庞 诚
（中国铁道科学研究院研究生部，中国 北京 100081）
【摘 要】提出一种基于无线传感器网络技术、Internet网络通信技术、计算机技术的牵引变电所温度在线监测系统，对关键部位温度情况进行实时监测，通过数据集中器收集数据，中心处理单元进行分析，从而确认温度异常部位，对预防牵引变电所电气烧伤事故具有重要的预警作用。
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关键词 牵引变电所；电连接线夹；温度；在线监测
【Abstract】Put forward a kind of wireless sensor network technology, Internet network communication technology, computer technology, the on-line monitoring system of electric traction substation based on the temperature, real-time monitoring of key parts of the temperature, the data collected from the data concentrator, central processing unit are analyzed, in order to confirm the temperature abnormal spot, has an important role in the prevention of early warning of traction substation electrical burn accident.
【Key words】Traction substation; Electric connection grip; Temperature; Online monitoring
0 引言
牵引变电所一次设备一般采用户外布置，长期承受大电流过负荷冲击的同时，还有经受刮风、下雨、严寒、酷暑等恶劣条件的考验，牵引变电所设备技术状态时常发生变化，导致故障发生。据统计，京沪线、胶济线、胶济客专牵引变电所主变压器二次接线端子、T型线夹、穿墙套管线夹、隔离开关电连接线夹、接触网上网点线夹、电联结线夹、隔离开关电连接线夹等处的电气烧伤故障占总故障数的39%。
牵引变电设备电气烧伤故障的原因虽然很多，但不论是什么原因，故障发生前，都存在温度升高的现象。如果能及时发现导线或零部件的温度异常升高，立即采取措施，就可能避免故障的发生，降低故障发生的概率，从而提高接触网运行的安全可靠性。
对设备线夹的温度升高，设备维护单位一般采用人工巡视的方法，通过激光测温仪或望远镜观察测温片的变化来判断温度的变化，存在人员误判和不及时的现象。本文结合牵引变电所的运营实际，提出一种基于无线传感器网络技术、Internet网络通信技术、计算机技术的牵引变电所温度在线监测系统，可有效对设备关键部位（牵引变电所主导电回路等）温度变化进行全天候实时在线监测，对电气烧伤起到预警作用，对保障牵引变电所安全运行有重要意义。
1 工作原理
采用无线温度传感器（即无线温度采集单元），传感器被直接安装在高压带电体被测接点上，准确地跟踪发热接点的温度变化，当温度变化时立即利用短距离无线通信手段向外发送温度信息。
数据集中器负责接收无线温度传感器发送的温度数据，一台数据集中器可以接收和管理几十甚至几百个传感器发送数据，数据集中器与传感器之间的距离可达数百米。经简单处理和缓存后，数据集中器借助专用以太网络或移动通信网络，以MODBUS或TCP/IP通信方式，把监测温度数据集中上传到监控中心。
监控中心接收各个监测点的现场数据，通过分析处理，保存到数据库中，同时显示在计算机屏幕上，并且根据温度变化情况提示告警，超限时系统可在铁路牵引变电所电气接线图上以语音、图形等形式发出报警信息，便于精准查找故障和指导检修。
2 系统组成
该系统由无线温度采集单元、数据集中器和中心数据处理单元三大部分组成。
（1）无线温度采集单元
①感温元件：负责感知被监测点的工作温度，把温度信号转换为电信号。感温元件选用监测温度范围达-40℃~+200℃的Pt100铂电阻。使用时，感温元件直接安装在发热接点上，以便快速、准确感应监测点的温度变化。
②单片机控制电路：负责采集感温元件输出的温度信号，当温度发生变化时，立即控制无线通信模块对外发送数据。为了降低功耗，控制电路一般工作于低功耗模式，能够定时自动唤醒进行工作。
