基于无线传感网络的变压器温度监测系统

基于无线传感网络的变压器温度监测系统

范新杰

冀北承德供电公司,河北省承德市067000

摘要：变电站应用内部的各种双母接线插头，闸刀开关，变压器绕组线等，如果在运行的过程当中出现绝缘老化的现象，就会使得整个运行设备温度的升高，轻则出现停电的现象，重则容易引发火灾等重大安全事故，对于国家和社会的财产安全都会产生一定的损失影响，所以说我们要对变电设备的整个运行温度进行全面的监测管控。以此能够有效的避免整个变电站运行温度过高的现象出现，使得变电站当中的各个系统设备能够正常有序的进行，保证电力正常输出的安全稳定。

关键词：变压器；温度监测；以太网

1变压器无线温度监测系统的工作原理

变压器无线温度监测系统是通过在变压器终端安装特殊的信号采集仪器进行不间断的自动采集变压器绕组温度及对变压器内部的温度状态进行不间断的监测，并通过无线传输技术将变压器终端的运行情况通过以太网及时反馈到监测中心，实现监测中心对变压器发生的故障现象、异常情况、故障地点等的及时发现，再通过短消息的形式通知监测人员，以第一时间到达现场对变压器故障进行处理，从而实现系统的远程联网监测和无人值守功能。

电力变压器无线温度监测系统的工作过程：通过温度传感器A采集变压器信息，然后把信息传递到无线发送模块A，该模块通过无线方式把探测到的电力变压器温度数据发送给无线接收模块A，再通过中央处理器A处理后传送到以太网数据处理器ACP2200进行处理。以太网接口处理器CP2200把中央处理器A传过来的数据进行处理转换成以太网兼容的数据向服务器A传送，依此类推将多台变压器数据A、B、C、D、E、F、⋯、X传送到相应的服务器，再将不同的变压器进行地址编码，指挥中心就能准确读出和显示被监测变压器的温度数据，及时发现故障变压器的具体位置，作出准确的处理。

2变压器无线温度监测系统能够实现的功能

1）该装置能对变压器的铁芯温度、线圈温度等实时数据进行监测中心现场显示，并同时发送到非现场监测人员手机上。

2）装置能实现变压器温度数据的远程监测，让监测人员及时了解变压器现场运行情况。

3）自动报警功能。装置能将变压器故障、异常运行等情况及时以短消息的形式报告监测人员，实现了系统与设备的无人值守功能。

4）实现打印、抄收报表及各类分析图表功能。

3变压器无线温度监测系统的总体设计

3.1变压器温度监测与故障判断的依据

变压器通常由器身（铁芯和绕组）、绝缘部分、分接开关、保护装置和冷却装置等部件组成。正常工作时，如干式变压器温度达到80℃～90℃左右，绕组温度最高限值为95℃～100℃（绕组温度一般比上层油温高10℃～15℃，若按上层油温达85℃作为上限值，则绕组温度按95℃～100℃作为上限值），通常设置90℃～95℃报警。对冷却系统的监测一般通过测量冷却器在空气等介质的温度来完成。通过对测量值进行估算，就能及时发现冷却器表面或空气入口处的滤网上是否有污物；同样的原理也能发现变压器油泵及风扇的故障；另外还可以通过测量变压器高压套管上电流、电压值或调压开关分接点的实际位置，来确定变压器的实际负荷；通过计算气体传感器的输出信号就能确定绝缘材料的工况；变压器运行时的温度一般会随环境和负荷的变化而变化。设备温度过高会加速绝缘老化、缩短使用寿命。

