无线传感网络研究及其在电力设备状态监测中的应用
发布时间：2021-10-12 11:29
近年来,我国智能电网发展迅速,电力系统的安全稳定运行关系到国民经济的健康发展和人民的稳定生活。随着状态监测技术的发展,电力设备的状态监测类型和先进的监测方法也越来越多,在智能电网发展现阶段,如何在变电站环节建立智能变电站信息监控,实现变电站设备管理和运行状态的全面监控引起了广泛关注。为解决现有电力设备状态监测系统存在的问题,本文利用红外热成像技术,现代通信技术及信息处理技术,设计并完成了变电站电力设备状态在线监测系统。该系统实现了对变电站设备状态及操作环境的实时监控,为变电站运行维护提供了辅助支持,提高了智能变电站的运行管理水平。主要研究内容如下:第一,基于变电站主要电力设备的在线监测项目分析,为实现对电力设备温度状态、变电站烟雾及温湿度环境的实时监测,设计了变电站电力设备状态监测系统,通过阐述分析验证系统的可行性及先进性。第二,针对传统电力设备温度状态监测方式存在的技术难题,选用在线式红外热成像仪实时采集所监测电力设备的温度数据,利用无线传输方式将实时温度信息发送到监控后台,围绕前端数据采集系统、传输网络、后台数据处理及显示模块,设计红外热成像在线监测系统。第三,通过对各图像处理算法...
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人工巡视Fig.1-1Manualinspection
无线传感网络研究及其在电力设备状态监测中的应用2指示仪表等对电力设备运行的状态进行判断，发现可能存在的异常情况，以此来避免事故的发生，但人工巡视因工作量大需要耗费大量的人力以及时间且巡视质量受运维人员工作经验等主观因素影响较大，使得监测结果不可靠，更值得一提的是，据统计结果显示每年因人工巡视所引发的安全事故不在少数，这对运维人员的人身安全造成了巨大威胁。而如图1-2所示的变电站智能巡检机器人替代人工巡视弥补了上述缺陷和不足，极大的保障了巡检的客观性、可靠性，但巡检机器人也存在些许不足，例如造价昂贵，监测精度和准确性受环境影响较大，部分设备的巡视受场地限制较大。图1-1人工巡视图1-2运行中的巡检机器人Fig.1-1ManualinspectionFig.1-2Inspectionrobotinoperation除此以外，还可以定期使电力设备停止运行实行例行检查，进行预防性绝缘测试和机械动作试验，及时处理电力设备结构缺陷，以此来保证电力设备的安全运行。一般来说，由于安装质量、设备本身存在的弱点、设计制造上的缺陷等诸多原因，电力设备在安装运行之初就存在很多故障和缺陷，随着设备运行时间的增加，故障和缺陷会逐渐地减少。经过一段时间的运行后，随着设备老化，设备故障率开始增加[11]。与电力设备绝缘性能相似，电力设备故障率是一个时间的递增函数，近似于浴盆曲线，如图1-3所示。而频繁的定期维护可能会改变常规设备的浴缸曲线，增加电力设备故障的概率。故障率变化曲线如图1-4所示。经验和数据表明，即使检修质量严格，设备故障率也会上升。并且因监测的不连续性，使得故障事故可能发生在两次预防性检修试验的间隔内，监测的可靠性大为降低。另外，从经济角度方面考虑，定期检修和试验均需停电，不仅导致直接或间接性的经济
青岛科技大学研究生学位论文31目前，FILRA310因其内部具有较全面的分析功能，可以实现点或区域的温度测量功能，热灵敏度较高，主要应用在自动化安全领域，FILRA310可以灵活安装在任何需要对设备进行监测的地方，可实时监测电力设备的状态，评估风险，避免损失，FILRA310的实物图如图3-6所示。(a)(b)图3-6FILRA310实物图Fig.3-6FILRA310physicalmapFILRA310热像仪能够对细微的图像细节及温度差异实现精确捕捉；可向PC端发送16位辐射图像数据流，以供分析；内置具有电动和自动对焦功能的25C镜头，也可根据实际应用场景需求选配其它镜头。（2）后台PC机：后台监控微机主要对传输来的温度数据和图像等进行分析处理监测，结合PC机配置的监测系统软件系统分析电力设备及变电站环境的温度变化趋势，及时发现温度异常并可对异常情况报警，后台PC机的型号选择并无特殊要求，需结合实际变电站后台所用设备。（3）供电模块：后台PC机一般工作在220V供电的条件下，FILRA310红外热像仪自身配备有220V转12V的交流电源适配器，无需再经过特殊配置，即可实现在变电站环境下正常工作。3.4红外热图像处理与诊断3.4.1红外在线监测系统软件功能后台PC机所配置的在线监测系统软件应能根据红外热像仪所采集的温度等数据判断电力设备目前所处的工作状态，并可控制红外热像仪的运作模式，以方便工作人员对电力设备进行运行维护。系统软件工作流程框图如图3-7所示。红
【参考文献】：
期刊论文
