孟江楠1 乔一帆2 徐秀峰3
1.衡水第一中学768班 河北衡水 053000；2.衡水第一中学734班 河北衡水 053000；3.广西电网崇左凭祥供电局 广西凭祥 532600
摘要：据国家电力安全事故通报统计，我国每年仅发生在电站的电力事故，40%是由高压电气设备过热所致。因此监测高压设备电气连接点温升是杜绝此类事故发生的关键，实现温度在线监测是保证高压设备安全运行的重要手段。本文提出了一种高压供电设备火灾智能预警系统的研究思路及技术方案，对火灾预警系统在变电站中的推广应用进行适用性研究及标准化设计，完成火灾预警系统软件的设计，并实现与变电站监控系统之间的互联。
v1、项目研究的意义
电力系统正向着大电网高可靠性、高自动化水平的方向迅猛发展。对电网运行自动化、智能化的监控水平已成为国内外高度重视的关键问题。随着社会用电量的日益增加，承载着大负荷输送任务的高压电气设备如变压器、互感器、高压开关柜、室外刀闸等电力负载也在迅速增加。电网中众多高压电气设备本身、设备之间的联接点是电力输送最薄弱环节，这个薄弱环节的实质问题就是联接点发热。随着负荷的增大，导致联接点发热并形成恶性循环：温升、膨胀、收缩、氧化、电阻增大、再度升温直至酿成事故。因此，电力系统不惜人力、财力，采取多种措施监测高压电气设备联接点的温升。据国家电力安全事故通报统计，我国每年仅发生在电站的电力事故，40%是由高压电气设备过热所致。因此监测高压设备联接点温升是杜绝此类事故发生的关键，实现温度在线监测是保证高压设备安全运行的重要手段。
本项目的研究及试点应用具有重要的意义，具体表现如下：
(1) 项目的研究及应用可填补传统监控手段的不足。常规的高压供电设备连接点的温升监控手段几乎为零，一般情况下，当保护装置动作时，系统故障往往已经比较严重，而且在好多情况下，即使发生火灾，也无法达到保护装置的动作定值。
(2) 通讯接口充分发挥无线通讯技术的优势，没有了常规的485通讯需要连接大量电缆的弊端，尤其在已经运行的变电站上安装，具有极大的简便性和成本优势。
(3) 项目的研究及应用可以视为物联网技术的具体应用，将低成本、高可靠性的无线通讯技术（ZigBee）应用在变电站当中，提高方便性的同时，大大降低了运行维护的费用。
(4) 随着智能电网的深入建设，少人值守和无人值守变电站已经成为发展方向，本项目的研究及应用可为无人值守变电站提供更为便捷的辅助管理手段，监控点的报警信息可实时发送至主控室，并可直接将信息和建议处理方案直接发送到运行维护人员的手机上，缩短事故处理周期。
(5) 系统的应用具有重要的社会意义。系统的应用有助于提高电网的可靠性和稳定性，保障人民生产生活，符合国家相关政策。
(6) 物联网技术是智能电网建设中的重要支持技术，深入研究物联网技术在变电环节的应用，将有效推进智能电网的建设。
(7) 本项目关键技术的研究符合国家电网公司“十二五”规划政策方向。
2、项目的必要性和可行性
(1) 必要性
高压供电设备连接点多，在承载电流过大或接触电阻过大以及在长期运行过程中出现表面氧化腐蚀、紧固螺栓松动、触点和母线连接处老化等问题，极容易导致连接点局部过热的安全隐患，如果得不到及时解决，将导致绝缘部件性能降低，甚至造成火灾等恶性事故。虽然部分变电站已经安装遥视系统，但对于局部连接点的接触电阻变大导致的发热，进而导致起火造成事故，不能有效实现前期的监控和预防。
通过监测高压供电设备内触点温度的运行情况并采取适当措施，可及时有效地防止高压供电设备的火灾发生。但由于大部分高压供电设备全封闭运行，内部空间狭小且具有裸露高压，无法进行人工巡查测温，因此实现温度在线监测成为保证高压供电设备安全运行的主要手段。
基于上述原因，开展连接点实时温度采集与监控，对系统安全运行能够起到很好的保证效果。研究项目主要为三个部分，一是无线测温终端，实时采集测温点的温度值并通过无线方式传送信息，采用高容量电池供电，连续工作时间不小于5年；二是无线通讯控制器，通过一个无线通讯接口接收多台无线测温终端的信息，通过另一个无线通讯接口将信息传送到火灾预警监控系统，采用交流220V电源供电；三是火灾预警监控系统，采用高性能一体化平板电脑，配以相应的嵌入式软件，实现各个测温点的监控报警功能。
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(2) 可行性
要保证该项目的顺利进行并达到预期的效果，必须双方进行良好的技术交流与合作，实验场地按照我局统一安排进行，由项目负责人来协调该项目的具体进程，该项目采用如下技术路线来保证该项目的进行
