CN114326881A - 一种变电站设备箱温湿度智能运维*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种变电站设备箱温湿度智能运维***，属于电力运维技术领域。包括温湿度采集终端、无线汇聚器、无线收发器和上位机；所述温湿度采集终端设置在设备箱内部，用于获取设备箱内部的温度和湿度数据，且具有无线通信功能；所述无线汇聚器设置在远离地面的高处，用于汇聚附近所述温湿度采集终端的无线信号后与所述无线收发器通信；所述无线收发器设置在监控室的楼顶，与所述无线汇聚器及所述上位机通信连接；所述上位机用于获取所述温湿度采集终端所采集的温湿度数据。本发明能够实时监控设备箱内部的温湿度数据，能够及时发现设备箱的热缺陷，能够根据历史温湿度数据评估设备箱的运行状态。

Description

一种变电站设备箱温湿度智能运维***

技术领域

本发明属于电力运维技术领域，具体涉及一种变电站设备箱温湿度智能运维***。

背景技术

变电站室外设备机构箱、端子箱、电源箱等设备箱的运行状态直接关乎电网的运行安全，因此，就需要监测设备箱内部温湿度以评估设备箱和设备箱内设备的运行状态。目前对设备箱内温湿度的监测主要依赖运维人员人工完成，运维人员在巡查过程中，通过观察窗查看设备箱内温湿度计的读数，或通过红外热成像仪检测设备箱的外壳温度，或打开设备箱通过红外热成像仪检测内部设备温度。但这种依赖人工的方式工作量大，效率低，也不能及时的发现设备箱的热缺陷。因此，就需要一种能够在线实时检测设备箱内部温湿度的方法。

如专利文献CN112034914A提出一种基于Zigbee无线通信的变电站端子箱温湿度控制***，包括温湿度传感模块、微处理器、Zigbee终端节点、Zigbee中央节点、上位机、继电器、加热器、通风扇；其中：所述温湿度传感模块输出端与微处理器输入端电连接；所述微处理器与Zigbee终端节点通信连接；所述Zigbee终端节点与Zigbee中央节点通信连接；所述Zigbee中央节点与上位机通信连接；所述微处理器输出端与继电器输入端电连接；所述继电器输出端分别与加热器输入端、通风扇输入端电连接。该发明通过Zigbee中央节点与Zigbee终端节点进行组网，实现无线通信功能，并可将温湿度数据集中上传。

又如专利文献CN207570585U提出一种变电站温湿度监测***，包括温湿度采集与信号发射装置、无线中继器、信号接收及数据处理装置以及显示终端；温湿度采集与信号发射装置包括箱体，安装于箱体内的采集数据处理器、为采集数据处理器提供电量的电源，引至于箱体外的温湿度传感器、发送天线；信号接收及数据处理装置包括壳体，安装于壳体内的接收数据处理器、为接收数据处理器提供电量的电源，安装于壳体中的显示屏，设置于壳体侧面、与接收数据处理器相连接的网络接口，延伸至壳体外的接收天线。该发明主要利用了无线传输技术实现对温湿度的监测，监测范围不仅涵盖了变电站设备间，还将电力运维工作中比较关切的户外设备箱也纳入其中。

但上述发明均未公开针对变电站复杂电磁环境对无线传输影响而采取的措施。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种变电站设备箱温湿度智能运维***。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种变电站设备箱温湿度智能运维***，包括温湿度采集终端、无线汇聚器、无线收发器和上位机；

所述温湿度采集终端设置在设备箱内部，用于获取设备箱内部的温湿度数据，且具有无线通信功能；

所述无线汇聚器设置在远离地面的高处，用于汇聚附近所述温湿度采集终端的无线信号后与所述无线收发器通信；

所述无线收发器设置在监控室的楼顶，与所述无线汇聚器及所述上位机通信连接；

所述上位机用于获取所述温湿度采集终端所采集的温湿度数据。

进一步的，支持多种通信频段。

进一步的，采用ZigBee协议实现无线通信。

进一步的，设备箱内还设置有排风设备和加热设备；所述排风设备和所述加热设备分别通过继电器与所述温湿度采集终端电性连接；所述温湿度采集终端具有GPIO接口，能够控制继电器的开合，获取继电器的开合状态。

