CN109283959A - 基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***及方法，其中***包括就地测控装置和测控后台，该***还包括加热器和除湿器，所述的加热器和除湿器安装于变电站的密闭柜体内，所述的就地测控装置安装于变电站的密闭柜体、消防水池和电缆沟内，所述的就地测控装置实时监测安装位置的温度、湿度和液位参数并无线传输至测控后台，所述的测控后台通过就地测控装置启停加热器或除湿器。与现有技术相比，本发明具有以下优点：实现大型变电站重点设施的专门监控等。

Description

基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***及方法

技术领域

本发明涉及大型变电站监测领域，尤其是涉及一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***及方法。

背景技术

近年来随着我国对环境污染治理力度的加大，清洁能源应用范围不断拓展，电力能源的替代程度也在不断加深。由于我国发电资源与经济人口资源呈逆向分布，在西南地区、西北地区的大型水电、火电、风电、太阳能发电等电力资源，需通过超、特高压输电线路输送至经济发达、人口密集的华东地区、华北地区以及华东地区。目前电网电压等级已发展到交流1000kV、直流±1100kV，意味着单个变电站额定容量占区域负荷比例极高，以±1100kV直流换流站为例，其额定功率达到12000MW，直流闭锁将会造成整个区域电网的频率、电压大幅波动，因此确保大型变电站安全可靠至关重要。大型变电站的室外开关汇控柜、闸刀端子箱、PT端子箱、CT端子箱等装置的数量超过1000个，由于采用密闭柜体结构，在春季的梅雨天气，夏季的台风、暴雨天气，冬季的寒潮、暴雪天气时，内部容易形成高湿度环境和凝露问题。在这些装置内部出现温度异常、湿度过大、凝露等问题时，会引起继电器老化加快、端子排金属元件锈蚀等问题，最不利情况是导致柜内接线短路、接地故障，导致开关误跳开或刀闸误动作，引起变电站跳闸事故，酿成大规模的停电事件。在电力***中此类问题已发生多起。大型变电站内的消防水池、电缆沟也是关键设施，其水位监测非常重要，目前的变电站后台监测难以涉及。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***，包括就地测控装置和测控后台，该***还包括加热器和除湿器，所述的加热器和除湿器分别安装于变电站的密闭柜体内，所述的就地测控装置分别安装于变电站的密闭柜体、消防水池和电缆沟内，所述的就地测控装置实时监测安装位置的温度、湿度和液位参数并无线传输至测控后台，所述的测控后台通过就地测控装置启停加热器或除湿器。

优选地，所述的就地测控装置包括MCU微处理器控制单元、无线收发模块、电源模块、液位传感器、温湿度传感器和编码模块，所述的MCU微处理器控制单元通过无线收发模块连接测控后台，所述的电源模块、液位传感器、温湿度传感器和编码模块分别连接MCU微处理器控制单元，所述的电源模块为MCU微处理器控制单元、液位传感器、温湿度传感器和无线收发模块提供电源，所述的编码模块对每个就地测控装置设置独立的地址编码，用于测控后台与就地测控装置通讯时的设备识别。

优选地，所述的电源模块为交流220V到直流5V转换，最大功率5W的电源。

优选地，所述的编码模块为10位二进制编码开关。

优选地，所述的温湿度测量模块为SHT30温湿度传感器。

优选地，所述的液位传感器为超声波液位传感器。

优选地，所述的无线收发模块为LoRa无线收发模块。

优选地，所述的MCU微处理器控制单元通过SCI串行通讯连接LoRa无线收发模块，所述的MCU微处理器控制单元通过A/D转换模块采集液位传感器4～20mA模拟量，所述的MCU微处理器控制单元通过IIC总线协议连接温湿度传感器，所述的MCU微处理器控制单元通过开关量I/O输出连接加热器和除湿器。

优选地，所述的测控后台包括分析***和软件界面，所述的分析***接收就地测控装置传输的现场温度、湿度和水位信号，主动分析参数合理范围，根据***内设定的告警定值对超标数据进行告警，根据设定的温湿度定值自动发出控制命令至就地测控装置，实现加热器、除湿器的自动启停控制，并设定工作时间；所述的软件界面实现定值设置和监控数据的处理、显示以及告警功能。

一种采用所述的基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***的方法，包括以下步骤：

步骤1、***初始化，测控后台初始化包括对应装置地址，设置通讯频率和设置传输速率预设；就地测控装置预设包括设置模块地址和硬件自检；

步骤2、测控后台下发数据测控指令，包括测量和控制指令，无线发送测量命令帧包括：温度测量、湿度测量和液位测量；无线发送控制命令帧包括：加热器启停和除湿器启停；

步骤3、MCU微处理器控制单元处理命令帧并向各功能模块下发指令，包括；MCU与温湿度传感器控制通讯，MCU读取液位传感器模拟信号，MCU输出控制命令帧；

步骤4、MCU回传测量信号和状态信号至测控后台。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、大型变电站重点设施监控***，主要工作于室外开关汇控柜、闸刀端子箱、PT端子箱、CT端子箱、各类密闭柜体、消防水池、电缆沟等重点设施内部，实现温度、湿度、液位远程测量以及加热器、除湿器远程自动控制，填补目前变电站监测方面的空白。

