基于实时无线传感器网络监测系统的新型电气控制柜除尘装置

田嘉琛

摘 要：电气控制柜作为电气设备重要的保护装置，除尘是其在运行中常遇到的问题，本文通过在电气柜外壁粘贴石墨板，内部安装环状导管，环状导管连接增压气囊，同时将无线传感器网络技术应用于除尘系统中，利用传感器节点在线监测柜体内灰尘变动进而做适当调整等进行了详细论述。

关键词：电气柜；散热与除尘；无线传感器网络

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.07.121

目前，电气自动化技术已成为工业发展的主要推动力，电气柜作为电气工业的基本器件得到了广泛应用，老式电气柜存在灰尘堆积难清除和监测时效性差的问题，严重影响电气柜及其内部元件的正常运作，因此对电气柜实行在线监测除尘势在必行。

1 传统电气柜的结构设计

电气柜采用高质量的电气元器件，具有质量可靠、耐用的特点，它所使用的保护控制仪，利用现代计算机技术，对三相电流连续巡回检测并数据处理，可提供可靠的欠载、过载、短路、断路、三相电流不平衡保护等，在设备正常运行时能准确交替显示三相电流值及控制电压值，设备停机时能把断电瞬间的三相电流值和控制电压值保存起来，为分析设备工作情况和查找故障原因提供了方便。

传统的电气柜柜体相对封闭，仅有排气扇，排气孔狭窄，数量稀少，内部结构相对集中于底板，元件间距窄，散热性能较差。因此，控制柜在长期运行过程中，内部灰尘的积聚以及运行过程中产生的热量散发，不可避免的对控制柜的正常运行产生一定影响。此外，传统的电气柜除尘装置中没有针对温度的无线传感器网络在线监测系统，使得在除尘过程中存在资源浪费，消耗成本的现象。

2 电气控制柜的除尘问题与改进

电气控制柜设备的防尘和除尘十分重要，目前一般的除尘方式，大多只是简单地用风机吹扫或采用吸尘器吸尘，导致除尘十分不便。

传统的电气控制柜为了提高散热效果，均在柜体上开设散热孔，内部安装散热风扇，这样虽然能够提高散热效果，但灰尘必然会散热孔内进入柜体内部，所以若要从根本上实现防尘，必须将控制柜做成全封闭的，由此可见，散热与防尘这两个功能在设计上往往出现矛盾。

采用改进后的全封闭结构的新型电气控制柜，通过大面积安装在柜体内外的石墨散热片，实现柜体的封闭式散热。另外，其内置喷气式除尘结构，除尘操作简单，效率高。在柜体内外壁加入导气管，对柜体内灰尘进行吸收。同时为了防止灰尘对导管进行堵塞，在外置导气管旁加入气泵和弹簧增压气囊。在输送管道中气流流速越大，颗粒在气流中的悬浮分布越均匀；气流速度越小，粉尘则更容易接近管底，形成停滞流，直至堵塞管道。弹簧增压气囊可提高柜体内的流速，使粉尘分布更加均匀，防止其堵塞导管。在导管的选择上，采用了水平输送管和垂直输送管，当导管内气流足够大时，垂直导管内气体的升力可以平衡粉尘的重力，使得粉尘流均匀分布。

与传统控制柜除尘装置相比，采用上述技术所产生的有益效果是：

（1）采用全封闭的柜体结构，正常使用状态下能够隔绝外界灰尘，在散热结构上，利用导热能力极强的石墨散热片，双向风扇在正常使用状态下不断驱动柜体内部的空气流动，这样空气的热量就能够很快的传导到石墨散热片上，与传统的散热结构相比，通过大面积的石墨散热片能够间接实现内外空气的热传导。（2）当需要对柜体内进行除尘时，开启封盖，气泵通过导气管向柜体内喷气，而弹簧增压气囊和电磁开关阀能够形成脉冲气流，脉冲气流有利于将灰尘吹起，扬起的灰尘可以通过双向风扇将其从通孔窗处排出。（3）喷气管为蛇形定位软管，这样可以很好的适应不同装配位置的控制柜，使喷气管的位置正对需要除尘的零件。（4）聚四氟乙烯材质具有极强的非粘性能，可防止或者减少灰尘的附着，当柜体受到雨淋时很容易冲洗干净，有利于提高散热效果。

3 无线传感器网络在电气控制柜系统的应用

（1）无线传感器网络监视概述。电气控制柜除尘散热系统的无线传感器网络是由监测中心、控制器、无线传感器节点部分、无线传感器网络监控平台组成。灰尘光纤传感器作为传感器节点定时监测灰尘堆积情况，然后立即传送到系统的监测预警中心和网络监控平台，计算机会自动检查和处理被监测物理量的信息，当温度或者灰尘厚度超过一定指标时，系统会自行启动电气控制柜的排气扇和增压气阀，来实现电气柜内部的除尘和散热功能，同时可在监控区域对电气柜内除尘和散热进行实时监控和灵活操作。

（2）各環节概述。传感器节点是整个监控系统的基本组成单位，主要由电源模块、无线通信模块组成。按照电气柜的需要，选取灰尘光纤传感器，光纤灰尘传感器作为传感器节点，在电气柜的除尘无线网络监测实际运行中，传感器节点所接收的模拟信号、温度、灰尘堆积厚度等数据会通过节点内所内置A/D转换器装换成相应的数字信号，传输至计算机监测预警系统中。通讯方面使用蓝牙技术建立无线互联网络，蓝牙技术的成本低、消耗少，一般的蓝牙无线互联网技术所采用的是2.4GHz ISM许可频率波段，单片机和蓝牙模块的通讯通过uart口，选择是否与其它接口构成无线互联网。

预警系统和传感器节点形成局部网络，主要采用了Zigbee技术，性价比高，综合效益好，可降低功耗成本，增强网络的可靠性。

无线传感器网络的的性能和通信质量，可通过PRR数值来表示，数值较高说明通信质量较好，根据实际经验来说，此线路的通信质量也和通信距离有关，通信距离越长，则通信精度又会随之下降。

4 结束语

基于上述分析，将无线传感器节点和监测装置用无线互联网相连接，组成无线传感器网络监测平台，并且将电气柜的电磁开关阀与监测装置相连接，传感器节点发出预警信号，电磁开关阀启动，联动风扇和电磁增压气泵同时启动，一方面通过通孔在风扇的带动下将灰尘排出，另一方面增压气泵不断鼓气和吸气，在导气管中组成循环气流，可以有效除尘，双面作用提高除尘的效率。从纯机械除尘的角度有效改善了封闭电气柜体内部的尘土问题，而且机械除尘法材料简单，节约成本，尤其是创新的将互联网技术融入除尘过程中，有效解决了以往电气除尘的实时性差和资源浪费问题。

参考文献：

[1]黄建江.电除尘器电场高压控制柜电源改造[J].电力安全技术 ，2003（02）.

[2]任清晨.电气控制柜设计操作-结构与工艺篇[M].电子工业出版社，2014（10）.