基于無線傳感網(wǎng)的配電變壓器運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

蔡大華

(南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京 210002)

一 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，人民的生活水平提高，用電量日益增加，對(duì)用電質(zhì)量及安全要求越來越高。配電變壓器是變配電系統(tǒng)中起著重要作用的組成部分，配電變壓器的安全可靠決定了配電網(wǎng)的安全可靠。目前各廠礦企事業(yè)單位的配電變壓器有干式變壓器、油式變壓器、箱式變壓器。干式變壓器使用于戶內(nèi)，主要使用在特別重要的地方和有防火要求的高樓、醫(yī)院、機(jī)場(chǎng)、車站、地鐵、大超市及商店;油浸變壓器的應(yīng)用范圍很廣，可以在戶內(nèi)，也可以在戶外，特別適合于戶外大量使用油冷式變壓器。

二 配電變壓器及常見故障分析

配電變壓器是將電壓直接分配低壓用戶的電力設(shè)備，其運(yùn)行數(shù)據(jù)是整個(gè)配電網(wǎng)數(shù)據(jù)的重要組成部分。其中包括三相電壓、三相電流、三相有功(無功)、功率因數(shù)、有功(無功)電量、油溫度等。這些數(shù)據(jù)正常與否是配電變壓器運(yùn)行是否良好的重要反映。對(duì)重要運(yùn)行數(shù)據(jù)采取實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以及時(shí)了解設(shè)備運(yùn)行狀況，對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)異常能及時(shí)采取措施或解決。

當(dāng)配電變壓器出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)造成大面積停電及變壓器損壞。油冷式變壓器易產(chǎn)生的主要故障有溫度異常(冷卻油量過少、內(nèi)部匝間及鐵芯短路、過載);異常響聲(變壓器鐵芯的夾件螺絲松動(dòng)、器身絕緣擊穿、零件嚴(yán)重過熱);噴油爆炸(變壓器內(nèi)部短路，產(chǎn)生高溫電弧使變壓器油汽化);嚴(yán)重漏油(焊縫開裂或密封件失效、油箱銹蝕嚴(yán)重而破損);雷擊損壞(避雷器接地不良，接地線路電阻超標(biāo))。以上故障不僅是供電網(wǎng)的隱患，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致配電變壓器損壞，造成大面積停電，有的故障如異常響聲、油位下降配電變壓器的工作電壓、電流可能是正常的，不在現(xiàn)場(chǎng)容易被忽視。因此及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些故障隱患，尤其是早期發(fā)現(xiàn)，早采取措施，將減少維修成本，縮短停電時(shí)間，有很多經(jīng)濟(jì)及社會(huì)意義。一般單位的傳統(tǒng)方法是采用定時(shí)定人巡視記錄的方法，對(duì)于配電變壓器分布較分散，尤其是有一級(jí)、二級(jí)變電的單位，其分散性更大，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)問題成為難點(diǎn)。

三 無線傳感網(wǎng)及系統(tǒng)組成

1.無線傳感網(wǎng)

傳感網(wǎng)絡(luò)是一種全新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它綜合了傳感器、微處理器及通訊等技術(shù)，在物聯(lián)網(wǎng)通信中，傳感器依托網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)感知信息的傳遞和協(xié)同。通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別對(duì)象，完成獲取相關(guān)數(shù)據(jù)后，再將采集來的數(shù)據(jù)通過優(yōu)化后經(jīng)無線電波或互聯(lián)網(wǎng)傳輸給信息處理中心，進(jìn)而通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)更大范圍的跟蹤、監(jiān)控，這就是物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)相互依存的關(guān)系，傳感網(wǎng)絡(luò)將給生產(chǎn)控制及生活方式帶來革命性的變化。

2.監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成

根據(jù)配電變壓器運(yùn)行情況，采用三相電壓、三相電流變送器、功率因數(shù)變送器等測(cè)試配電變壓器的工作電壓、電流、功率因數(shù)，作為監(jiān)控(其它量可以根據(jù)需要選取)數(shù)據(jù);根據(jù)配電變壓器的類型要求選取物理量如溫度、噪音、壓力、液位、濕度等的模數(shù)傳感器模塊、無線數(shù)據(jù)采集傳輸模塊和微處理器模塊三大功能模塊構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)由無線傳感器節(jié)點(diǎn)采集、微處理器對(duì)前端的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理發(fā)布、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端的檢測(cè)系統(tǒng)(PC 機(jī))對(duì)數(shù)據(jù)分析和處理完整功能的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。平臺(tái)原理結(jié)構(gòu)如下圖:

每臺(tái)配電變壓器可以根據(jù)需要(變壓器是干式還是油浸變壓器)設(shè)置如下觀測(cè)點(diǎn):

(1)運(yùn)行數(shù)據(jù)測(cè)試:三相電壓、三相電流、功率因數(shù)等。

(2)溫度測(cè)試:油溫、鐵芯溫度測(cè)試。

(3)液位測(cè)試:變壓器冷卻油的高度測(cè)試。

(4)氣體壓力測(cè)試:變壓器內(nèi)部產(chǎn)生的氣體(瓦斯)壓力測(cè)試。

(5)噪聲測(cè)試:針對(duì)變壓器異常噪聲測(cè)試。

(6)濕度測(cè)試:組合式、密閉式變壓器的濕度測(cè)試。

3.監(jiān)控系統(tǒng)的主控器

(1)功能。各分控器數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理;顯示狀態(tài)，設(shè)置輸入;完成人機(jī)對(duì)話。

(2)結(jié)構(gòu)。液晶屏;網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)模塊;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊;微型處理器。

4.監(jiān)控系統(tǒng)的分控器

(1)功能。觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理;完成與主控器、觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)交流;控制執(zhí)行器件。

(2)構(gòu)成。無線通信模塊;串口通信模塊;網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)模塊;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊;微型處理器;設(shè)備驅(qū)動(dòng)模塊。

5.觀測(cè)點(diǎn)

(1)功能。采集環(huán)境數(shù)據(jù)、處理;與分控器通信。

(2)構(gòu)成。傳感器、單片機(jī)、無線通信模塊。

四 結(jié)束語

采用已經(jīng)技術(shù)成熟且價(jià)格適中的無線傳感器可以根據(jù)需要增加測(cè)試點(diǎn)，不用另外布線，通過無線通信模塊將測(cè)試點(diǎn)信號(hào)傳輸至分控器，再通過互聯(lián)網(wǎng)或電信與監(jiān)控中心主控器相連。監(jiān)控中心對(duì)各觀測(cè)點(diǎn)參數(shù)狀態(tài)顯示，并可以根據(jù)需要加聲光報(bào)警裝置，提高運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控的實(shí)時(shí)性、快速性。

三相電壓、電流變送器、功率因數(shù)變送器沒有無線通信功能，需要另外制作功能模塊，使其測(cè)試的過程信號(hào)通過功能模塊具有無線通信功能。

該監(jiān)控技術(shù)同樣可以用于鍋爐、管道等的溫度、壓力、液位等物理量的監(jiān)控。

［1］芮靜康，供配電系統(tǒng)的施工、運(yùn)行和維護(hù)，中國電力出版社，·2008

［2］陳家瑂，共配電系統(tǒng)及其電氣設(shè)備，中國水電水力出版社，·2004

［3］余永權(quán)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的功率接口技術(shù)，北京航空航天大學(xué)出版社，·1999

［4］楊宗德，LINUX 高級(jí)程序設(shè)計(jì)，人民郵電出版社，2009