基于實時無線傳感器網絡監測系統的新型電氣控制柜除塵裝置

田嘉琛

摘 要：電氣控制柜作為電氣設備重要的保護裝置，除塵是其在運行中常遇到的問題，本文通過在電氣柜外壁粘貼石墨板，內部安裝環狀導管，環狀導管連接增壓氣囊，同時將無線傳感器網絡技術應用于除塵系統中，利用傳感器節點在線監測柜體內灰塵變動進而做適當調整等進行了詳細論述。

關鍵詞：電氣柜；散熱與除塵；無線傳感器網絡

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.121

目前，電氣自動化技術已成為工業發展的主要推動力，電氣柜作為電氣工業的基本器件得到了廣泛應用，老式電氣柜存在灰塵堆積難清除和監測時效性差的問題，嚴重影響電氣柜及其內部元件的正常運作，因此對電氣柜實行在線監測除塵勢在必行。

1 傳統電氣柜的結構設計

電氣柜采用高質量的電氣元器件，具有質量可靠、耐用的特點，它所使用的保護控制儀，利用現代計算機技術，對三相電流連續巡回檢測并數據處理，可提供可靠的欠載、過載、短路、斷路、三相電流不平衡保護等，在設備正常運行時能準確交替顯示三相電流值及控制電壓值，設備停機時能把斷電瞬間的三相電流值和控制電壓值保存起來，為分析設備工作情況和查找故障原因提供了方便。

傳統的電氣柜柜體相對封閉，僅有排氣扇，排氣孔狹窄，數量稀少，內部結構相對集中于底板，元件間距窄，散熱性能較差。因此，控制柜在長期運行過程中，內部灰塵的積聚以及運行過程中產生的熱量散發，不可避免的對控制柜的正常運行產生一定影響。此外，傳統的電氣柜除塵裝置中沒有針對溫度的無線傳感器網絡在線監測系統，使得在除塵過程中存在資源浪費，消耗成本的現象。

2 電氣控制柜的除塵問題與改進

電氣控制柜設備的防塵和除塵十分重要，目前一般的除塵方式，大多只是簡單地用風機吹掃或采用吸塵器吸塵，導致除塵十分不便。

傳統的電氣控制柜為了提高散熱效果，均在柜體上開設散熱孔，內部安裝散熱風扇，這樣雖然能夠提高散熱效果，但灰塵必然會散熱孔內進入柜體內部，所以若要從根本上實現防塵，必須將控制柜做成全封閉的，由此可見，散熱與防塵這兩個功能在設計上往往出現矛盾。

采用改進后的全封閉結構的新型電氣控制柜，通過大面積安裝在柜體內外的石墨散熱片，實現柜體的封閉式散熱。另外，其內置噴氣式除塵結構，除塵操作簡單，效率高。在柜體內外壁加入導氣管，對柜體內灰塵進行吸收。同時為了防止灰塵對導管進行堵塞，在外置導氣管旁加入氣泵和彈簧增壓氣囊。在輸送管道中氣流流速越大，顆粒在氣流中的懸浮分布越均勻；氣流速度越小，粉塵則更容易接近管底，形成停滯流，直至堵塞管道。彈簧增壓氣囊可提高柜體內的流速，使粉塵分布更加均勻，防止其堵塞導管。在導管的選擇上，采用了水平輸送管和垂直輸送管，當導管內氣流足夠大時，垂直導管內氣體的升力可以平衡粉塵的重力，使得粉塵流均勻分布。

與傳統控制柜除塵裝置相比，采用上述技術所產生的有益效果是：

（1）采用全封閉的柜體結構，正常使用狀態下能夠隔絕外界灰塵，在散熱結構上，利用導熱能力極強的石墨散熱片，雙向風扇在正常使用狀態下不斷驅動柜體內部的空氣流動，這樣空氣的熱量就能夠很快的傳導到石墨散熱片上，與傳統的散熱結構相比，通過大面積的石墨散熱片能夠間接實現內外空氣的熱傳導。（2）當需要對柜體內進行除塵時，開啟封蓋，氣泵通過導氣管向柜體內噴氣，而彈簧增壓氣囊和電磁開關閥能夠形成脈沖氣流，脈沖氣流有利于將灰塵吹起，揚起的灰塵可以通過雙向風扇將其從通孔窗處排出。（3）噴氣管為蛇形定位軟管，這樣可以很好的適應不同裝配位置的控制柜，使噴氣管的位置正對需要除塵的零件。（4）聚四氟乙烯材質具有極強的非粘性能，可防止或者減少灰塵的附著，當柜體受到雨淋時很容易沖洗干凈，有利于提高散熱效果。

3 無線傳感器網絡在電氣控制柜系統的應用

（1）無線傳感器網絡監視概述。電氣控制柜除塵散熱系統的無線傳感器網絡是由監測中心、控制器、無線傳感器節點部分、無線傳感器網絡監控平臺組成。灰塵光纖傳感器作為傳感器節點定時監測灰塵堆積情況，然后立即傳送到系統的監測預警中心和網絡監控平臺，計算機會自動檢查和處理被監測物理量的信息，當溫度或者灰塵厚度超過一定指標時，系統會自行啟動電氣控制柜的排氣扇和增壓氣閥，來實現電氣柜內部的除塵和散熱功能，同時可在監控區域對電氣柜內除塵和散熱進行實時監控和靈活操作。

（2）各環節概述。傳感器節點是整個監控系統的基本組成單位，主要由電源模塊、無線通信模塊組成。按照電氣柜的需要，選取灰塵光纖傳感器，光纖灰塵傳感器作為傳感器節點，在電氣柜的除塵無線網絡監測實際運行中，傳感器節點所接收的模擬信號、溫度、灰塵堆積厚度等數據會通過節點內所內置A/D轉換器裝換成相應的數字信號，傳輸至計算機監測預警系統中。通訊方面使用藍牙技術建立無線互聯網絡，藍牙技術的成本低、消耗少，一般的藍牙無線互聯網技術所采用的是2.4GHz ISM許可頻率波段，單片機和藍牙模塊的通訊通過uart口，選擇是否與其它接口構成無線互聯網。

預警系統和傳感器節點形成局部網絡，主要采用了Zigbee技術，性價比高，綜合效益好，可降低功耗成本，增強網絡的可靠性。

無線傳感器網絡的的性能和通信質量，可通過PRR數值來表示，數值較高說明通信質量較好，根據實際經驗來說，此線路的通信質量也和通信距離有關，通信距離越長，則通信精度又會隨之下降。

4 結束語

基于上述分析，將無線傳感器節點和監測裝置用無線互聯網相連接，組成無線傳感器網絡監測平臺，并且將電氣柜的電磁開關閥與監測裝置相連接，傳感器節點發出預警信號，電磁開關閥啟動，聯動風扇和電磁增壓氣泵同時啟動，一方面通過通孔在風扇的帶動下將灰塵排出，另一方面增壓氣泵不斷鼓氣和吸氣，在導氣管中組成循環氣流，可以有效除塵，雙面作用提高除塵的效率。從純機械除塵的角度有效改善了封閉電氣柜體內部的塵土問題，而且機械除塵法材料簡單，節約成本，尤其是創新的將互聯網技術融入除塵過程中，有效解決了以往電氣除塵的實時性差和資源浪費問題。

參考文獻：

[1]黃建江.電除塵器電場高壓控制柜電源改造[J].電力安全技術 ，2003（02）.

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