(fā)送完數(shù)據(jù)后進入休眠狀態(tài)，以降低系統(tǒng)功耗。
[0036]圖7為匯聚終端的電源電路圖。匯聚終端采用適配器供電，由適配器將交流220V市電轉(zhuǎn)換為直流12V并接入CN3端口，經(jīng)過穩(wěn)壓電路后分別得到5V和3.3V直流電，用于為不同電平標準的芯片供電。
[0037]圖8為匯聚終端主電路圖。儀器工作時，ARM處理器U2通過IXD Bus總線發(fā)送指令和數(shù)據(jù)到液晶屏使之顯示，同時識別液晶屏的觸摸信號。無線傳輸模塊接收到數(shù)據(jù)后，U2通過SPI總線將數(shù)據(jù)取出，并進行數(shù)據(jù)分析與存儲，同時更新液晶屏的顯示內(nèi)容。當母線絕對溫度過高或相對溫度過高時，U2通過Speaker啟動圖9中的蜂鳴器使之發(fā)聲，通過DOl驅(qū)動繼電器使之吸合，以驅(qū)動更大電流的報警裝置。匯聚終端通過圖10中的以太網(wǎng)、RS485等通信接口，將數(shù)據(jù)上傳至測溫主控系統(tǒng)，實現(xiàn)母線溫度的遠程監(jiān)控。測溫主控系統(tǒng)開啟Web服務功能，便可將多節(jié)點的母線狀態(tài)信息顯示在同一局域網(wǎng)的每臺計算機上。匯聚終端設(shè)計了 RS232接口，方便打印機等外設(shè)接入，擴展系統(tǒng)性能。匯聚終端搭載實時操作系統(tǒng)，可同時處理多個節(jié)點的數(shù)據(jù)，優(yōu)化程序流程，操作更為簡便。
[0038]以上說明僅為本實用新型的應用實施例而已，當然不能以此來限定本實用新型之權(quán)利范圍，因此依本實用新型申請專利范圍所作的等效變化，仍屬本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有無線組網(wǎng)功能的變電站母線智能測溫系統(tǒng)，其特征在于:包括有三層結(jié)構(gòu)，其分別為多個測溫終端、多個匯聚終端以及測溫主控系統(tǒng)，其中測溫終端分布于母線的各個測溫節(jié)點，多個測溫終端無線接入一個匯聚終端組成星形拓撲結(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)系統(tǒng)，多個匯聚終端通過通訊接口接入測溫主控系統(tǒng)；在組網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)，各測溫節(jié)點獨立工作，匯聚終端發(fā)射帶有地址信息的節(jié)點查詢信號給所有測溫終端。
2.如權(quán)利要求1所述的具有無線組網(wǎng)功能的變電站母線智能測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的測溫終端包括有單片機、溫度傳感器、無線傳輸模塊，其中溫度傳感器包含有接觸式與非接觸式兩類溫度傳感器，兩個溫度傳感器分別測量環(huán)境溫度和母線溫度，經(jīng)過單片機處理后，由無線傳輸模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送至匯聚終端，完成一次溫度數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送。
3.如權(quán)利要求1所述的具有無線組網(wǎng)功能的變電站母線智能測溫系統(tǒng)，其特征在于，所述的匯聚終端安裝于智能變電站間隔層，包括有ARM處理器、無線傳輸模塊、以太網(wǎng)的通信接口、顯示電路、存儲電路、報警電路；系統(tǒng)通信協(xié)議符合IEC61850標準，無線通信頻率為 433MHz ο
4.如權(quán)利要求1所述的具有無線組網(wǎng)功能的變電站母線智能測溫系統(tǒng)，其特征在于，測溫主控系統(tǒng)安裝于智能變電站的變電站層，包括有計算機和網(wǎng)絡接口。
【文檔編號】G08C17/02GK204256921SQ201420651204
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月4日
【發(fā)明者】吳細秀, 廖瑞峰, 閆格, 胡國昭, 佃仁俊, 鄧雷 申請人:武漢理工大學