基于物联网的GIS触头在线测温系统

基于物联网的GIS触头在线测温系统

张裕杰，陈登渊，唐凯，李培江

摘要：为解决气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）的在线实时测温问题，本项目开发了一种基于物联网的无线测温系统。运用红外非接触测温技术，在不影响GIS内部机械几个和原有电气特性的基础上，以非接触的方式对GIS触头进行实时测温。再结合物联网和互联网技术，将多个采集的温度信号汇集起来，并传输给远程监控系统，用户可直接在远端监视多个GIS触头的温度运行状态。并且在发现温度异常时系统会进行自动报警。本系统具有抗电磁干扰能力强、安全可靠安装、使用简单、快速、实用性高等特点。完全可以满足用户对于GIS设备温度检测的要求。

关键字：物联网；测温；电气开关设备；物联网系统

1引言

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）是电力系统中的重要设施，承担着闭合和关断电力线路、线路故障保护、监测运行电量数据等重要作用。它的安全可靠性是我国超大规模输配电和电网安全保障的重要环节。在GIS的长期运行过程中，由于老化或机械磨损等原因造成GIS触头接触不良、触头的接触电阻值增大及触头发热。触头过热可能导致触头局部熔焊、产生火花或电弧放电，引起设备的绝缘老化，严重时甚至会出现设备击穿或导致火灾乃至爆炸，引发重大事故并造成经济损失。国家电网公司针对GIS设备事故原因的统计分析结果表明，触头接触不良而导致温度升高进而引发的故障占GIS故障的29％，因此对GIS开关触头接触开展状态监测是非常必要的。然而，GIS设备内有裸露高压、空间封闭狭小，电磁干扰严重，无法进行人工巡查测温，传统的测温方式都无法有效地解决这个问题。

本项目针对这个问题，研发出一套测温系统，该系统可有效解决上述的问题，可对GIS设备触头温度进行准确的测量，并且将数据汇集传输到远程监控中心，在系统发现设备温度异常时，该系统会自动进行声光报警，提醒用户。该系统对电力系统的正常运行，设备检修和预防事故上具有重大意义。

2.系统结构

本系统结构主要分三部分，第一部分主要功能是对GIS触头进行测温，采集温度信号，为采集节点。第二部分则是对采集的温度信号进行汇集，为汇集节点。前两部分组成一个完整的物联网系统。第三部分则为远程监控系统，接收汇集节点的数据，并进行处理和显示，以及报警。如图1所示。

图1系统结构框图

1）采集节点

采集节点主要功能是准确测量GIS本体触头的温度状况。因GIS触头在接通时电压高，电流大，所以不适合使用传统的热电偶，热电阻等接触测量的方式。本项目使用热电椎红外测温传感器来直接感应热辐射，可以准确测量GIS触头温度。

采集节点传感器安装：本项目中将传感器固定在支座上，通过GIS设备的检修口内安装在GIS设备内部，这样不影响GIS设备结构和电气特性，传感器对正触头，测量GIS触头温度，传感器支架和外壳都使用金属材质，可以有效的导磁，信号传输线路也进行电磁屏蔽，有效的防止了设备在GIS内部被强磁场影响。

采集节点以单片机CC2430为核心，将测量得到的温度数据接收并处理，并在LCD显示屏上现实温度数据，同时通过无限物联网将数据传输到汇集节点。系统具有抗电磁干扰能力强，安全可靠等特点。

2）汇集节点

汇集节点进行物联网连接，与多个采集节点组成一个无线物联网。来接收采集节点的温度信号。汇集节点与采集节点相同以单片机CC2430为核心。

3.物联网组建

节点的软件设计大致为：利用协调器建立网络，找到一个合适的信道，将随机选择1个唯一的16位PANID分配给这个新建的网络，同时随机分配1个16位的网络地址，网络层发给MAC层PANID启动请求，收到MAC层的确认后，网络层便可以向应用层报告新的网络建立成功。

协调器与节点之间以绑定的方式，通过查询机制来收发采集或控制信号，首先各功能模块上电初始化，协调器进行组网，子节点进行入网进程。如果入网成功，则双方进行绑定操作。接下来子节点进入查询状态。而协调器则一直处于收发状态，当用户有信号采集命令或控制命令传向子节点时，作为父节点的协调器将暂时把属于自己子节点的数据保存在缓冲区。子节点每隔一定时间向父节点查询是否有属于自己的数据，若有，则通信取回数据，执行相应的操作，若无则进入下一轮查询状态。

4.互联网连接及远程监控中心

本项目中，当汇集节点接收到传感器数据后，将数据发送至3G网关中的ARMCrotexM3芯片LM3S8962中，LM3S8962设置了数据缓存区，待发的数据先预存在这个区域，同时，LM3S8962对3G模块中兴ZTE-AC200进行设置，使其通过电信3G网络接入Internet，建立传感器网络与远程监控平台的物理连接，LM3S8962利用AT命令使模块接入、断开或与远程监控中心建立TCP连接，连接建立成功后，就可以将数据缓存区的数据发送至远程端。

监控中心软件基于LabVIEW上开发，监控中心主要由两大部分组成，监控部分和处理部分。监控部分主要现实测试点的温度，开关设备内部个触点温度值。在发生异常时可向监控终端发送指令，进行报警。

5.结论

系统运行后，可以很方便的查询到具体的某一台开关柜在具体的一天的温度变化数据，统计温度最大、最小值及出现时间，为优化电力调度提供依据。

参考文献

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