變電站溫濕度在線監控系統研發

周凱鋒　張志峰　周妙秀

摘 要：文章介紹了變電站溫濕度在線監控系統，包括總體構架、硬件設計、軟件設計等內容，最后總結了監控系統的創新點。

關鍵詞：溫濕度；監控；系統

溫度和濕度是影響變電站電力設備正常運行的關鍵參數。因此，精確測量電力設備運行環境的溫濕度真實值十分重要。變電站電力設備很多是精密儀器，對環境要求很嚴格，溫濕度值必須符合規定，所以從設計上必須考慮多點監測，并達到在線實時傳輸。本文研發的變電站溫濕度在線監控系統克服了目前變電站溫濕度測控方式的缺陷，包括人工采集數據浪費時間，布線成本高且傳輸距離短等問題。新型監控系統由三大部分組成：若干個檢測單元、系統集成單元、綜合控制單元。監控系統工作過程分為3個步驟：（1）當檢測單元測量值超過設定閥值時，觸發蜂鳴器發出聲音報警，且傳輸當前溫濕度值到系統集成單元。（2）系統集成單元處理接收到的數據，處理后的數據通過RS-485串口后，進入綜合控制單元。（3）綜合控制單元的數據庫儲存接收到的數據信息，方便供用戶隨時調用查看，可以形成圖形和報表，給技術人員提供技術分析。

1 變電站溫濕度實時監測系統組成介紹

本文研究開發的變電站溫濕度實時監控系統組成結構如圖1所示。該系統具有多點采集數據的特點，實現集中監控的方式，兼有一對多傳輸數據和一對一傳輸數據的特征。即多個現場檢測單元對應一個綜合控制單元和一個系統集成單元。綜合考慮變電站現場實際環境和用戶需求，多點位布置溫濕度傳感器。數據通信方式多樣化，用戶可以根據現場實際情況采用無線數據通信或RS-485通信或綜合采用兩種通信模式。在無線數據通信模式下，變電站布置相近的溫濕度傳感器通過網絡組成局域網，利用RS485總線技術進行數據通信，再由同一個系統集成模塊與綜合控制單元進行通信。

由綜合控制單元按輪詢方式向現場檢測單元發送指令，讀取變電站布置各個點位的溫濕度傳感器測量的數據值，數據傳輸采用Modbus協議，有效地避免了傳輸過程中數據失真，且能保證數據的兼容性。

在變電站匯控箱安裝模塊化的智能溫濕度測控器，實施監測、顯示、記錄每臺抽濕機的工作狀態，并可通過終端監控軟件平臺手動對抽濕機的啟停進行遠程控制，將濕度參數與抽濕機啟停進行聯動，當濕度超高時，自動啟動抽濕機，消除濕氣對設備的腐蝕危害，提高了電氣絕緣性能，保障設備的運行安全。本監控系統采用SQL網絡型數據庫，可以儲存變電站各溫濕度傳感器測量的數據值，用戶可以查詢記錄任意時間段的數據，同時對實時在線監測的異常數據能進行聲光報警。

在變電站匯控箱安裝模塊化的智能溫濕度測控器，實施監測、顯示、記錄每臺抽濕機的工作狀態，并可通過終端監控軟件平臺手動對抽濕機的啟停進行遠程控制，將濕度參數與抽濕機啟停進行聯動，當濕度超高時，自動啟動抽濕機，消除濕氣對設備的腐蝕危害，提高了電氣絕緣性能，保障設備的運行安全[1]。

2 硬件設計

變電站溫濕度實時監控系統硬件由兩大部分構成，即檢測單元和系統集成單元設計。

2.1 檢測單元設計

現場檢測單元各部分組成如圖2所示，包括微控制器、電力通信模塊、復位電路模塊、溫濕度傳感器、報警模塊、顯示模塊、鍵盤模塊等。其中為控制器選用STC89C52芯片，它的I/O接口與溫濕度傳感器的2線串行接口連接，不需要通過數模轉換就可以實現數據讀取功能。通常將SHT10芯片作為溫濕度傳感器。優于傳統檢測電路，具有簡單、經濟、實用、可靠等特點。變電站環境溫濕度通過布置在變電站的各個溫濕度傳感器檢測參數值。

2.2 系統集成單元設計

系統集成單元的原理如圖3所示，總體構架包括微控制器模塊、電源調理模塊、人機接口模塊、通信通道隔離電路等。其中通信通道隔離電路與綜合控制單元、檢測單元通信接口相連接。

如果把系統集成單元各模塊與人器官做比較的話，微控制器模塊相當于人的大腦，向電源調理模塊、人機接口模塊、通信通道隔離電路發送指令，統籌協調和分配其他模塊的工作內容；電源調理模塊向其他各模塊提供動力，就像人的心臟為人提供動力；通信通道隔離電路向綜合控制單元、檢測單元進行數據交換，人機接口模塊顯示微控制器模塊的數據。集成單元與變電站現場布置的各溫濕度傳感器通過不同的地址碼進行一對多通信，接收到溫濕度數據后，先將參數打包處理，然后再傳輸給綜合控制單元[2]。

3 軟件設計

檢測單元、系統集成單元和綜合控制單元都有自己的工作軟件界面，其各自的功能可以在軟件中實現。其中檢測單元軟件負責顯示現場各溫濕度傳感器測量的數據，接收系統集成單元軟件發送過來的指令和數據等信息。系統集成單元軟件負責查詢各檢測單位通信地址碼，分辨各溫濕度傳感器數據真實性，匯總溫濕度參數值，打包處理及傳輸等工作內容。綜合控制單元功能軟件由VC++編程實現工作界面，建立SQL數據庫，以串行接口實現與各檢測單元一對多通信，和系統集成單位一對一通信。具有數據設定、控制、報警、顯示等多種功能。綜合控制單元的界面可以給用戶提供圖形、報表的方式供他們查看，而形成這些圖形、報表的數據由現場檢測單元測量所得，并經過系統集成單元打包處理后發送過來的。使用者可以通過軟件的菜單功能調出數據庫，并以圖形或報表形式再現顯示，數據庫具有按檢測位號查詢、按月度查詢、按自定義時間段查詢等3種方式，從而實現了對變電站環境溫濕度的監控與管理。

不僅可對本項目的端子箱內部溫濕度和抽濕機進行監控管理，還可以對站內機房環境等其他設備進行集中的監控管理。如：站內機房溫濕度、空調、消防、水浸、視頻等，滿足用戶未來大數據整合管理的需求。本系統采用無線網絡自組網，對現場無布線要求，施工簡易，可操作性強，推廣簡單，應用廣泛。使維護管理人員及時掌握端子箱運行環境的溫濕度值以及抽濕機設備的工作狀態，從而顯著提高端子箱運行的安全性和可靠性。

4 結語

監控系統采用SQL網絡型數據庫并提供了設備實時數據的第三方接口，提供手機APP應用，可以與用戶實際管理體制進行配合管理，真正做到無人值守并融入用戶的管理方式。將以前不注重但卻對電力安全運營擁有相當影響的端子箱，納入管理系統中來，進一步提高電力運維的安全性。監控平臺界面顯示采用全中文界面，圖形化設計，支持電子地圖功能。界面的結構、層次清晰明了，能夠實時直觀地顯示設備的運行數據和運行狀態，場景仿真。

[參考文獻]

[1]陳永利，張自賓，李曉銀.糧食倉庫溫濕度檢測系統[J].儀器儀表學報，2003（4）：305-306.

[2]薛小鈴.單片機接口模塊應用與開發實例詳解[M].北京：北京航空航天大學出版社，2010.