[1]Internet of Things to network smart devices for ecosystem monitoring[J]. Xin Li,Ning Zhao,Rui Jin,Shaomin Liu,Xiaomin Sun,Xuefa Wen,Dongxiu Wu,Yan Zhou,Jianwen Guo,Shiping Chen,Ziwei Xu,Mingguo Ma,Tianming Wang,Yonghua Qu,Xinwei Wang,Fangming Wu,Yuke Zhou. Science Bulletin. 2019(17)
[2]面向泛在电力物联网的智能配用电信息采集业务通信分析[J]. 沈博,蔡泽祥,戴观权,郭采珊. 电力建设. 2019(09)
[3]基于LPWAN的泛在电力物联网[J]. 陈皓勇,陈永波,王晓娟,陈武涛,李志豪. 电力系统保护与控制. 2019(08)
[4]国家电网 2021年将初步建成泛在电力物联网[J]. 孟月,田小梦. 通信世界. 2019(08)
[5]红外热像仪的电力系统电气设备在线监测研究[J]. 贺如月,李云红,李禹萱,贾凯莉,何琛,王刚毅. 单片机与嵌入式系统应用. 2019(03)
[6]智能变电站状态监测系统网络结构研究[J]. 袁珂. 才智. 2018(24)
[7]电容型设备绝缘在线监测系统设计研究[J]. 胡文杰. 能源与环保. 2018(07)
[8]基于LoRa的电气设备温湿度监测终端设计[J]. 李时杰,何怡刚,罗旗舞,史露强,黄源,程彤彤. 传感器与微系统. 2018(04)
[9]探讨红外线成像测温技术在变电站设备中的应用[J]. 许冬良,余育刚,徐小明,朱能富,李金龙. 自动化应用. 2018(02)
[10]DL/T 664—2016《带电设备红外诊断应用规范》的应用分析[J]. 唐佳能,金鑫,张建志,郎业兴,刘佳鑫. 智能电网. 2017(09)
硕士论文
[1]基于LoRa无线传感网络的温室控制系统构建[D]. 熊永红.东华理工大学 2019
[2]避雷器在线监测与故障诊断系统的研究[D]. 刘小卫.西安工程大学 2019
[3]基于Zig Bee的智能变电站监测系统的设计与研究[D]. 杨晓辉.湖北工业大学 2018
[4]基于红外热像仪的电力系统在线监测研究[D]. 贡梓童.西安工程大学 2018
[5]基于物联网的变压器状态检修技术研究[D]. 安马龙.长安大学 2018
[6]复杂背景下电力设备识别及状态监测[D]. 孙熙.华北电力大学(北京) 2018
[7]基于LoRa的智能监测系统的研究与实现[D]. 冒志益.南京理工大学 2018
[8]变电站主要设备状态监测技术及应用研究[D]. 王新星.华北电力大学 2017
[9]变电站设备温度无线监测系统[D]. 于保柱.沈阳工业大学 2017
[10]智能电网与物联网关键技术研究[D]. 王振.山东大学 2017
本文编号：3432491
【文章来源】：青岛科技大学山东省
【文章页数】：79 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
人工巡视Fig.1-1Manualinspection
无线传感网络研究及其在电力设备状态监测中的应用2指示仪表等对电力设备运行的状态进行判断，发现可能存在的异常情况，以此来避免事故的发生，但人工巡视因工作量大需要耗费大量的人力以及时间且巡视质量受运维人员工作经验等主观因素影响较大，使得监测结果不可靠，更值得一提的是，据统计结果显示每年因人工巡视所引发的安全事故不在少数，这对运维人员的人身安全造成了巨大威胁。而如图1-2所示的变电站智能巡检机器人替代人工巡视弥补了上述缺陷和不足，极大的保障了巡检的客观性、可靠性，但巡检机器人也存在些许不足，例如造价昂贵，监测精度和准确性受环境影响较大，部分设备的巡视受场地限制较大。图1-1人工巡视图1-2运行中的巡检机器人Fig.1-1ManualinspectionFig.1-2Inspectionrobotinoperation除此以外，还可以定期使电力设备停止运行实行例行检查，进行预防性绝缘测试和机械动作试验，及时处理电力设备结构缺陷，以此来保证电力设备的安全运行。一般来说，由于安装质量、设备本身存在的弱点、设计制造上的缺陷等诸多原因，电力设备在安装运行之初就存在很多故障和缺陷，随着设备运行时间的增加，故障和缺陷会逐渐地减少。经过一段时间的运行后，随着设备老化，设备故障率开始增加[11]。与电力设备绝缘性能相似，电力设备故障率是一个时间的递增函数，近似于浴盆曲线，如图1-3所示。而频繁的定期维护可能会改变常规设备的浴缸曲线，增加电力设备故障的概率。故障率变化曲线如图1-4所示。经验和数据表明，即使检修质量严格，设备故障率也会上升。并且因监测的不连续性，使得故障事故可能发生在两次预防性检修试验的间隔内，监测的可靠性大为降低。另外，从经济角度方面考虑，定期检修和试验均需停电，不仅导致直接或间接性的经济
