無線測溫系統(tǒng)在變壓器溫度監(jiān)測中的應(yīng)用分析

　　電力變壓器是電力系統(tǒng)中用來改變電壓的主要電氣設(shè)備。它長期工作在高電壓、大電流、強磁場的環(huán)境中，使熱量聚集。變壓器溫升不僅影響負載能力，還影響使用壽命，增加電力系統(tǒng)的損耗。如果散熱不好，會危及設(shè)備的正常運行，甚至造成故障。為了保證變壓器的anquan運行，迫切需要及時準確地判斷變壓器的運行狀況，實時監(jiān)測變壓器的溫度變化，及時采取相應(yīng)措施，確保變壓器anquan、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行。變壓器油溫是變壓器anquan運行的重要指標之一。對于按照GB1094電力變壓器標準設(shè)計的油浸式電力變壓器，GB/T  15164-9D(油浸式電力變壓器負荷導(dǎo)則)規(guī)定其熱點溫度參考值為98，即該溫度下絕緣的相對老化率為1。在80 ~ 140范圍內(nèi)，溫度每升高6K，時效速率就會增加一倍。

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由許多功能相同或不同的無線傳感器終端(或節(jié)點)組成，是以嵌入式技術(shù)為核心的數(shù)據(jù)采集和通信系統(tǒng)。每個無線傳感器終端由數(shù)據(jù)采集模塊(傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器)、數(shù)據(jù)處理與控制模塊(微處理器、存儲器)、通信模塊(無線收發(fā)器)、電源模塊等組成?？梢詫崿F(xiàn)多通道溫度傳感器的實時數(shù)據(jù)采集，方便地檢測變壓器的繞組溫度和油溫。

圖1變壓器溫度無線傳感監(jiān)控系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

　　1、系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

　　變壓器運行時會出現(xiàn)鐵心損耗、繞組銅損等附加損耗。當這些損耗轉(zhuǎn)化為熱量時，變壓器相關(guān)部件的溫度就會升高。為了了解被監(jiān)測變壓器的溫度，識別高溫點的位置，使用單個傳感器是不夠的。在變壓器的多個位置設(shè)置多個傳感器，更有利于掌握變壓器的溫度狀態(tài)，盡早發(fā)現(xiàn)變壓器的溫度異常，識別高溫點的位置，可以進行相應(yīng)的處理。由于需要使用多個傳感器來監(jiān)控多個監(jiān)控點的溫度，為了便于靈活布局，本系統(tǒng)中使用的無線傳感器不需要預(yù)先安裝在變壓器的固定位置，而是可以在現(xiàn)場安裝和布局時確定監(jiān)控位置，然后將監(jiān)控端的溫度監(jiān)控點設(shè)置為相應(yīng)的位置來監(jiān)控該點的溫度。圖1是變壓器溫度無線傳感器監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)。

　　由于變壓器運行中的主要損耗來自鐵芯和繞組，達到一定溫差后才能向外散熱，所以變壓器不同部位的溫度是不同的。一般繞組溫度很高，其次是鐵芯。對于每個部分，溫度從下部到上部逐漸升高。為了實現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的實時采集和分析，系統(tǒng)采用智能溫度分析方法，識別溫度變化趨勢，及時進行溫度預(yù)測。該系統(tǒng)主要包括兩個主要部分：無線傳感器溫度采集節(jié)點和監(jiān)控zhongxin主節(jié)點。每個變壓器可以配備4個或6個無線傳感器溫度采集節(jié)點，對稱安裝在變壓器的兩側(cè)，用于監(jiān)控和分析變壓器溫度。監(jiān)控zhongxin主節(jié)點由無線傳感器zhongxin節(jié)點和監(jiān)控分析計算機組成，可以實時監(jiān)控多臺變壓器的溫度狀態(tài)，根據(jù)歷史溫度數(shù)據(jù)預(yù)測溫度變化，分析同一臺變壓器多個溫度傳感器的實時數(shù)據(jù)，識別高溫點位置，及時發(fā)現(xiàn)故障征兆，實現(xiàn)智能溫度監(jiān)控。

        2.無線傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點

　　無線傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點由無線傳感器節(jié)點和基于Zigbee技術(shù)的無線數(shù)據(jù)采集終端組成。為了方便傳感器的部署和更換，傳感器數(shù)據(jù)采集節(jié)點采用變壓器表面貼裝方式。每個無線傳感器節(jié)點都是一個集成了Zigbee通信模塊的無線傳感器，每個無線傳感器節(jié)點采集的數(shù)據(jù)通過Zigbee通信傳輸?shù)阶冸娬颈O(jiān)控zhongxin，溫度數(shù)據(jù)在監(jiān)控zhongxin的計算機上進行分析、顯示和報警處理。

　　該系統(tǒng)采用鉑電阻測溫元件進行溫度檢測，每個Zigbee無線傳感器節(jié)點硬件的基本結(jié)構(gòu)完全相同。Zigbee無線傳感器節(jié)點的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，溫度狀態(tài)數(shù)據(jù)由傳感器檢測。并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給信號調(diào)理模塊進行信號放大和濾波；多路復(fù)用實現(xiàn)同一個變壓器的多點溫度檢測，然后通過A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；然后發(fā)送到Zigbee通信模塊。