2、就地测控装置与测控后台采用LoRa无线通讯技术进行数据传输，发射功率在20dBm～30dBm范围，接收灵敏度-130dbm，可以有效穿透不锈钢柜体、水泥墙壁，实现现场至主控室的无线数据传输，并且确保现场对二次设备、继电器干扰小，不影响各类电气设施正常运行。

3、采用无线通讯、就地测控装置模块化设计，在后期增加测量点时，可以扩充就地装置数量达数千个，施工工程量小、通用性强，避免传统方式的设计和布线难度和巨大工程量。

4、就地测控装置集数据采集和控制输出于一体，可针对各类数字量、模拟量采集进行功能扩展，也可对各类现场设备控制进行具体配置，具备功能可扩展的技术特征。

附图说明

图1为本发明的***结构示意图；

图2为本发明的就地测控装置的结构示意图；

图3为本发明的***连接示意图；

图4为本发明的***工作过程流程图；

图5为本发明的温湿度传感器的典型条件下温度测量误差示意图；

图6为本发明的温湿度传感器的典型条件下湿度测量误差示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

本***主要应用于大型变电站，测控装置安装在室外开关汇控柜、闸刀端子箱、PT端子箱、CT端子箱、各类密闭柜体、消防水池、电缆沟等设施内部，实时监测柜内温度、湿度、液位参数，向后台无线发送测量数据，同时根据后台设定的定值，发出告警信号并自动控制柜内加热器、除湿器启停，确保户外密闭柜体内部温度/湿度不超标，防止消防水池和电缆沟液位异常。

如图1所示，一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***，包括就地测控装置和测控后台，该***还包括加热器和除湿器，所述的加热器和除湿器安装于变电站的密闭柜体内，所述的就地测控装置安装于变电站的密闭柜体、消防水池和电缆沟内，所述的就地测控装置实时监测安装位置的温度、湿度和液位参数并无线传输至测控后台，所述的测控后台通过就地测控装置启停加热器或除湿器。

如图2所示，所述的就地测控装置包括MCU微处理器控制单元、无线收发模块、电源模块、液位传感器、温湿度传感器和编码模块，所述的MCU微处理器控制单元通过无线收发模块连接测控后台，所述的电源模块、液位传感器、温湿度传感器和编码模块分别连接MCU微处理器控制单元，所述的电源模块为MCU微处理器控制单元、液位传感器、温湿度传感器和无线收发模块提供电源，所述的编码模块对每个就地测控装置设置独立的地址编码，用于测控后台与就地测控装置通讯时的设备识别。

所述的电源模块的规格为交流220V到直流5V转换，最大功率5W。所述的编码模块为10位二进制编码开关。所述的温湿度测量模块的型号为SHT30。所述的液位传感器为超声波液位传感器。所述的无线收发模块为LoRa无线收发模块。

如图3所示，所述的MCU微处理器控制单元通过SCI串行通讯连接LoRa无线收发模块，所述的MCU微处理器控制单元通过A/D转换模块采集液位传感器4～20mA模拟量，所述的MCU微处理器控制单元通过IIC总线协议连接温湿度传感器，所述的MCU微处理器控制单元通过开关量I/O输出连接加热器和除湿器。

所述的测控后台包括分析***和软件界面，所述的分析***接收就地测控装置传输的现场温度、湿度和水位信号，主动分析参数合理范围，根据***内设定的告警定值对超标数据进行告警，根据设定的温湿度定值自动发出控制命令至就地测控装置，实现加热器、除湿器的自动启停控制，并设定工作时间；所述的软件界面实现定值设置和监控数据的处理、显示以及告警功能。

如图4所示，一种采用所述的基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***的方法，包括以下步骤：

步骤1、***初始化，测控后台初始化：对应装置地址，设置通讯频率，设置传输速率；就地测控装置预设：设置模块地址，硬件自检；

步骤2、测控后台下发数据测控指令，包括测量和控制指令，无线发送测量命令帧包括：温度测量、湿度测量和液位测量；无线发送控制命令帧包括：加热器启停和除湿器启停；

步骤3、MCU微处理器控制单元处理命令帧并向各功能模块下发指令，包括；

MCU与温湿度传感器控制通讯，MCU读取液位传感器模拟信号，MCU输出控制命令帧；

步骤4、MCU回传测量信号和状态信号至测控后台。

如图5和图6所示，本发明的温湿度测量：温湿度测量模块(型号SHT30)

