專利名稱：電力設備狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電力設備狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(tǒng)，尤其是涉及多個設備多個觸頭的溫度監(jiān)測與預警系統(tǒng)。
背景技術：
電力系統(tǒng)中設備觸頭(主要是母排觸頭、開關觸頭、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；光纖互感器將應用得越來越多，對于開關柜內的溫濕度環(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中數(shù)據(jù)傳輸與控制網(wǎng)絡化的相關規(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)分析與預測，不能有效地預防事故的發(fā)生。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種電力設備狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術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，電力設備狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(tǒng)，包括溫度數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡、站控層；溫度數(shù)據(jù)采集裝置包括測溫終端和開關柜數(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；開關柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點包含ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調器和基于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)絡協(xié)調器與多個CC2530射頻電路組成星形網(wǎng)絡；紅外測溫探頭采集溫度數(shù)據(jù)，并通過CC2530射頻電路發(fā)送給開關柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點的ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調器，ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調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測。本實用新型具有如下有益效果，本實用新型電力設備狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(tǒng)，可以在電力設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、預測、電力設備狀態(tài)估計，同時還可以將預警信息和報警信號通過短信發(fā)出，實現(xiàn)無人值守。本實用新型主要應用于電力系統(tǒng)中需要實時測量溫度的高壓設備并進行實時分析。

圖1是本實用新型電力設備狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(tǒng)結構示意圖；圖2是本實用新型設備狀態(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，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。電力設備狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(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；開關柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3包含ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調器和基于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)絡協(xié)調器與多個CC2530射頻電路2組成星形網(wǎng)絡。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)送給開關柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3的ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調器，ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調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，光學元件將電力設備的輻射強度檢測出來，然后通過變換模塊轉換為相應的溫度值；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與開關柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3上的ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調器組成星形網(wǎng)絡，將該開關柜內的所有被測量點的溫度數(shù)據(jù)匯聚在開關柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3電路中。b)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡5完成基于IEC61850協(xié)議的網(wǎng)絡組建。具體如下:溫度數(shù)據(jù)采集裝置4的開關柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3中ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調器通過串口通信方式與開關柜數(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。多個開關柜的開關柜數(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，通過程序將數(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。設備狀態(tài)分析與狀態(tài)估計流程如圖2所示，在LabVIEW中調用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、溫度預報，結果進行實時顯示；判斷溫度過高時，調用電流數(shù)據(jù)庫中相應線路的實時電流數(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軟件中導入電力設備的結構數(shù)據(jù)，建立相關分析模型，然后將實時接收到的電流和溫度數(shù)據(jù)導入模型中，形成電磁場和溫度場的相關模型，然后編寫狀態(tài)評估程序，結合對結構場、溫度場、電磁場的分析結果來評估電力系統(tǒng)狀態(tài)。最終將評估的結果通過短信收發(fā)電路發(fā)送給值班人員和監(jiān)控中心。實施例，電力設備狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(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無線通信與開關柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點3傳遞信息，開關柜數(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5，多通道網(wǎng)絡數(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。本實用新型電力設備狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(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中調用MathScript節(jié)點，在其中趨勢外推法溫度預報Matlab程序，并將結果進行實時顯示；根據(jù)如圖2所示的流程編程判斷溫度過高時，調用電流數(shù)據(jù)庫中相應線路的實時電流數(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軟件中導入電力設備的結構數(shù)據(jù)，建立相關模型，然后將實時接收到的電流和溫度數(shù)據(jù)導入模型中，形成電磁場和溫度場的相關模型，然后編寫狀態(tài)評估程序，結合對結構場、溫度場、電磁場的分析結果來評估電力系統(tǒng)狀態(tài)。最終將評估的結果通過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、預測、電力設備狀態(tài)估計，同時還可以將預警信息和報警信號通過短信發(fā)出，實現(xiàn)無人值守，主要應用于電力系統(tǒng)中需要實時測量溫度的高壓設備并進行實時分析，能夠促進智能電網(wǎng)建設。
權利要求1.電力設備狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(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(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；開關柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(3)包含ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調器和基于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)絡協(xié)調器與多個CC2530射頻電路(2)組成星形網(wǎng)絡；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)送給開關柜數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(3)的ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調器，ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調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備狀態(tài)監(jiān)測與預警系統(tǒng)，包括溫度數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡、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)絡協(xié)調器、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、預測、電力設備狀態(tài)估計，同時還可以將預警信息和報警信號通過短信發(fā)出，實現(xiàn)無人值守。本實用新型主要應用于電力系統(tǒng)中需要實時測量溫度的高壓設備并進行實時分析。
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