　　圖2 2 ZigBee無線傳感溫度采集節(jié)點硬件結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)中使用的鉑電阻溫度傳感器是霍尼韋爾公司生產(chǎn)的Pt1000系列薄膜鉑電阻HEL2700。0時標準電阻值為1000，電阻值隨溫度變化而變化?？捎糜跈z測油溫和變壓器繞組表面溫度。它具有較大的溫度電阻系數(shù)(3.8/)，可以降低導(dǎo)線電阻對溫度的影響。由于熱阻與鉑電阻溫度之間的關(guān)系是非線性的，特別是在高溫區(qū)，需要校正鉑電阻的非線性。無線傳感器節(jié)點中的調(diào)理電路可以實現(xiàn)電阻與溫度關(guān)系的校正和補償，獲得線性的溫度-電阻關(guān)系，將鉑電阻傳感器的電阻變化轉(zhuǎn)換為0 ~ 5 V電壓，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后發(fā)送給Zigbee通信模塊進行處理。本系統(tǒng)的Zigbee  communicaTIon模塊采用ti公司的CC2430，CC2430的傳輸距離約為50 ~ 70m，適用于構(gòu)建一般小型變電站的變壓器狀態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。

　　圖3功能結(jié)構(gòu)圖

　　3.監(jiān)控zhongxin設(shè)計

　　監(jiān)控zhongxin是變壓器溫度無線傳感監(jiān)控系統(tǒng)的核心，可以實現(xiàn)對各種變壓器溫度傳感數(shù)據(jù)的實時顯示、存儲、查詢和ronhe分析。整個系統(tǒng)的功能框圖如圖4所示，由Zigbeezhongxin節(jié)點、數(shù)據(jù)處理、實時數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)查詢分析終端等組成。

　　實時監(jiān)控終端是變壓器溫度無線傳感監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。Zigbee無線模塊接收到各變壓器的實時溫度數(shù)據(jù)后，通過數(shù)據(jù)處理單元對數(shù)據(jù)幀進行拆分，得到各傳感器對應(yīng)的實時數(shù)據(jù)，并通過實時監(jiān)控終端顯示系統(tǒng)顯示出來，可以遠程控制和查詢各無線傳感溫度采集節(jié)點的工作狀態(tài)和參數(shù)。實時監(jiān)控終端需要同時監(jiān)控和顯示來自多個變壓器的參數(shù)。當需要監(jiān)控的變壓器較多時，可以使用多個終端同時顯示變壓器的溫度狀態(tài)參數(shù)。利用labview開發(fā)了實時監(jiān)控終端顯示軟件。圖5為單臺變壓器油溫和變壓器上下點溫度可同時監(jiān)測時的監(jiān)測界面。為了及時發(fā)現(xiàn)和處理變壓器溫度異常，在監(jiān)控終端設(shè)計并實現(xiàn)了實時分析和預(yù)警功能。在接收和顯示變壓器溫度數(shù)據(jù)的同時，可以自動分析數(shù)據(jù)，當溫度偏離正常值時，可以及時通知監(jiān)控zhongxin人員。監(jiān)控zhongxin的智能診斷軟件主要是基于信息ronhe的方法來識別異常溫度。通過實時分析變壓器不同位置傳感器的數(shù)據(jù)，可以識別變壓器的溫度變化趨勢，并根據(jù)需要及時發(fā)出報警信息，以便監(jiān)控人員關(guān)注異常的變壓器。

　　數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)交換的zhongxin。為了保證變壓器溫度數(shù)據(jù)的完整性，便于數(shù)據(jù)的進一步分析，監(jiān)控zhongxin將存儲接收到的所有變壓器溫度參數(shù)，并可以回放和分析數(shù)據(jù)，以便進一步診斷和分析變壓器溫度異常故障。

　　由于技術(shù)產(chǎn)品的成熟和成本，變壓器上一般不安裝熱點監(jiān)測系統(tǒng)，使得變電站系統(tǒng)惡性事故的預(yù)測、預(yù)防和監(jiān)測缺乏可靠穩(wěn)定的技術(shù)手段?；谧戏浼夹g(shù)的變壓器溫度無線傳感器監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控變壓器的溫度狀態(tài)，并在溫度異常時報警。與傳統(tǒng)的有線監(jiān)控方法相比，該系統(tǒng)不需要布線，可以根據(jù)需要安裝在變壓器表面的任何位置，更加方便靈活，易于更換。由于采用多傳感器數(shù)據(jù)計算變壓器zhongxin溫度，計算結(jié)果更加可信，可以更有效地保證變壓器的正常運行。經(jīng)過試用，該系統(tǒng)能夠正常監(jiān)測變壓器的溫度狀態(tài)，并可用于變電站變壓器油溫和繞組表面溫度的監(jiān)測，具有非常重要的實用價值。