的测量精度，典型条件下温度在-40～120℃范围内误差不超过±0.5℃、湿度在0～100％范围内误差不超过±4％相对湿度。传感器工作电压为直流2.4V到5.5V，具备快速的响应和测量时间，通讯速度达到1MHz，采用防水密闭封装，模块尺寸为2.5×2.5mm2。***中设计IIC总线协议实现温湿度传感器的控制，单片机发出测量控制命令并采集读取温湿传感器的数据。

本发明的加热器、除湿器控制：微处理器输出功能控制加热器及除湿器的控制，后台***工具现场测量的温湿度数据，判断柜内是否温度过低有凝露风险或湿度过高，来确定打开或关闭加热器、除湿器。控制命令通过无线网络传输到微处理器，直接输出数字量控制命令，实现加热器、除湿器的启动或停止，并根据实际温湿度水平调节两者的工作时间。

本发明的无线模块采用LORA扩频传输，工作频率范围是410～441MHz，工作电压直流2～5.5V，模块尺寸20*36mm。无线发送功率20dBm～30dBm，对二次设备运行影响较低。接收灵敏度-130dbm，数据传输稳定，有效通信距离3～8km。在户外封闭柜体、消防水池内安装的无线模块，可以有效穿透不锈钢柜体、水泥墙壁，实现主控室的无线数据传输。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***，包括就地测控装置和测控后台，其特征在于，该***还包括加热器和除湿器，所述的加热器和除湿器分别安装于变电站的密闭柜体内，所述的就地测控装置分别安装于变电站的密闭柜体、消防水池和电缆沟内，所述的就地测控装置实时监测安装位置的温度、湿度和液位参数并无线传输至测控后台，所述的测控后台通过就地测控装置启停加热器或除湿器。

2.根据权利要求1所述的一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***，其特征在于，所述的就地测控装置包括MCU微处理器控制单元、无线收发模块、电源模块、液位传感器、温湿度传感器和编码模块，所述的MCU微处理器控制单元通过无线收发模块连接测控后台，所述的电源模块、液位传感器、温湿度传感器和编码模块分别连接MCU微处理器控制单元，所述的电源模块为MCU微处理器控制单元、液位传感器、温湿度传感器和无线收发模块提供电源，所述的编码模块对每个就地测控装置设置独立的地址编码，用于测控后台与就地测控装置通讯时的设备识别。

3.根据权利要求2所述的一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***，其特征在于，所述的电源模块为交流220V到直流5V转换，最大功率5W的电源。

4.根据权利要求2所述的一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***，其特征在于，所述的编码模块为10位二进制编码开关。

5.根据权利要求2所述的一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***，其特征在于，所述的温湿度测量模块为SHT30温湿度传感器。

6.根据权利要求2所述的一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***，其特征在于，所述的液位传感器为超声波液位传感器。

7.根据权利要求2所述的一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***，其特征在于，所述的无线收发模块为LoRa无线收发模块。

8.根据权利要求7所述的一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***，其特征在于，所述的MCU微处理器控制单元通过SCI串行通讯连接LoRa无线收发模块，所述的MCU微处理器控制单元通过A/D转换模块采集液位传感器4～20mA模拟量，所述的MCU微处理器控制单元通过IIC总线协议连接温湿度传感器，所述的MCU微处理器控制单元通过开关量I/O输出连接加热器和除湿器。

9.根据权利要求2所述的一种基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***，其特征在于，所述的测控后台包括分析***和软件界面，所述的分析***接收就地测控装置传输的现场温度、湿度和水位信号，主动分析参数合理范围，根据***内设定的告警定值对超标数据进行告警，根据设定的温湿度定值自动发出控制命令至就地测控装置，实现加热器、除湿器的自动启停控制，并设定工作时间；所述的软件界面实现定值设置和监控数据的处理、显示以及告警功能。

10.一种采用权利要求1～9中任一所述的基于低功率无线通讯的大型变电站重点设施监控***的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、***初始化，测控后台初始化包括对应装置地址，设置通讯频率和设置传输速率预设；就地测控装置预设包括设置模块地址和硬件自检；

步骤2、测控后台下发数据测控指令，包括测量和控制指令，无线发送测量命令帧包括：温度测量、湿度测量和液位测量；无线发送控制命令帧包括：加热器启停和除湿器启停；

步骤3、MCU微处理器控制单元处理命令帧并向各功能模块下发指令，包括；MCU与温湿度传感器控制通讯，MCU读取液位传感器模拟信号，MCU输出控制命令帧；

步骤4、MCU回传测量信号和状态信号至测控后台。