③无线通信模块：负责对外发送数据，发送数据包括采集到的温度、电池电压、感温元件是否故障等信息。在无遮挡情况下，无线通信距离在500m以上。
④高能电池：无线温度采集单元使用大容量锂电池供电，经过精心设计，一节1/2AA的1200mAh电池能够满足3~5年工作需要。
（2）数据集中器
①采集单元通信模块：利用采集单元通信模块，一个数据集中器可以收集多个无线温度采集单元发送的数据，本系统设计1个数据集中器最多可管理100个温度采集单元。温度采集单元与数据集中器之间的无线通信距离可达500米以上。也就是说1个数据集中器能够接收以其为中心、半径500米范围内100个监测点的温度数据。
②远程通信模块：远程通信模块负责把收集到的监测数据从现场传输到遥远的监控中心。该系统的数据集中器采用GPRS DTU作为其远程通信模块。
③MCU控制处理模块：MCU控制处理模块是数据集中器的核心，负责整个集中器的控制管理，采集数据的集中存储、循环显示，以及工作参数的配置修改等。
④电源模块：电源模块为数据集中器的其它模块提供连续稳定的电源供应。考虑到后期该系统可推广到供电线上网点、站场等处的电气连接点，此时数据集中器一般安装在野外，一般就近不容易获得AC220V供电，考虑到数据集中器总体功耗较低，比较适合采用太阳能方式供电。
（3）中心处理单元
①通信服务器：通信服务器每天24小时不间断工作，负责与所有监控现场的数据集中器进行通信，采集其存储数据，并存入数据库服务器。
②数据库服务器：采用Oracle/SQL Server数据库管理系统对上传到监控中心的采集数据进行集中保存管理。
③WEB服务器：提供完善的信息发布与共享功能，利用WEB Browser/Server方式动态生成IE浏览界面，方便用户监控系统运行情况，查询、回放历史记录数据。
④测温工作站：测温工作站专为监控值班人员设置，利用图形界面方式，直观显示各测温点的最新温度数据，当有监测点的温度超过设定门限时触发报警，以语音形式提示值班人员进行必要处理。
3 安装
（1）无线温度采集单元
无线温度采集单元安装在牵引变电所设备的关键连接点，包括各种接线端子、T型线夹、上网点电连接线夹、隔离开关线夹等容易老化、松动发热部位。
（2）数据集中器
数据集中器固定在隔离开关附近的水泥柱上，机箱下部离地面距离不小于2.5米，太阳能电池板固定在水泥柱向南方一侧，电池板底边距离地面不少于2.5米。
（3）中心数据处理单元
配置相应的软硬件，并把温度信息通过工作站显示在监控中心。
4 报警温度值的设定
对于输电导线的发热报警值，《交流高压电器在长期工作时的发热》(GB763—90)和《高压直流架空送电线路技术导则》(DL436—91)要求钢芯铝绞线的最高工作允许温度为+70℃。
又据《电力金具通用技术条件》(GB2314—85)中的规则，在正常负荷运行情况下，高压交、直流线路金具发热温度应与输电线路的导线温度相同或比它小。
牵引变电所主要采用钢芯铝绞线，因此依据上述规范要求，将牵引变电所温度在线监测系统的报警温度值设为+70℃。
5 设备缺陷判断方法
设备缺陷的判断方法采用绝对温度判断法和相对温度判断法相结合的方法。
（1）绝对温度判断法
取被测量对象（接头、金具）的温度为T，则70℃≤T＜90℃为一般缺陷；90℃≤T＜120℃为重大缺陷；T≥120℃为紧急缺陷。
（2）相对温度判断法
取被测量对象（接头、金具）的温度为T1，被测对象附近环境温度为参考温度T2，两者之间温差△T= T1-T2，则20℃≤△T＜40℃为一般缺陷；40℃≤△T＜70℃为重大缺陷；△T≥70℃为紧急缺陷。
6 应用效果
2012年8月29日14：25分，监控中心报：北园牵引变电所1#变压器二次接线端子处检测温度超过环境温度20℃，后经检修车间要点检查造成温度升高的原因为螺栓松动。
7 结束语
经过两年的现场运行考验，牵引变电所温度在线监测系统运行稳定、测量温度数据准确，系统功能完善，经现场应用，能够满足牵引变电所设备故障多发部位温度实时监测、故障报警等需求。
然而由于系统研发基本上是从零开始做起，可供借鉴的经验很少，尚需进一步跟踪现场的监测数据，优化温度报警阈值。
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参考文献
［１］王华荣,董昭德,赵丽萍,等.接触网智能巡检系统的设计与开发[J].电气化铁道,2005(5).
［２］曾明,吴积钦.红外热成像技术在接触网检测中的应用[C]//高速铁路接触网系统新技术研讨会论文集.2010.
［责任编辑：杨玉洁］