1）理论研究阶段
了解高压供电设备发热的机制和现象，找出高压设备发热的部位和原因。
在广泛调研国内外无线测温及Zigbee技术文献资料的基础上，进行精心设计，力求使研制的系统整体性能具有国际先进水平，不盲目追求高性能，数字化的工作同步进行但不作为主要研究目标，把研究目标集中在无线式温度传感器的稳定性和低功耗上，保证理论研究阶段的先进性。
2）设备实际阶段
为了保证设备安全可靠的运行，原材料的选择是最关键的一步，拟采用国外进口的Zigbee收发模块，事先对模块的选择上进行详细调研，查阅理解每种Zigbee收发模块的数据流程和典型应用，使用EDA（电子设计自动化）等工具进行设计、仿真，仿真通过后再进行电路设计，努力降低设计风险。重视掌握高速数字电路设计技术、模拟／数字混合电路的抗干扰设计，采用表面贴装器件，精心设计布线、去耦、隔离、电源平面等；
后台智能远程管理系统设计功能本着应用方便、操作简单、功能全面、界面友好、通讯稳定的要求进行设计，时刻听取现场使用人员的良好建议进行更改完善，整体思路满足于综合自动化站的要求，提供良好的绘图功能，实现综合自动化站的监控界面定制模式。
3）经验总结和系统完善阶段
由于在我局是第一次进行高压设备的温度远程监测，因此有很多经验需要通过实验来验证，很多理论需要通过数据来证明；通过大量的数据采集和事后对故障的全息再现，结合实际的运行情况，总结高压供电设备的发生规律和条件，最终的目的是解决和避免高压带电体这类危害的发生！同时也在运行中发现和调整该系统的不完善地方，为该系统的推广做铺垫。
4）推广性的经济性和可扩展性
在满足系统整体性能指标的前提下尽可能减少高能耗器件，降低设备整体成本，提高该系统的性价比；本系统充分考虑不同系统的不同需求，最大化预留温度传感器的可扩展性，单元式设计，每个接收装置接收一定数量的温度传感器，通过后台管理软件包可以灵活的配置系统所需测温点数量和报警值的设定；
3、 技术方案
“高压供电设备火灾智能预警系统”项目的研究是通过对高压供电设备无线测温在线监测综合管理系统试点工程来实现的。
“高压供电设备火灾智能预警系统” 包含了对高压供电设备内部主要的电气发热节点进行无线测温实时在线监测，通过对实时数据的远程判断智能管理高压供电设备温度数据，实时预警和告警，通过历史数据库再现事件发生的全息记录。“高压供电设备火灾智能预警系统”主要是由无线测温终端、无线通讯控制器、监控计算机和“电气设备火灾智能预警系统”组成。
“高压供电设备火灾智能预警系统”采用无线传输技术，实现高压带电体被测点温度和采集装置的隔离传输，从而实现非接触式温度测量，无线测温终端采用开放的2.4GHz无线信号频段，其无线传输信号能突破开关柜内金属板的屏蔽，传输到安装在附近的数据采集控制器，数据采集控制器可以处理、显示和保存探头的这些数据，同时无线通讯控制器通过ZigBee无线通讯方式将温度信息传给电气设备火灾预警监控装置,此装置可通过以太网口、232口、等通讯接口与综合自动化设备通讯或通过GPRS方式，将打包后的数据传给远程监控中心，进行数据分析和故障诊断，且能通过GPRS方式向预设的手机号发送故障点信息和建议处理方案。
“高压供电设备火灾智能预警系统”前端采用无线测温探头，可快捷方便地安装在高压带电体被测节点上，准确地跟踪发热节点的温度变化；无线测温终端是运用无线通信技术与无线通讯控制器传递温度信息，实现了非接触式在线温度测量，测量稳定安全可靠；同时无线通讯控制器对接收到的数据进行处理、保存后，通过ZigBee无线通讯方式，将打包后的数据发送至电气设备火灾预警监控装置，此装置通过多种方式传输至远程集控中心，集控中心的“高压供电设备火灾智能预警系统”在对数据进行数据分析、处理，系统数据库通过人机界面将地理分布图、接点温度运行参数、预告警信息、历史参数等通过图形、表格、曲线、棒图等形式直观显示，为决策层提供最直接可靠的数据依据，消除隐患、最大限度的减少事故。
作者个人简介 ：
［1］孟江楠(2001-)，女，河北保定人，现就读于衡水第一中学768班。
［2］乔一帆(2000-)，男，河北保定人，现就读于衡水第一中学734班。
［3］徐秀峰(1977-)，男，河北廊坊人，高级工程师
论文作者:孟江楠1,乔一帆2,徐秀峰3
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/19
标签：高压论文; 测温论文; 设备论文; 火灾论文; 温度论文; 在线论文; 智能论文; 《防护工程》2018年第10期论文;