进一步的，所述上位机上运行有计算机程序，所述计算机程序用于实时显示设备箱的温湿度数据，用于通过所述温湿度采集终端控制所述排风设备和所述加热设备。

进一步的，所述计算机程序还具有：

报表功能，根据历史数据生成指定时间内设备箱的温湿度报表；

预警功能：实时检测温湿度数据，当检测出过高的温度或湿度时向运维人员发出报警信息，自动打开所述排风设备进行散热，或打开所述加热设备进行除湿。

进一步的，所述上位机上还设置有数据库，所述数据库用于存储温湿度数据。

变电站内设备箱为了密封性能，其通风和透气性较差，自身散热能力不足，容易出现空气对流死区，当设备发热而未能及时发现时，温度将持续上升，设备将很快形成过热缺陷。目前变电站内多采用人工的方式检测设备箱内温度，但采用人工的方式具有以下缺点：测温点多，巡视维护工作量大，效率低；无法及时向运行人员提供发热告警信息，不能及时发现发热缺陷；无法积累历史数据，无法分析温升变化，无法为设备维护、检修提供数据支持。

因此，出现了能够在线实时检测设备箱内部温度的现有技术。为了避免布线造成的高昂成本和安全风险，这些现有技术多采用无线的方式传输数据。目前变电站内多使用315MHz或433MHz等低频段传输无线信号，虽然低频段具有空间传播损耗小、信号绕射能力较强的特点，但由于频点数量少，相应通信***的上下行带宽较小，仅适宜承载低速率、小颗粒业务，不适合大量传感数据的传输和实时监控。为了提高对设备箱温湿度监控的实时性，就需要考虑采用较高频段进行无线传输，因此，支持更高频段的ZigBee协议就是首选。如专利文献CN112034914A、CN211783954U、CN208012778U等专利文献的无线传输均采用ZigBee协议

但变电站内电磁环境复杂，高压变电站在运行时会产生电磁干扰，无线信号会受到不同程度电磁干扰的影响。但现有技术中多未考虑上述问题，因此，其无线传输不稳定，数据出错率高。即使有现有技术考虑到电磁干扰的问题，其解决方法也仅为增加无线终端，以提高无线信号覆盖范围和传输的可靠性，但这样设置一方面会增加成本，另一方面也会在同频段内造成信号干扰。

在这种情况下，本发明从前端无线采集终端的布设方式上进行考虑，将无线汇聚器设置在高空，利用高空进行远距离的无线传输，避免变电站地面上大尺寸金属架构电气设备对无线信号的干扰和影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明能够实时监控设备箱内部的温湿度数据，能够及时发现设备箱的热缺陷，根据历史温湿度数据评估设备箱的运行状态。当后台***监测到异常或危险温湿度数据时，能够及时向运维人员发出报警信息，也能够自动打开排风设备或加热设备，进行散热或除湿。

本发明采用无线的方式实现温湿度采集终端与上位机的通信，避免布线所带来的高昂成本和安全风险，避免将电气设备上的高电压引入监控室而威胁人身安全。

本发明的无线通信支持多种频段，相比传统的433MHz频段，高频段具有更高的传输速度和更大的传输带宽，即能支持大量温湿度采集终端的接入，也能为变电站内其他无线感知设备提供通信链路。本发明数据传输时采用ZigBee网络协议，具有低速、低耗电、低成本、支持大量网络节点、支持多种网络拓扑的特点，适合各种传感数据的传输。

本实施例在设备箱旁设置无线汇聚器，无线汇聚器具有较大的信号发射功率和较远的传输距离，能够在收集附近温湿度采集终端的信号后，统一发送至监控室楼顶的无线收发器，最终由无线收发器将数据传输至上位机。本发明的无线汇聚器设置在变电站架构上部、架构避雷针或避雷针塔等远离地面的高处，无线收发器设置在监控室大楼的楼顶。因此，无线汇聚器能够覆盖更大的范围，能够支持更多温湿度采集终端或其他无线终端的接入，无线汇聚器与无线收发器之间的通信能够避免地面上变压器、断路器、刀闸开关等大尺寸电气设备自身电磁辐射和信号遮挡的影响，使无线传输更加安全稳定。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

图1：本发明的连接示意图；

图2：本发明设备箱内部的连接示意图；

图3：本发明上位机的结构示意图；

其中：1-温湿度采集终端，2-排风设备，3-加热设备，4-上位机，5-无线汇聚器，6-无线收发器。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步清楚阐述本发明的内容，但本发明的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。

