高压变电站无线温度监测与故障专家诊断技术研究

2013-07-25王雅婷汪志祥许青松

电气开关 2013年2期

王雅婷，汪志祥，许青松

（1J.三峡大学电气与新能源学院，湖北宜昌 443002；2.江西省电力公司检修分公司，江西南昌 330000）

1 引言

多年来，在高压电气设备的故障中，发热造成停电的问题，时有发生［1］。因此，对高压电气设备实施在线温度监测已成为电力系统中电气设备安全运行所急需解决的问题。变电站无线测温装置的应用，可以从根本上改变变电站设备温度测量的传统模式，极大地节省了人力资源，避免了工作人员在高电压强辐射环境下受到的损害，同时避免了因人工测温而带来的漏检、误报等问题，而且将过去3天一次的人工轮询改为全天24小时的在线监测，使变电站设备的安全性得到了更高的保障［2］。

本文通过DS18B20温度传感器，CC2430传输模块和上位机中的组态王软件对温度无线监测系统进行了硬软件的设计，可以实现变电站环境中温度的自动在线监测，同时组态王可以对出现的高温事故进行故障专家诊断。

2 工作原理

整个系统如框图1所示，系统主要有数据采集部分和无线传输部分和上位机显示部分。主要设计思路是存接收系统传送命令之后，温度数据传送给无线传输芯片；无线传输芯片接收到的信号通过基站传给上位机。温度数据的传输从下位机（传感器、单片机、无线传输发射模块），经中心控制节点（无线传输模块），最后传到上位机。

图1 系统结构框图

3 硬件设计

3.1 DS18B20温度传感器

常用的温度检测元件主要有热电偶、热敏电阻、热电阻Ptl00等［3］。热电偶式传感器体积较大H变化率小导致灵敏度比较低；热敏电瞰i测量的稳定性和复现性差，且变化率非线性；热电阻Ptl00的缺点就是热响应比较慢，成本高。本系统采用的DALLAR半导体公司推出的单总线数字式智能温度传感器DSl8820很好地改善了这些问题。其硬件图2所示。

图2 DS18B20硬件图

3.2 CC2430 芯片

CC2430是一颗真正的系统芯片（SoC）CMOS解决方案［4］。这种解决方案能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用，及对低成本，低功耗的要求。它结合一个高性能2.4GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器。CC2430的设计结合了8Kbyte的RAM及强大的外围模块，并且有3种不同的版本，他们是根据不同的闪存空间32，64和128kByte来优化复杂度与成本的组合。CC2430的硬件应用电路如图3所示:

图3 CC2430的硬件应用电路图

4 软件设计

4.1 DS18B20 温度采集

DS1820是这样测温的:用一个高温度系数的振荡器确定一个门周期，内部计数器在这个门周期内对一个低温度系数的振荡器的脉冲进行计数来得到温度值［5］。计数器被预置到对应于－55℃的一个值。如果计数器在门周期结束前到达0，则温度寄存器（同样被预置到－55℃）的值增加，表明所测温度大于－55℃。上电以后，首先调用初始化子程序包括看门狗，定时器和DS18B20等的初始化，协议栈初始化主要设置协议栈各层初始状态然后查找协调器节点并建立与协调器节点的连接，接下来采用定时采集温度数据以节约能量对读取的温度数据需进行预处理使之适合通信模块的数据结构要求，然后调用数据发送子程序将温度数据发送给协调器节点如图4所示。

4.2 通讯协议

基站与CC2430的通讯如5所示，基站会将受到的数据通过RS485总线传送到监控PC，PC对收到到数据作处理，并将定位信息显示在GIS上，当移动设备发出的信息只被一个主节点接受时，采用区域定位法。CC2430首先通过初始化程序，确实是否通讯，待得到通讯命令后，把自己的信息（ID号）发送给基站的信息（ID号），在基站相应后发送温度数据，基站接收温度数据，若在三次内接收到温度数据则认为通讯成功。

图4 温度采集流程图

5 专家诊断系统

组态王具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点，也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。远程故障诊断系统作为一个复杂的跨学科系统，涉及到众多研究领域，一直被各国科研人员和政府重视，并投入大量资金开展基础理论和应用产品方面的研究。近年来，随着各种配套技术的逐步完善，远程故障诊断在许多领域得到广泛应用［6］。

远程监控主要是指在线获取现场设备的运行状态和故障信息，如数据采集单元和监控单元的输出、现场控制终端屏幕上显示的设备运行状况和自我诊断信息，以及数控程序和其他各种控制程序等。远程控制主要指设备专家通过网络直接获得设备控制权，从而通过虚拟操作面板在线远程操作、调试现场设备。信息服务主要是指通过如电话会议、共享白板和在线图像、声音传输等方式，实现设备专家之间以及专家和现场工作人员的在线沟通，从而共同分析、诊断、排除故障［7］。本系统采用组态王软件作为组态界面。其原理图如图6所示。

图5 通讯流程图

图6 专家诊断系统原理图

系统故障诊断是对系统运行状态和异常情况作出判断，并根据诊断作出判断为系统故障恢复提供依据。要对系统进行故障诊断，首先必须对其进行检测，在发生系统故障时，对故障类型、故障部位及原因进行诊断，最终给出解决方案，实现故障恢复。就本系统而言，为保证宽高仪系统稳定性，专门设计了故障诊断方案。由图6可知，故障诊断内容主要包括四个部分:故障检侧、故障分离、故障评价和故障决策。故障检测系统检翻系统工况，并通过人机接口把数据送入动态数据库。在故障分离部分，广义推理机根据广义知识库中的知识和动态数据库中的实时数据进行推理，得出系统中是否存在故障。存在什么故障的诊断结果，然后对诊断结果进行评价和决策，并送入人机接口和注塑机。

广义知识库的知识的修改，添加，删除，以及知识库一致性和完整性的维持都由知识获取程序负责，使领域专家可以修改知识库而不必了解知识库中知识的表示方法，知识库的组织结构等实现上的细节问题，提高了系统的可扩充性。解释系统负责回答用户提出的各种问题，包括与系统运行有关的问题和与运行无关的关于系统自身的一些问题，实现系统的透明性。

图7 测试结果图

在组态王设备栏中选择机选择 COM1，新建设备选择智能模块中的单片机机－通用单片机 ASCII码组态王中单片机地址的格式为##.#，前两个字符是设备地址，后面的一个字符是用户设定是否打包，“0”为不打包，“1”为打包建好设备后，双击设备－COM1，对通讯参数进行设置，这里的设置要与下位机一致。监控与直接诊断系统如图7所示，建立庞大的知识库，系统可以得到较为可靠的专家意见。