专利名称：电力设备状态监测与预警系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力设备状态监测与预警系统，尤其是涉及多个设备多个触头的温度监测与预警系统。
背景技术：
电力系统中设备触头(主要是母排触头、开关触头、电缆接头等)由于闭合不佳、接触不良、污秽存在等多种原因在运行中过热，给高压开关柜自身、乃至配电网带来安全隐患，甚至造成事故；如果母排温度过高会发生严重氧化，设备寿命骤减；电缆接头温度长时间过高，可能会引起电缆接头发生爆炸，造成大规模停电事故；光纤互感器将应用得越来越多，对于开关柜内的温湿度环境要求更高。随着智能电网的发展，实时、自动化采集得到的电气量信息在电力系统的智能化建设中突显出重要的地位。温度作为电力运行状态的重要参数，需要进行实时测量，目前的测温系统主要采用接触式 的测温传感器，而目前对电力系统可靠性的要求越来越高，不可能因为测温设备出现问题后停电检修或者更换。同时，目前的测温系统主要采用RS485等总线技术将数据传输到变电站的站控中心，不符合目前智能变电站建设中数据传输与控制网络化的相关规定与IEC61850协议。当前的测温系统也不能进行电力系统的状态分析与预测，不能有效地预防事故的发生。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种电力设备状态监测与预警系统，解决现有技术对电力可靠性可能产生影响且功能单一的问题。本实用新型的目的是这样实现的，电力设备状态监测与预警系统，包括温度数据采集装置、数据传输网络、站控层；温度数据采集装置包括测温终端和开关柜数据汇聚节点，其中测温终端包括红外测温探头与CC2530射频电路，两者之间通过SPI通信连接；开关柜数据汇聚节点包含ZigBee网络协调器和基于ARM的数据处理与以太网发送电路，两者之间采用串口通信方式连接；ZigBee网络协调器与多个CC2530射频电路组成星形网络；红外测温探头采集温度数据，并通过CC2530射频电路发送给开关柜数据汇聚节点的ZigBee网络协调器，ZigBee网络协调器接收多个测温终端的温度数据，传输给基于ARM的数据处理与以太网发送电路，并将数据打包成IEC61850通信协议规定的数据帧格式发送出去，通过双绞线将数据传输给监控中心的主机；监控主机通过基于LabVIEW的显示界面，将接收到的数据进行实时显示；同时通过站控层软件程序，实现基于最小二乘法的状态参数估计和基于趋势外推法的温度预测。本实用新型具有如下有益效果，本实用新型电力设备状态监测与预警系统，可以在电力设备最小绝缘距离之外通过远距离红外测温探头采集温度，利用低功耗的ZigBee无线通信方式将数据传输给开关柜数据汇聚节点，采用IEC61850协议将数据传输到站控层，然后进行温度显示、预测、电力设备状态估计，同时还可以将预警信息和报警信号通过短信发出，实现无人值守。本实用新型主要应用于电力系统中需要实时测量温度的高压设备并进行实时分析。
图1是本实用新型电力设备状态监测与预警系统结构示意图；图2是本实用新型设备状态分析与状态估计流程图。图中，1.红外测温探头，2.CC2530射频电路，3.开关柜数据汇聚节点，4.温度数据采集装置，5.数据传输网络，6.站控层，7.监控中心主机，8.GSM/GPRS短信收发模块，9.监控中心显示器，10.工业交换机，11.测温终端。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。电力设备状态监测与预警系统，参见图1，包括温度数据采集装置4、数据传输网络5、站控层6。温度数据采集装置4包括测温终端11和开关柜数据汇聚节点3，其中测温终端11包括红外测温探头I与CC2530射频电路2，红外测温探头I与CC2530射频电路2通过SPI通信连接；开关柜数据汇聚节点3包含ZigBee网络协调器和基于ARM的数据处理与以太网发送电路，二者采用串口通信方式连接。ZigBee网络协调器与多个CC2530射频电路2组成星形网络。红外测温探头I采集温度数据，并通过CC2530射频电路2发送给开关柜数据汇聚节点3的ZigBee网络协调器，ZigBee网络协调器接收到多个测温终端11的温度数据，然后传输给基于ARM的 数据处理与以太网发送电路，将数据打包成IEC61850通信协议规定的数据帧格式发送出去，通过双绞线将数据传输给监控中心的主机；监控主机通过基于LabVIEff的显示界面，将接收到的数据进行实时显示；同时通过站控层软件程序，实现基于最小二乘法的状态参数估计和基于最小方差算法的温度预测。a)温度数据采集装置4完成多点温度数据采集、数据无线传输网络组建、数据打包处理。具体如下:非接触式的红外测温探头I包含光学元件和变送电路，光学元件将电力设备的辐射强度检测出来，然后通过变换模块转换为相应的温度值；红外测温探头I采用串口通信方式与基于CC2530的射频电路相连接，温度数据通过CC2530射频电路2的射频电路发出。多个底层的测温终端11与开关柜数据汇聚节点3上的ZigBee网络协调器组成星形网络，将该开关柜内的所有被测量点的温度数据汇聚在开关柜数据汇聚节点3电路中。b)数据传输网络5完成基于IEC61850协议的网络组建。