论文部分内容阅读
[摘 要]据统计分析，我国每年发生的电力事故，有70%以上运行故障是因为连接部位接触电阻变大、过负荷等引起接头温度过高所致。本文从常用测温方式分析比较出发，提出了开关柜基于无线传感网络的新型电气接点温度在线监测的技术手段与工作特性。从全新应用的角度分析有效防止电力设备带病运行具有的经济效益，其中重点讨论了基于无线传感网络的新型电气接点温度在线监测装置的关键技术和社会经济效益。
[关键词]无线传感；测温；开关柜关键触头；在线监测
中图分类号：V014 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0202-01
1、引言
目前我国电力系统正向着大电网、高可靠性、高自动化水平方向迅猛发展，电网运行自动化、智能化的监控水平已成为我国电力系统发展的关键问题。高压配电开关柜是配电系统中的重要设备，承担着开断和关合电力线路等重要作用，但在长期运行过程中，开关的触点、母线及出线连接等部位因氧化腐蚀或因紧固螺栓松动等原因至使接触电阻增大，在高负荷运行情况下，连接点发热并形成恶性循环，且发热点温度无法监测，最终导致连接部位温度过高甚至烧毁，造成事故停电。若对这些温升故障点的运行状态进行动态追踪监测，不仅可以防止、杜绝此类事故的发生，而且亦为电力系统安全可靠分析和科学调度提供重要的决策依据。
2、电气接点温度在线监测研究的意义
针对目前高压设备温度监测的现状，，使用最多的方式是通过人工手持红外设备定期巡检。而此种方式有很多的弊端：
1、劳动强度大，需增加工作人员
2、温度测量不准，人为的、环境的干扰因素大
3、对历史数据无法及时、有效的分析，因而无法及时发现故障的隐患
4、电气设备内部的一些关键接点的温度无法测量
（见表1）
3、基于无线传感网络的新型电气接点温度在线监测装置技术原理
基于無线传感网络的新型电气接点温度在线监测装置首先通过无线温度传感器感测设备表面温度，然后通过电磁波将温度信号传输至无线温度监测仪，再通过网络将无线温度监测仪连接至中心监测计算机来实现无线测温。
具体说明如下：
一、现场测量单元
现场测量单元主要由无线温度传感器、测量电路、逻辑控制电路、无线收发电路和供电电路组成。无线式温度传感器用于测量带电物体表面的温度，如高压开关柜内的裸露触点和母线连接处的运行温度。现场测量单元通过无线网络将温度信号发送到无线式温度监测。
二、现场监控单元
现场监控单元主要由无线温度监测仪来实现。每个无线温度监测仪相当于一个无线接入点，可同时接入9只无线温度传感器。无线温度监测装置一般安装在高压开关柜柜体外，具有现场查询、参数设置和报警等功能。无线温度监测仪采用LCD显示器显示现场监测温度，并可以通过隔离RS-485工业总线接口与远程监控系统相连，将温度数据上传至远程监测终端。
硬件设计
1、无线温度传感器主要由温度传感器、无线通讯模块、主控芯片组成，由主控芯片对温度传感器进行数据采集，然后通过无线通讯模块发送数据。
1.1、本方案采用美国AD公司的TMP35数字温度传感器，具有各自电压低、精度高、功耗低、测量范围宽的特点。
1.2、 CC1020是一款高性能的无线通讯芯片，采用微功率发射，最大发射功率10Mw，采用ISM频段，无需申请频点。外围电路少，可靠性高。
1.3、主控芯片MEGA48是一种低功耗的单片机器，它是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega48的数据吞吐率高达16MIPS，避免系统在功耗和处理速度之间的矛盾，最低功耗仅0.5uA。
2、无线通讯接收装置由无线通讯模块、主控芯片、GPRS通讯模块组成。
