基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

李 昂

(深圳市水務(wù)科技有限公司，廣東 深圳 518000)

1 變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)研究的必要性

對于整個電網(wǎng)系統(tǒng)來說，變壓器的作用尤為重要，不管是在輸電，還是在配電中，都充當(dāng)著樞紐的角色，一旦出現(xiàn)問題，輕則是引起小范圍的短暫停電，重則引起大面積長期停電，對工業(yè)生產(chǎn)帶來的經(jīng)濟損失是無法挽回的。因此，為了保證電網(wǎng)運行穩(wěn)定，需要及時了解相關(guān)設(shè)備的運行參數(shù)和健康參數(shù)，以浸油式電力變壓器為例，其很容易在外界環(huán)境和自身性能的長期作用下，絕緣能力出現(xiàn)問題，最終失去本應(yīng)該具備的功能，但是如果不對其進(jìn)行監(jiān)測，就無法知道是否出現(xiàn)了問題，帶來的后果是不言而明的[1]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，為變壓器溫度監(jiān)測的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了更多的選擇，本文利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，針對現(xiàn)有變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)及其存在的問題進(jìn)行了深入的研究和改進(jìn)，重點是在數(shù)據(jù)傳輸方式、溫度測量計算方式兩個方面進(jìn)行了優(yōu)化研究。

2 變壓器在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

大多數(shù)時候，變壓器所處的環(huán)境都比較惡劣，對溫度監(jiān)測系統(tǒng)提出比較嚴(yán)格的要求，要求其能夠?qū)ψ儔浩鞯臏囟冗M(jìn)行有效監(jiān)測，而卻不受現(xiàn)場電磁等干擾的影響[2]。因此考慮到系統(tǒng)的特點，并結(jié)合實際使用的需求目的，在變壓器溫度監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計之初，先對其提出性能要求：(1)功耗低。選用一次性鋰電池作為電源來實現(xiàn)低功耗。(2)成本低。因為在實際使用過程中需要對大量的變壓器進(jìn)行監(jiān)測。(3)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性。以便在故障出現(xiàn)時提前知曉，防止更壞的情況發(fā)生。(4)采集數(shù)據(jù)的可靠性。以便能夠及時、正確地掌握變壓器運行情況，并且能夠在故障發(fā)生之前進(jìn)行預(yù)判，這都需要準(zhǔn)確的溫度值作為基礎(chǔ)。(5)有一定自愈能力。雖然無線傳感器具有長時間使用的要求，但是畢竟最終電量還是會被耗盡的，因此需要在老節(jié)點被換掉后加入一些新的節(jié)點，且需要在上電后就可以直接加入網(wǎng)絡(luò)，完全取代老節(jié)點[3]。

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的，因此，在體系結(jié)構(gòu)上劃分為3層：(1)感知層。是基于傳感器終端節(jié)點的無線數(shù)據(jù)采集部分，主要對變電站設(shè)備的溫度信息量進(jìn)行采集。(2)匯聚層。主要實現(xiàn)將終端節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)通過無線通信方式傳送到協(xié)調(diào)器節(jié)點；協(xié)調(diào)器節(jié)點將數(shù)據(jù)匯聚后，通過以太網(wǎng)發(fā)送至主機以達(dá)到監(jiān)測的目的，并且可以通過布設(shè)路由器節(jié)點來擴展通信距離，從而擴大無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。(3)平臺層。主要是將通過網(wǎng)絡(luò)接口接收傳送過來的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)在界面中直觀顯示出來，監(jiān)測界面提供了實時數(shù)據(jù)展示、歷史數(shù)據(jù)查詢、設(shè)備狀態(tài)評價、設(shè)備狀態(tài)告警等功能，工作人員可以及時掌握設(shè)備的運行狀態(tài)。

在體系結(jié)構(gòu)中，為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，主要包含兩種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：(1)匯聚層與平臺層之間的網(wǎng)絡(luò)，采用光纖或者網(wǎng)線作為介質(zhì)的以太網(wǎng)。(2)感知層和匯聚層之間的網(wǎng)絡(luò)，采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)具體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)的硬件部分主要包括MCU、無線接收控制器、太外網(wǎng)接口、按鍵、顯示屏、聲光報警等。作為中央處理器，MCU由無線接收模塊接收溫度數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到中央處理器，通過顯示屏顯示。當(dāng)有異常數(shù)據(jù)出現(xiàn)，聲光報警電路工作，主要通過驅(qū)動蜂鳴器和LED燈實現(xiàn)，提示巡檢人員異常的具體位置，使現(xiàn)場工作更加方便。在實際使用中，需要基站能夠?qū)P地址、基站地址和其他相關(guān)信息進(jìn)行設(shè)置，因此，需要有按鍵功能。基站功能框架如圖1所示。

圖2 基站功能框架

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

軟件部分的功能主要由無線傳感器和無線基站協(xié)同工作來實現(xiàn)。無線溫度傳感器采集溫度，并通過算法將溫度計算為系統(tǒng)所需要的結(jié)果，由無線基站對信息打包處理發(fā)送到中央處理器。

(1)無線傳感器：在對AD接口、定時器相關(guān)硬件完成初始化后，讀取網(wǎng)絡(luò)地址等其自身網(wǎng)絡(luò)參數(shù)和其他相關(guān)的配置信息后，開始尋找網(wǎng)絡(luò)。在成功加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)之后，讀取溫度和電量信息，利用文中設(shè)計的算法、溫度值等進(jìn)行進(jìn)一步的加工計算，以得到所需的準(zhǔn)確結(jié)果。在完成相關(guān)操作后，通過無線通道將數(shù)據(jù)發(fā)送出去，再進(jìn)入休眠狀態(tài)；休眠一段時間會重復(fù)上述工作，休眠期間可能存在設(shè)置參數(shù)等操作，需要對其進(jìn)行相關(guān)的喚醒操作，完成之后再進(jìn)入休眠狀態(tài)。

(2)無線基站：主要起到轉(zhuǎn)發(fā)的作用，將接收無線傳感器發(fā)送過來的信息，并按照應(yīng)用層通信協(xié)議的規(guī)定對其重新進(jìn)行打包處理，再轉(zhuǎn)發(fā)給基站MCU；同樣，它會接收來自基站的配置信息，并將其進(jìn)行打包處理，再通過無線信道將數(shù)據(jù)發(fā)送給相應(yīng)的無線傳感器。

3 結(jié)語

本文從電力變壓器在電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中所具有的重要意義入手進(jìn)行分析，在實際使用中，為了能夠及時掌握電力變壓器運行情況，需對其多種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，其中，監(jiān)測溫度具有重要意義，不僅能夠反映變壓器的工作狀態(tài)，還能夠在一定分析的基礎(chǔ)上判斷出具體故障類型。本文針對現(xiàn)有變壓器測溫系統(tǒng)，從測溫模型、采用的技術(shù)方面出發(fā)進(jìn)行了改進(jìn)，在接下來深入的工作中，還應(yīng)該在平臺軟件中加入智能分析功能，將溫度與具體故障類型一一對應(yīng)起來，形成一個人工智能測溫系統(tǒng)。