具体如下:温度数据采集装置4的开关柜数据汇聚节点3中ZigBee网络协调器通过串口通信方式与开关柜数据汇聚节点3ARM处理器连接，在ARM处理器上将温度数据打包成IEC61850格式要求的数据帧格式，然后通过以太网发送电路发出。多个开关柜的开关柜数据汇聚节点3通过双绞线或者光纤与工业以太网交换机相连，最终工业以太网通过光纤与监控中心主机7的板卡以太网接口相连，完成数据传输网络5组网。c)站控层6软件完成数据接受和处理后进行设备状态分析与状态估计。具体如下:进行温度监控主机接收到数据包以后，通过程序将数据拆包，然后用小波分析进行降低噪声处理；基于LabVIEW的显示界面，在监控主机接收到温度数据进行实时显示。设备状态分析与状态估计流程如图2所示，在LabVIEW中调用MathScript节点，最小二乘法和趋势外推法Matlab程序可以分别进行状态参数估计、温度预报，结果进行实时显示；判断温度过高时，调用电流数据库中相应线路的实时电流数据，判断电流是否过大，如果电流过大，直接给监控中心发出电流过大的信号；否则，需要在ANSYS软件中导入电力设备的结构数据，建立相关分析模型，然后将实时接收到的电流和温度数据导入模型中，形成电磁场和温度场的相关模型，然后编写状态评估程序，结合对结构场、温度场、电磁场的分析结果来评估电力系统状态。最终将评估的结果通过短信收发电路发送给值班人员和监控中心。实施例，电力设备状态监测与预警系统，如图1所示，温度数据采集装置4中包含红外测温探头1、CC2530射频电路2、开关柜数据汇聚节点3，红外测温探头I通过SPI通信与CC2530射频电路2中的射频单片机CC2530相连接，CC2530射频电路2通过Zigbee无线通信与开关柜数据汇聚节点3传递信息，开关柜数据汇聚节点3的处理器实现数据的储存处与液晶显示后将数据打包成基于IEC61850通信协议的以太网数据帧格式，发送给数据传输网络5，多通道网络数据经双绞线传送给工业交换机10，数据包经一条光纤传送给监控中心主机7，监控中心主机7将数据送站控层6软件进行处理，处理的结果送监控中心显示器9进行实时显示，如果有报警信息需要通过GSM/GPRS短信收发模块8通知变电站值班人员。本实用新型电力设备状态监测与预警系统工作流程如图2所示，在监控主机上开发基于LabVIEW的显示界面，在监控主机接收到温度数据进行实时显示；在LabVIEW中调用MathScript节点，在其中趋势外推法温度预报Matlab程序，并将结果进行实时显示；根据如图2所示的流程编程判断温度过高时，调用电流数据库中相应线路的实时电流数据，判断电流是否过大，如果电 流过大，直接给监控中心发出电流过大的信号；否则，需要在ANSYS软件中导入电力设备的结构数据，建立相关模型，然后将实时接收到的电流和温度数据导入模型中，形成电磁场和温度场的相关模型，然后编写状态评估程序，结合对结构场、温度场、电磁场的分析结果来评估电力系统状态。最终将评估的结果通过GSM/GPRS短信收发模块8发送给值班人员和监控中心。本实用新型可以在电力设备最小绝缘距离之外通过远距离红外测温探头采集温度，利用低功耗的ZigBee无线通信方式将数据传输给开关柜数据汇聚节点，采用IEC61850协议将数据传输到站控层，然后进行温度显示、预测、电力设备状态估计，同时还可以将预警信息和报警信号通过短信发出，实现无人值守，主要应用于电力系统中需要实时测量温度的高压设备并进行实时分析，能够促进智能电网建设。
权利要求1.电力设备状态监测与预警系统，其特征在于，包括温度数据采集装置(4)、数据传输网络(5)、站控层(6);温度数据采集装置(4)包括测温终端(11)和开关柜数据汇聚节点(3)，其中测温终端(11)包括红外测温探头(1)与CC2530射频电路(2)，红外测温探头(1)与CC2530射频电路(2)通过SPI通信连接；开关柜数据汇聚节点(3)包含ZigBee网络协调器和基于ARM的数据处理与以太网发送电路，二者采用串口通信方式连接；ZigBee网络协调器与多个CC2530射频电路(2)组成星形网络；红外测温探头(1)采集温度数据，并通过CC2530射频电路(2)发送给开关柜数据汇聚节点(3)的ZigBee网络协调器，ZigBee网络协调器接收到多个测温终端(11)的温度数据，然后传输给基于ARM的数据处理与以太网发送电路，将数据打包成IEC61850通信协议规定的数据帧格式发送出去，通过双绞线将数据传输给监控中心的主机。
专利摘要本实用新型公开了一种电力设备状态监测与预警系统，包括温度数据采集装置、数据传输网络、站控层；温度数据采集装置包括测温终端、汇聚节点，其中测温终端包含红外测温探头、CC2530射频电路，汇聚节点包含ZigBee网络协调器、基于ARM的数据处理与以太网发送电路。本实用新型实现了电力系统设备多点温度数据采集、数据ZigBee无线组网与以太网组网传输，最终进行温度显示、预测、电力设备状态估计，同时还可以将预警信息和报警信号通过短信发出，实现无人值守。本实用新型主要应用于电力系统中需要实时测量温度的高压设备并进行实时分析。
文档编号G01J5/00GK203100900SQ201220728430
公开日2013年7月31日 申请日期2012年12月26日 优先权日2012年12月26日
发明者段建东, 张青山, 樊华, 叶兵, 段瑞, 刘伟 申请人:西安理工大学