3.2电力变压器无线温度监测系统的组成

该系统由四个模块组成：数据采集和发送模块、数据接收和单片机处理模块、以太网接口模块和联网模块，下面简述各模块的工作过程。

1）数据采集和发送模块

该系统使用无线通讯模块nRF905。nRF905采用Nordic公司的VLSI技术。ShockBurst技术使nRF905能够提供高速的数据传输，而不需要昂贵的高速MCU来进行数据处理/时钟覆盖。通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内，nRF905提供给应用的微控制器一个SPI接口，速率由微控制器自己设定的接口速度决定。nRF905通过ShockBurst工作模式在RF以最大速率进行连接时降低数字应用部分的速度来降低在应用中的平均电流消耗。在ShockBurstRX模式中，地址匹配AM和数据准备就绪，DR信号通知MCU一个有效的地址和数据包已经各自完成接收。在ShockBurstTX模式中，nRF905自动产生前导码和CRC校验码，数据准备就绪DR信号通知MCU数据传输已经完成。总之，这意味着降低MCU的存储器需求也就是说降低MCU成本，又同时缩短软件开发时间。在电力变压器无线温度监测系统中使用了两个同样nRF905无线通讯模块，承担信息的发送和接收。采用多个温度传感器对变压器进行温度探测，通过一块Nrf905无线发射模块发射，再通过另一块Nrf905无线接收模块接收数据传给中央处理器处理，系统采用模块可实现中短距离内（50～300米）的可靠通讯，所有的数据均以无线方式传送给主机。

2）数据接收和单片机处理模块

单片机采用89C52，它保留了80C51的原有功能，同时把芯片内的RAM扩展到8K字节，89C52片内有256BRAM，8KB程序存储器，3个定时器、时钟频率为0～33MH，8位外部数据总线。主频24MH，将新增加片内16位寻址ERAM扩展为RAM，全双工UART串行口新增硬件帧检错和地址自动识别电路。正是因为89C52具备上述良好的性能，所以我们用它完成接收到的无线数据的处理，与MAX1480SJA1000异步收发器芯片共同完成CAN总线与以太网的通信任务。无线接收模块A把接收到的数据通过中央处理器处理A89C52处理转送到以太网数据处理器ACP2200处理。

3）以太网接口模块

以太网控制器完全兼容100/1000BASE-T网络；有全/半双工，自适应，自动极性检测和纠正功能，能够自动填充和CRC生成，支持广播和多播MAC寻址。并行主机接口（30Mbps传输速率），8位复用或非复用方式，复用方式下仅需11个I/O引脚，Intel或Motorola总线方式，接收数据包中断和网络唤醒中断，8KBFLASH存储器。8192字节非易失性数据存储空间，工厂预编程的唯一48位MAC地址，不需外部EEPROM。它对具有良好的兼容性数据存储功能，如果相关的设施/设备具备数据输出口，就可定时上传运行数据。本系统中采用多种的数据传输方式，保证了数据得以有效、正确地得到传输。环境温度、设备内部/表面温度数据通过基于Zigbee的无线传感网络向报警主机进行传输。报警主机通过网络向位于互联网上的电力监测中心进行数据传输。

4）联网模块

联网模块采用了基于信息编码调制解调、无线传输技术，在不降低变压器绝缘水平的前提下，监测变压器温度及环境温度以及超温报警。主机负责节点的数据采集、存储、处理，输出显示。无线接收模块A把接收到的数据通过中央处理器A处理后传送到以太网数据处理器ACP2200进行处理。以太网接口处理器CP2200把中央处理器A传过来的数据进行处理转换成以太网兼容的数据向服务器A传送，依此类推将多台变压器数据A、B、C、D、E、F⋯传送到相应的服务器，再将不同的变压器进行地址编码，像这样的多个局域网信息送到指挥中心构成总的变压器无线温度监测系统。该系统具有温度采样、变送无需外部电源等特点，测量数据可远距离传送，组成多个变压器温度实时监测网络系统。在报警发出时，能快速进行定位，做出及时决策；还可通过监测中心的大屏幕显示监测到的相应信息。

结语

本文阐述配电变压器远程温度监测系统的设计方案。该方案结构简单、经济实用、运行可靠，能够实时采集到分散分布的配电变压器的温度数据，同时对数据进行显示和存储。当温度过高超过设定值时，具有自动告警功能。整个监测系统自动化程度高、使用方便。

参考文献：

[1]韩双霞，祝建军，余世明.变压器真空干燥监测系统的无线监测扩展[J].微计算机信息，2007，19.

[2]李涛，徐建政.基于GPRS无线技术的配电变压器监测系统[J].电测与仪表，2006，06.