参阅图1-图3，本实施例所提供的变电站设备箱温湿度智能运维***包括温湿度采集终端1、排风设备2、加热设备3、无线汇聚器5、无线收发器6和上位机4。

温湿度采集终端1、排风设备2和加热设备3均设置在设备箱内部，温湿度采集终端1用于获取设备箱内部的温度数据和湿度数据，排风设备2用于对设备箱内部进行散热，加热设备3用于对设备箱内部进行加热除湿。排风设备2和加热设备3均通过继电器与温湿度采集终端1连接，因此，温湿度采集终端1能够通过所述继电器控制排风设备2进行散热，或控制加热设备3进行加热。

对于温湿度采集终端1、排风设备2和加热设备3的供电，如果设备箱内已经自带220V电源输出，则可以直接使用该220V电源；当然，若设备箱内通过有交变电流，也可基于电磁感应原理，使用电流互感器获得低压电源。

上位机4设置在变电站的监控室，用于获取、存储和处理温湿度采集终端1所采集的温湿度数据，并通过温湿度采集终端1控制排风设备2和加热设备3。

为避免重新布线，本发明采用无线的方式将温湿度采集终端1所采集的数据传输至上位机4。但变电站内电磁环境复杂，高压变电站在运行时会产生电磁干扰，无线信号会受到不同程度电磁干扰的影响。因此，本实施例在设备箱旁设置无线汇聚器5，无线汇聚器5具有较大的信号发射功率和较远的传输距离，其在汇聚附近温湿度采集终端1的信号后，统一发送至监控室附近无线收发器6，最终由无线收发器6将数据传输至上位机4。因此，湿度采集终端1能够通过无线汇聚器5和无线收发器6实现与上位机4之间的通信。

目前变电站内多使用315MHz或433MHz等低频段传输无线信号，虽然低频段具有空间传播损耗小、信号绕射能力较强的特点，但由于频点数量少，相应通信***的上下行带宽较小，仅适宜承载低速率、小颗粒业务。因此，为了提高对设备箱温湿度监控的实时性，也考虑为变电站内其他无线感知设备提供通信链路，本发明的无线通信采用支持更高频段的ZigBee协议实现。

ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议，底层是采用IEEE 802.15.4标准规范的媒体访问层与物理层，具有低速、低耗电、低成本、支持大量网络节点、支持多种网络拓扑等特点，支持868/915MHz和2.4GHz频段。

温湿度采集终端1采用EFR32MG主控芯片，内置温湿度传感器模块。EFR32MG主控芯片上整合了射频收发器、内存、Cortex-M4处理器，具有1024kB的可编程Flash及256kB的RAM。EFR32MG主控芯片支持多种调制方式，支持Zigbee、Bluetooth、2.4G IEEE 802.15.4、Sub-GHz等多种标准或协议，支持的Sub-GHz覆盖169MHz、433MHz、868MHz、915MHz频段。EFR32MG主控芯片支持的GPIO引脚可方便的控制继电器，从而控制排风设备2和加热设备3的启动或关闭，也能够根据GPIO引脚电平高低判断继电器的开合状态，从而获取排风设备2和加热设备3的开关状态。

本实施例的无线网络支持多种频段，温湿度采集终端1、无线汇聚器5和无线收发器6在组网后，初始频段设置为2.4GHz，若该频段因电磁干扰而不稳定，则可向下切换频段(如915MHz、868MHz等)，直至寻找到稳定的通信频段。

为提高温湿度采集终端1的无线信号传输能力，减少设备箱对无线信号的屏蔽作用，本实施例温湿度采集终端1设置了天线，所述天线或设置在设备箱通风窗附近，或设置在设备箱的外部。

在本发明的另一实施方式中，考虑到变电站中大尺寸金属架构电气设备对无线信号的遮挡影响，本实施例的无线汇聚器5设置在远离地面的高处，可安装在变电站架构上部、架构避雷针或避雷针塔等部位上；同时，无线收发器6设置在监控室大楼的楼顶。这样，无线汇聚器5能够覆盖更大的范围，能够支持更多温湿度采集终端1或其他无线终端的接入，无线汇聚器5与无线收发器6之间的通信能够降低变压器、断路器、刀闸开关等大尺寸电气设备自身电磁辐射和信号遮挡的影响，使无线传输更加安全稳定。设置于高处的无线汇聚器5设置防雷接地措施。