2.1主控芯片STM32F103V8T6使用高性能的ARM Contex-M332位的RISA内核，集高性能、低功耗、实时应用于一体的嵌入式领域的要求。Thumb-2指令集具有更高的指令效率和更强的性能；通过紧耦合的嵌套矢量中断控制器，响应更迅速，工作于-40°-+105°的温度范围。
2.2 GPRS通讯模块使用西门子公司的MC52i，具有永久在线连接、快速数据存储和更快的下载速度，支持AT命令集控制。
固件设计是整个系统的灵魂，也是系统可靠性的关键环节，由于无线传感器及射频收发模块是弱电子产品，工作在强电磁、高电压、大电流的环境里，可靠性是一个非常大的考验，为防止干扰，在硬件设计上反复试验，合理布线和接地，同时采取有效措施用屏蔽材料将敏感电路保护起来。
4、基于无线传感网络的新型电气接点温度在线监测装置优点：
一、安全性高：它通过采用先进的数字温度传感器，避免了传感器输出模拟信号的传输受到电场、磁场的干扰。
二、可靠性高：通过采用先进的扩频通讯、数据纠错、自适应调频技术，有效地保证了数据无线传输的可靠性；另外，无线射频传感技术不受震动以及外界灰尘的影响，测温精度高。
三、智能化水平高：在常规模式下，温度值以分钟间隔进行采集并传输到监控中心，当发生突发事件导致温度升高到报警阈值或温度升速增快时，温度测量节点将进入快速反应状态，持续以秒为间隔密集采集温度并传输报警，从而避免错过任何可能的温升事故。
四、安装方便：无线温度传感器体积小、没有接线，可以很方便地安装在开关触头、电缆接头等安装空间狭小的被测点上。
结束语：
本文提出的基于无线传感网络的新型电气接点温度在线监测装置的研究，结构简单和易于实现。我们需要在控制成本的前提下，对整个开关柜进行监控。完善单总线数字式温度传感器。数据的无线传输避免了走线的麻烦，方便了安装。优化、完善数据库的设计。随着研究的深入，需要进一步提高系统性能。
参考文献
[1] 李红，雷志勇，基于最大熵谱估计的回波信号检测技术研究[J]半导体光电，2011（5）728-732
[2] 王建玲，罗为，基于SAWR的无源无线混合传感器研究[J]压电与声光：2009，31（6）775-778
[3] 技术文档，cc1000极低功耗单片研发
[4] 冯建华，王小英，高压测量系统的抗干扰性技术
[关键词]无线传感；测温；开关柜关键触头；在线监测
中图分类号：V014 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）12-0202-01
1、引言
目前我国电力系统正向着大电网、高可靠性、高自动化水平方向迅猛发展，电网运行自动化、智能化的监控水平已成为我国电力系统发展的关键问题。高压配电开关柜是配电系统中的重要设备，承担着开断和关合电力线路等重要作用，但在长期运行过程中，开关的触点、母线及出线连接等部位因氧化腐蚀或因紧固螺栓松动等原因至使接触电阻增大，在高负荷运行情况下，连接点发热并形成恶性循环，且发热点温度无法监测，最终导致连接部位温度过高甚至烧毁，造成事故停电。若对这些温升故障点的运行状态进行动态追踪监测，不仅可以防止、杜绝此类事故的发生，而且亦为电力系统安全可靠分析和科学调度提供重要的决策依据。
2、电气接点温度在线监测研究的意义
针对目前高压设备温度监测的现状，，使用最多的方式是通过人工手持红外设备定期巡检。而此种方式有很多的弊端：
1、劳动强度大，需增加工作人员
2、温度测量不准，人为的、环境的干扰因素大
3、对历史数据无法及时、有效的分析，因而无法及时发现故障的隐患
4、电气设备内部的一些关键接点的温度无法测量
（见表1）
3、基于无线传感网络的新型电气接点温度在线监测装置技术原理
基于無线传感网络的新型电气接点温度在线监测装置首先通过无线温度传感器感测设备表面温度，然后通过电磁波将温度信号传输至无线温度监测仪，再通过网络将无线温度监测仪连接至中心监测计算机来实现无线测温。
具体说明如下：
一、现场测量单元
