（1.南方电网超高压输电公司，广东 广州 510000）
摘要:由于在运换流站产生噪音过大扰乱附近居民正常生活，供电公司在换流站围墙出加装了隔音屏障。加装隔音屏障后，换流站内设备常年处于一种高温运行环境中，尤其是换流变区域内的二次控制柜。设计开发一种基于蓝牙传输的温度离线采集系统，用于离线采集二次控制柜内不同区域的历史温度数据，进行二次控制柜不同区域的温度趋势分析。本文介绍了一种基于蓝牙传输的温度离线采集系统系统架构和系统工作流程，并在某换流站选取二次控制柜内上、中、下三个位置进行安装测试。测试结果表明，该系统具备安装方便快捷，便于读取历史数据，运维人员更好的掌握二次控制柜的温度分布，修正了过负荷运行时温度阈值，便于运维人员有重点的进行巡视，同时为二次控制柜的环境治理积累了有效的基础数据。
关键词:换流站区域温度；离线采集温度；蓝牙；二次控制柜
0引言
目前，已投入运行的直流换流站经常受到附件居民投诉噪音过大，影响居民的正常生活[1]。多地供电公司为解决噪音扰民问题，在换流站围墙加装隔声屏障[2]。
位于广州的某换流站，加装了隔音屏障解决噪音扰民问题，但广州地处亚热带沿海，属海洋性亚热带季风气候，有温暖多雨、光热充足夏季长的特点，在环境温度高、同时换流变散热器散热的基础上，再包围一层隔音屏障，使得换流变区域设备常年处于一种高温的运行环境中。这对设备运行是一种考验，特别是影响控制屏柜内的二次设备的运行。温度变化是缓慢的，故在换流站二次控制柜内加装一种基于蓝牙传输的换流站区域环境温度离线采集系统，方便运维人员巡视时直观掌握二次屏柜区域的温度变化趋势。
电网数据的保密性要求高，站内采集的数据通过蓝牙由运维人员汇总到手机APP中，通过Excel导出到工控机上进行统计分析。站内数据站内分析，保证数据传输安全。
1.系统架构
图 1 系统架构
基于蓝牙传输的换流站区域环境温度离线系统如图 1所示，采用ARM核的CPU进行温度采集。系统功率不大于100w，采用柜内照明供电AC220V为系统供电完全满足系统运行需求，同时保证用电安全。
1.1.主控CPU电路
主控CPU采用ARM核单片机STM32F103C8T6，该单片机最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz，具备IIC、UART/USART接口设备，满足该系统需求。单片机GPIO接口电路如图 2所示。
图 2单片机电路
1.2.温湿度采集传感器及电路
温湿度采集传感器采用SHT20数字温湿度传感器，SHT20具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性，全量程标定，两线数字接口，可与单片机直接相连。此外，SHT20体积微小、响应迅速、低能耗、可浸没、抗干扰能力强、温湿一体，兼有露点测量。
表 1 SHT20技术指标
单片机STM32F103C8T6的GPIO可与SHT20引脚直连，进行IIC通信。如图 3所示，单片机与SHT20直连电路。
图 3 单片机与SHT20直连接口电路
单片机通过IIC接口读取SHT20传感器温湿度，单片机对读取的数据进行转换，得出采集的温湿度数据。转换公式[8]如下：
其中，RH为湿度值，T为温度值，SRH为IIC接口采集的湿度信号量，ST为IIC接口采集的温度信号量。
1.3.蓝牙接口传输电路
图 4蓝牙接口传输电路
蓝牙是一种短距无线通信技术。其传输距离一般为10 m，如果适当增加其发射功率，传输距离可达到十几m。工作于2．4 GHz开放频段，在此频段传输，将有效降低换流站内的传输损耗，同时具有穿透障碍物，具备点对点或点对多点的数据传输等优点[6]，在换流站环境下适合采用蓝牙技术进行无线数据传输。
蓝牙接口电路采用FBT-06型嵌入式近距离蓝牙串口通讯模块，该模块遵循V2.1+EDR蓝牙规范，内置天线。该模块可与STM32F103C8T6单片机串口通信GPIO直连，如图 4所示。