本实施例上位机4为一计算机设备，可以是计算机，也可以是服务器，其内部结构如图3所示。上位机4包括通过***总线连接的处理器和存储器，其中，所述处理器用于提供计算和控制能力，所述存储器包括非易失性存储介质和内存储器；所述非易失性存储介质存储有操作***、计算机程序和数据库；所述内存储器为所述非易失性存储介质中的操作***和计算机程序的运行提供环境。所述数据库用于存储设备信息、温湿度数据等信息。

在本发明的另一实施方式中，上位机4具体为一云端服务器，无线收发器6通过网络与上位机4通信连接。采用云端服务器可以将数据存储在云端，即能方便扩展，也能避免本地存储设备故障而造成的数据丢失。

所述计算机程序在被上位机4运行时，能够获取所有温湿度采集终端1所采集的温湿度数据、加热设备3和排风设备2的状态数据(打开或关闭)，所获取的数据与对应的设备箱绑定，能够直观的展示在显示屏上，运维人员点击显示屏上的某设备箱，能够查看该设备箱的详细状态和历史数据。

所述计算机程序具有报表功能，所获取的温湿度数据、加热设备3和排风设备2的状态数据被存储在数据库中，当需要时，所述计算机程序能够根据指定的时间生成对应设备箱的状态报表，便于运维人员跟踪温湿度变化情况，评估设备箱及设备箱内设备的运行状态。

所述计算机程序具有预警功能，所述计算机程序中配置有温湿度的限值，当检测到温度过高或湿度过高等异常数据或危险数据时，会自动向运维人员发出报警信息，提醒运维人员注意。当检测到某设备箱温度过高，计算机程序自动向温湿度采集终端1发出控制信号，打开排风设备2进行散热；当检测到湿度过高时，自动打开加热设备3驱除湿气，避免设备箱内出现凝露。

所述计算机程序采用Browser/Server架构，用户通过电脑或手机等电子设备的浏览器访问上位机4即可随时随地的查看设备箱的状态。

在本发明的另一实施方式中，本发明还包括便携终端，所述便携终端与上位机4通信连接，可以为手机、平板等编写式设备。所述便携终端上运行有应用程序，所述应用程序与上位机4进行数据交换，能够随时随地查看设备箱的温湿度状态，也能够实时接收上位机4所发出的报警信号。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种变电站设备箱温湿度智能运维***，其特征在于：包括温湿度采集终端、无线汇聚器、无线收发器和上位机；

所述温湿度采集终端设置在设备箱内部，用于获取设备箱内部的温湿度数据，且具有无线通信功能；

所述无线汇聚器设置在远离地面的高处，用于汇聚附近所述温湿度采集终端的无线信号后与所述无线收发器通信；

所述无线收发器设置在监控室的楼顶，与所述无线汇聚器及所述上位机通信连接；

所述上位机用于获取所述温湿度采集终端所采集的温湿度数据。

2.根据权利要求1所述变电站设备箱温湿度智能运维***，其特征在于：支持多种通信频段。

3.根据权利要求2所述变电站设备箱温湿度智能运维***，其特征在于：采用ZigBee协议实现无线通信。

4.根据权利要求3所述变电站设备箱温湿度智能运维***，其特征在于：设备箱内还设置有排风设备和加热设备；所述排风设备和所述加热设备分别通过继电器与所述温湿度采集终端电性连接；所述温湿度采集终端具有GPIO接口，能够控制继电器的开合，获取继电器的开合状态。

5.根据权利要求4所述变电站设备箱温湿度智能运维***，其特征在于：所述上位机上运行有计算机程序，所述计算机程序用于实时显示设备箱的温湿度数据，用于通过所述温湿度采集终端控制所述排风设备和所述加热设备。

6.根据权利要求5所述变电站设备箱温湿度智能运维***，其特征在于：所述计算机程序还具有：

报表功能，根据历史数据生成指定时间内设备箱的温湿度报表；

预警功能：实时检测温湿度数据，当检测出过高的温度或湿度时向运维人员发出报警信息，自动打开所述排风设备进行散热，或打开所述加热设备进行除湿。

7.根据权利要求6所述变电站设备箱温湿度智能运维***，其特征在于：所述上位机上还设置有数据库，所述数据库用于存储温湿度数据。

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