现场测量单元主要由无线温度传感器、测量电路、逻辑控制电路、无线收发电路和供电电路组成。无线式温度传感器用于测量带电物体表面的温度，如高压开关柜内的裸露触点和母线连接处的运行温度。现场测量单元通过无线网络将温度信号发送到无线式温度监测。
二、现场监控单元
现场监控单元主要由无线温度监测仪来实现。每个无线温度监测仪相当于一个无线接入点，可同时接入9只无线温度传感器。无线温度监测装置一般安装在高压开关柜柜体外，具有现场查询、参数设置和报警等功能。无线温度监测仪采用LCD显示器显示现场监测温度，并可以通过隔离RS-485工业总线接口与远程监控系统相连，将温度数据上传至远程监测终端。
硬件设计
1、无线温度传感器主要由温度传感器、无线通讯模块、主控芯片组成，由主控芯片对温度传感器进行数据采集，然后通过无线通讯模块发送数据。
1.1、本方案采用美国AD公司的TMP35数字温度传感器，具有各自电压低、精度高、功耗低、测量范围宽的特点。
1.2、 CC1020是一款高性能的无线通讯芯片，采用微功率发射，最大发射功率10Mw，采用ISM频段，无需申请频点。外围电路少，可靠性高。
1.3、主控芯片MEGA48是一种低功耗的单片机器，它是基于增强的AVR RISC结构的低功耗8位CMOS微控制器。由于其先进的指令集以及单时钟周期指令执行时间，ATmega48的数据吞吐率高达16MIPS，避免系统在功耗和处理速度之间的矛盾，最低功耗仅0.5uA。
2、无线通讯接收装置由无线通讯模块、主控芯片、GPRS通讯模块组成。
2.1主控芯片STM32F103V8T6使用高性能的ARM Contex-M332位的RISA内核，集高性能、低功耗、实时应用于一体的嵌入式领域的要求。Thumb-2指令集具有更高的指令效率和更强的性能；通过紧耦合的嵌套矢量中断控制器，响应更迅速，工作于-40°-+105°的温度范围。
2.2 GPRS通讯模块使用西门子公司的MC52i，具有永久在线连接、快速数据存储和更快的下载速度，支持AT命令集控制。
固件设计是整个系统的灵魂，也是系统可靠性的关键环节，由于无线传感器及射频收发模块是弱电子产品，工作在强电磁、高电压、大电流的环境里，可靠性是一个非常大的考验，为防止干扰，在硬件设计上反复试验，合理布线和接地，同时采取有效措施用屏蔽材料将敏感电路保护起来。
4、基于无线传感网络的新型电气接点温度在线监测装置优点：
一、安全性高：它通过采用先进的数字温度传感器，避免了传感器输出模拟信号的传输受到电场、磁场的干扰。
二、可靠性高：通过采用先进的扩频通讯、数据纠错、自适应调频技术，有效地保证了数据无线传输的可靠性；另外，无线射频传感技术不受震动以及外界灰尘的影响，测温精度高。
三、智能化水平高：在常规模式下，温度值以分钟间隔进行采集并传输到监控中心，当发生突发事件导致温度升高到报警阈值或温度升速增快时，温度测量节点将进入快速反应状态，持续以秒为间隔密集采集温度并传输报警，从而避免错过任何可能的温升事故。
四、安装方便：无线温度传感器体积小、没有接线，可以很方便地安装在开关触头、电缆接头等安装空间狭小的被测点上。
结束语：
本文提出的基于无线传感网络的新型电气接点温度在线监测装置的研究，结构简单和易于实现。我们需要在控制成本的前提下，对整个开关柜进行监控。完善单总线数字式温度传感器。数据的无线传输避免了走线的麻烦，方便了安装。优化、完善数据库的设计。随着研究的深入，需要进一步提高系统性能。
参考文献
[1] 李红，雷志勇，基于最大熵谱估计的回波信号检测技术研究[J]半导体光电，2011（5）728-732
[2] 王建玲，罗为，基于SAWR的无源无线混合传感器研究[J]压电与声光：2009，31（6）775-778
[3] 技术文档，cc1000极低功耗单片研发
[4] 冯建华，王小英，高压测量系统的抗干扰性技术