2. 系统流程
图 5 系统工作流程
系统工作流程如图 5所示，系统接入电源后，上电单片机系统初始化，完成单片机初始化后，单片机对蓝牙模块采用AT命令进行初始化。蓝牙模块初始化完成后，系统开始采集多点温度，并保存在外部FLASH里，同时等待外部蓝牙传输的命令。当有具备蓝牙功能的手机APP靠近时，先进行命令校验，检验成功后，系统通过蓝牙自动上传历史温度数据到运维人员手机APP上。
3.测试验证
3.1.二次控制柜安装测试
选取换流站某二次控制柜进行系统安装，二次屏柜的外型尺寸长*宽*高分别为：10003701800mm，二次控制柜如图 6所示。
图 6 二次控制柜
二次控制柜宽度较窄，同一平面温度波动不明显。在不同高度上对二次控制柜区域温度数据采集选取3个温度测点，分为上、中、下，如图 7所示。
图 7 二次控制柜温度测点选取
3.2.区域温度分布
在夏季通过基于蓝牙传输的区域温度离线采集系统，运维人员对二次控制柜的温度数据进行统计分析。由Excel导出的温湿度历史数据如表 2所示。
表 2 温湿度历史数据记录
在二次控制柜内安装了3个传感器，测量二次控制柜内的上中下三个位置的温度区域分布。选取某日13点-16点25的三个位置温度数据进行趋势分析，每5分钟一个测点，共41个测点，区域温度分布趋势图如图 8所示。
图 8 二次控制柜区域温度分布趋势
二次控制柜区域温度分布趋势分析，得出二次控制柜上方温度高于中部和下部，运维人员在巡检过程中，重点巡视二次控制柜上方区域的设备和接线，可在上部采取散热措施。
3.3.区域温度数据分析
直流系统过负荷的情况下，环境温度决定了过负荷最大电流的大小。但由于换流变周围加装了隔音屏障，屏障内部的环境温度远高于过负荷逻辑中所取的环境温度，这就影响过负荷逻辑计算所得的温度阈值。例如，在夏季屏障内温度远超40度，高于现行设计的温度40℃，油温会更高。基于穗东站监测数据，分析负荷和温度之间的相关性，如图9所示，负荷和油温、环境温度强相关。图10为油温和环境温度、油温和负荷的样本数据分布。环境温度的升高影响油温以及线温，如果此时过负荷运行，则大电流及较高的油温、线温，将会降低换流变绝缘强度，不利于直流系统的安全运行。
针对上述问题，利用穗东站迎峰度夏期间的监测数据，分析屏障内外部温差，在当前条件下提出新的环境温度阈值，当超出该温度阈值时，不允许直流系统过负荷运行。通过分析8月、9月屏障内外监测的温度数据，可知内部温度高于外部的平均值为3℃。则在现有过负荷限制40℃的标准之上，修正阈值为37℃，当内部温度高于37℃时告警，避免过负荷运行。
图 9 相关系数
图 10 数据分布
4. 结论
通过基于蓝牙传输的换流站区域温度离线采集系统研究和安装测试，该系统具备安装方便快捷，便于读取历史数据，使运维人员更好的掌握了二次控制柜的温度分布，为二次控制柜的环境治理积累了有效的基础数据，同时修正了过负荷运行时温度阈值，及时告警，避免过负荷运行。
参考文献
[1]傅高健,李国奇,陈建明,黄治军,黄翔.某换流站噪声扰民原因及对策[J].现代制造技术与装备,2018,06:153-155.
[2] 樊小鹏,李丽,刘嘉文.±500kV换流站噪声污染分析及控制措施研究[J].电力科技与环保,2017,33(2):5-8.
[3]周瑞双.基于物联网技术的变电站温度数据分析方法研究[D] .保定,华北电力大学,2013.
论文作者:廖毅1，李星辰1
论文发表刊物:《中国电气工程学报》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/27
标签：温度论文; 蓝牙论文; 单片机论文; 控制柜论文; 离线论文; 系统论文; 负荷论文; 《中国电气工程学报》2019年第4期论文;