青岛科技大学研究生学位论文31目前，FILRA310因其内部具有较全面的分析功能，可以实现点或区域的温度测量功能，热灵敏度较高，主要应用在自动化安全领域，FILRA310可以灵活安装在任何需要对设备进行监测的地方，可实时监测电力设备的状态，评估风险，避免损失，FILRA310的实物图如图3-6所示。(a)(b)图3-6FILRA310实物图Fig.3-6FILRA310physicalmapFILRA310热像仪能够对细微的图像细节及温度差异实现精确捕捉；可向PC端发送16位辐射图像数据流，以供分析；内置具有电动和自动对焦功能的25C镜头，也可根据实际应用场景需求选配其它镜头。（2）后台PC机：后台监控微机主要对传输来的温度数据和图像等进行分析处理监测，结合PC机配置的监测系统软件系统分析电力设备及变电站环境的温度变化趋势，及时发现温度异常并可对异常情况报警，后台PC机的型号选择并无特殊要求，需结合实际变电站后台所用设备。（3）供电模块：后台PC机一般工作在220V供电的条件下，FILRA310红外热像仪自身配备有220V转12V的交流电源适配器，无需再经过特殊配置，即可实现在变电站环境下正常工作。3.4红外热图像处理与诊断3.4.1红外在线监测系统软件功能后台PC机所配置的在线监测系统软件应能根据红外热像仪所采集的温度等数据判断电力设备目前所处的工作状态，并可控制红外热像仪的运作模式，以方便工作人员对电力设备进行运行维护。系统软件工作流程框图如图3-7所示。红
【参考文献】：
期刊论文
[1]Internet of Things to network smart devices for ecosystem monitoring[J]. Xin Li,Ning Zhao,Rui Jin,Shaomin Liu,Xiaomin Sun,Xuefa Wen,Dongxiu Wu,Yan Zhou,Jianwen Guo,Shiping Chen,Ziwei Xu,Mingguo Ma,Tianming Wang,Yonghua Qu,Xinwei Wang,Fangming Wu,Yuke Zhou. Science Bulletin. 2019(17)
[2]面向泛在电力物联网的智能配用电信息采集业务通信分析[J]. 沈博,蔡泽祥,戴观权,郭采珊. 电力建设. 2019(09)
[3]基于LPWAN的泛在电力物联网[J]. 陈皓勇,陈永波,王晓娟,陈武涛,李志豪. 电力系统保护与控制. 2019(08)
[4]国家电网 2021年将初步建成泛在电力物联网[J]. 孟月,田小梦. 通信世界. 2019(08)
[5]红外热像仪的电力系统电气设备在线监测研究[J]. 贺如月,李云红,李禹萱,贾凯莉,何琛,王刚毅. 单片机与嵌入式系统应用. 2019(03)
[6]智能变电站状态监测系统网络结构研究[J]. 袁珂. 才智. 2018(24)
[7]电容型设备绝缘在线监测系统设计研究[J]. 胡文杰. 能源与环保. 2018(07)
[8]基于LoRa的电气设备温湿度监测终端设计[J]. 李时杰,何怡刚,罗旗舞,史露强,黄源,程彤彤. 传感器与微系统. 2018(04)
[9]探讨红外线成像测温技术在变电站设备中的应用[J]. 许冬良,余育刚,徐小明,朱能富,李金龙. 自动化应用. 2018(02)
[10]DL/T 664—2016《带电设备红外诊断应用规范》的应用分析[J]. 唐佳能,金鑫,张建志,郎业兴,刘佳鑫. 智能电网. 2017(09)
硕士论文
[1]基于LoRa无线传感网络的温室控制系统构建[D]. 熊永红.东华理工大学 2019
[2]避雷器在线监测与故障诊断系统的研究[D]. 刘小卫.西安工程大学 2019
[3]基于Zig Bee的智能变电站监测系统的设计与研究[D]. 杨晓辉.湖北工业大学 2018
[4]基于红外热像仪的电力系统在线监测研究[D]. 贡梓童.西安工程大学 2018
[5]基于物联网的变压器状态检修技术研究[D]. 安马龙.长安大学 2018
[6]复杂背景下电力设备识别及状态监测[D]. 孙熙.华北电力大学(北京) 2018
[7]基于LoRa的智能监测系统的研究与实现[D]. 冒志益.南京理工大学 2018
[8]变电站主要设备状态监测技术及应用研究[D]. 王新星.华北电力大学 2017
[9]变电站设备温度无线监测系统[D]. 于保柱.沈阳工业大学 2017
[10]智能电网与物联网关键技术研究[D]. 王振.山东大学 2017
本文编号：3432491
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