基于LoRa的变压器套管状态监测分析_蔡雍.pdf
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1、Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 1 期(总第 352 期)2023 年 1 月 67摘要:阐述基于LoRa的变压器套管状态监测系统的设计,具有强大的抗干扰能力,很好地保证数据的稳定性与准确性,低功耗与远距离相结合,从而节省了监测系统在数据传输过程中的能耗。关键词:监测系统,变压器,套管,LoRa。中图分类号:TM41 文章编号:1674-2583(2023)01-0067-03DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2023.01.024文献引用格式:蔡雍,傅中君.基于LoRa的变压器套管状态监测分析J.集成电路应用,2023,40(01)
2、:67-69.测数据,能够反应变压器套管的运行状况。本课题设计了一款基于LoRa技术,可以实时监测套管绝缘性能的监测系统,其应用LoRa传输距离远、功耗低、精度高等优点对套管内油位、油温进行监测,很好地确保了套管的正常运行,对变压器的安全运行也有着十分重要的意义。1 工作原理油位、油温采集原理。如采集原理图1所示,选择适合的压力传感器,将压力传感器置于套管底部,通过套管内油压的变化来监测油位的变化情况;油位与油压的换算如式(1)。h=P/(g)(1)式中:h套管内油位;P套管内底部油压;套管内油的密度;g重力加速度。可知:油的密度与重力加速度是恒定值,知道了套管内的油压就可以得到套管内油位的数
3、值。油温采集原理:采集原理图如图1,选择合适0 引言变压器套管1是保证变压器安全运行的重要器件,套管的检修方式决定了套管的使用寿命,传统的套管检测技术即人工定期检修,这种方法虽然也能起到检测效果,但存在许多问题。因此,如果能实现对套管的在线监测2,根据在线数据,实时得到套管当前的绝缘运行情况,就能更好地保证套管安全运行,具有非常大的实际应用价值。数据传输方式是实现套管在线监测的关键技术。现行的数据传输技术主要分为有线传输与无线传输两种。相对于有线传输物理搭建的不便,无线传输更适合作为监测套管运行状态的数据传输技术。物联网应用中的无线技术主要有:2.4GHz的WiFi,蓝牙、Zigbee等,2G
4、/3G/4G等,广域网(Low Power Wide Area Network,LPWAN)。相比于其他无线技术,LoRa作为LPWAN通信技术中的一种3,是美国Semtech公司采用和推广的一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案,由Cycleo开发,并于2012年作为非授权技术发布4,使用星状拓扑,布置灵活、移动方便、扩展性强5,将远距离与低功耗完美结合6-8。目前,LoRa主要在全球免费频段运行,包括433MHz、868MHz、915MHz等,为用户节约了使用成本9。套管内的油位与油温是套管状态监测的重要监基于LoRa的变压器套管状态监测分析蔡雍,傅中君(江苏理工学院,江苏 213001)
5、Abstract This paper describes the design of transformer bushing condition monitoring system based on LoRa,which has strong anti-interference ability,well guarantees the stability and accuracy of data,and combines low power consumption with long distance,thus saving the energy consumption of monitori
6、ng system in the process of data transmission.Index Terms monitoring system,transformer,bushing,LoRa.Analysis of Transformer Bushing Condition Monitoring Based on LoRaCAI Yong,FU Zhongjun(Jiangsu Institute of Technology,Jiangsu 213001,China.)作者简介:蔡雍,江苏理工学院,研究生;研究方向:机电产品检测与智能控制。通信作者:傅中君,江苏理工学院;研究方向:电
7、气工程。收稿日期:2022-05-11;修回日期:2022-12-25。图1 油位、油温采集原理图68 集成电路应用 第 40 卷 第 1 期(总第 352 期)2023 年 1 月Applications创新应用的温度传感器,将温度传感器安置在套管顶层,用温度传感器采集套管内油温变化的相应数据。监测系统工作原理。油压、油温采集装置对套管内的油压和油温进行数据采集,采集好的数据通过LoRa无线通信模块进行数据传输,将数据传送给集控机,集控机通过以太网以及DL/T860规范将监测数据传送到站端监测单元,站端监测单元再将监测数据显示出来,从而形成了一个完整的在线监测系统。该监测系统还可通过IEC6
8、1850标准,将站端监测单元监测的数据传输给上一级的主站变电站以及信息一体化平台,而信息一体化平台与主站变电站也可向站端监测单元反馈相应的数据信息,从而形成一个开放式的监测系统。该监测系统的具体结构流程以及工作原理如图2所示。2 硬件设计硬件设计是监测系统设计中最重要的一环,是监测系统能否实现监测目的的主要保证,在整个系统设计中至关重要。基于监测系统的原理,本文对监测系统的硬件设计主要由以下几部分构成:(1)数据采集单元;(2)LoRa模块;(3)数据集中单元。具体的硬件结构设计如图3所示。2.1 数据采集单元数据采集单元由压力、温度传感器,放大、抗混叠滤波,A/D转换器,数据处理设备组成,其
9、中最主要的是传感器与数据处理设备,其他的硬件按常规配套使用即可。由于变压器套管内部温度过高,一般的压力传感器与温度传感器无法满足工作条件,故应选取能够适应变压器套管内部油温的压力传感器与温度传感器,基于油浸式变压器上层油温不得超过95,故选择可耐100的压力传感器与100的温度传感器即可。数据处理设备作为数据采集处理的核心硬件,对数据采集单元至关重要,基于本监测系统的最终目的,在此选用STM32L系列单片机,此单片机的好处在于功能强大、结构简单、易于操作、节约能耗。STM32L系列产品基于超低功耗的处理器内核ARM Cortex-M4,采用意法半导体独有的两大节能技术,继而拥有业界领先的节能性
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