周建勇 高峻 黃國(guó)華 孫偉 邱閆

摘要：配電室電纜溝的除濕技術(shù)一直都是電力運(yùn)維工作所思考的重要內(nèi)容，由于配電室需要對(duì)較大范圍地區(qū)內(nèi)進(jìn)行配電輸電，所以電纜數(shù)量非常多，也就使得電纜溝數(shù)量多，面積大，而為了減少電纜之間的相互影響，電纜溝的排布也相對(duì)分散，這就使得電纜溝的濕度和溫度存在一定的差異，在溫度較低，濕度較高的電纜溝中，水蒸氣受到物理作用影響，會(huì)緩慢凝結(jié)成水珠，這會(huì)直接引起配電室暴露在外的金屬開(kāi)關(guān)等出現(xiàn)短路，引發(fā)事故，另一方面，凝露被電離成氫、氧離子，又會(huì)對(duì)電纜的絕緣保護(hù)層造成侵蝕，所以需要對(duì)電纜溝進(jìn)行除濕。本文研究了基于無(wú)線傳感器的電纜溝除濕技術(shù)，主要是利用ZigBee通信協(xié)議，通過(guò)無(wú)線傳感器收集電纜溝的溫度濕度信息，然后使用變頻技術(shù)控制冷凝壓縮機(jī)，實(shí)現(xiàn) PI 除濕控制算法，確保電纜溝的高效除濕。

關(guān)鍵詞：無(wú)線傳感器;電纜溝;除濕技術(shù)

引言

配電室是電力系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)整個(gè)地區(qū)的電力配置和調(diào)節(jié)，而電纜溝作為配電室功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)內(nèi)容之一，對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的管理控制，防止其出現(xiàn)損毀侵蝕是電力運(yùn)維工作中具有重大意義的工作。其中，電纜溝除濕就是一項(xiàng)基礎(chǔ)但是作用明顯的措施。電纜溝由于大多位于地下，所處環(huán)境中的空氣濕度更高，溫度更低，所以空氣中的水蒸氣也就更加容易凝結(jié)成為小露珠，盡管電纜外部有絕緣層包裹，不會(huì)因?yàn)槁吨槌霈F(xiàn)電路短路的問(wèn)題，但是對(duì)于電纜暴露在外的金屬開(kāi)關(guān)部分，露珠就有導(dǎo)致其短路的風(fēng)險(xiǎn)，再加上電纜的尖端放電效應(yīng)，使得露珠被電離成為氫氧離子，而氫氧離子在高壓電的環(huán)境下，能夠逐漸腐蝕電纜的絕緣層，造成電纜損壞，出現(xiàn)短路或者接地等情況，嚴(yán)重影響到用電安全和電力資源管理。所以利用無(wú)線傳感器構(gòu)建濕度、溫度感應(yīng)系統(tǒng)，然后利用變頻冷凝壓縮機(jī)進(jìn)行除濕，進(jìn)而保障電纜溝的濕度處于合理的范圍，就是一種非常有價(jià)值的技術(shù)。而zigbee通信協(xié)議是一種短距離無(wú)線傳輸中成本低，耗能低，效率高，可接入網(wǎng)點(diǎn)多的協(xié)議，非常適合于電纜溝除濕的無(wú)線控制，利用zigbee協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)電纜溝除濕的自動(dòng)化和數(shù)字化管理。

1.國(guó)內(nèi)除濕研究現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)常用的除濕技術(shù)包括：吸收式除濕、吸附式除濕及冷卻式除濕三種，其基本的原理是吸收水分，吸附小水珠和冷卻之后排出。在除濕技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域方面，主要用于建筑室內(nèi)除濕降溫，食品生產(chǎn)過(guò)程除濕滅菌和車(chē)間生產(chǎn)除濕，空氣中的濕度過(guò)高不僅會(huì)給人造成悶熱，潮濕的不良感受，還會(huì)對(duì)電路，金屬物品造成影響，所以除濕技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用還比較廣泛，而對(duì)于電纜溝除濕，國(guó)內(nèi)的研究成果相對(duì)較少，在中國(guó)知網(wǎng)上以“電纜溝除濕”為關(guān)鍵詞，一共搜索到33篇相關(guān)的文獻(xiàn)，其中學(xué)術(shù)期刊類(lèi)29篇，學(xué)位論文1篇，其他類(lèi)型3篇，這說(shuō)明國(guó)內(nèi)對(duì)于電纜溝除濕技術(shù)的研究還處于不夠成熟的階段，這也是本研究的主要研究意義之一。

2.除濕方法的選擇

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)常用的除濕技術(shù)進(jìn)行篩選分析，結(jié)合電纜溝的實(shí)際環(huán)境情況，充分研究了國(guó)內(nèi)外常用除濕技術(shù)在電纜溝除濕中的可行性和成本，以及除濕效率，最后選擇了既可以產(chǎn)生干燥熱空氣，又可以產(chǎn)生干燥冷空氣的除濕方法。能夠產(chǎn)生干燥熱空氣的選擇原因是，當(dāng)電纜溝的溫度較低時(shí)，水蒸氣凝結(jié)成小水珠的概率就會(huì)增大，而通過(guò)加熱空氣，一來(lái)可以促進(jìn)電纜溝水分的蒸發(fā)，二來(lái)可以稀釋空氣中的水蒸氣含量。當(dāng)電纜溝的溫度和濕度較高時(shí)，則采用產(chǎn)生干燥冷空氣的方法來(lái)除濕，適當(dāng)降低環(huán)境溫度能夠減少水分子的電離，避免腐蝕電纜外殼，而且溫度高的時(shí)候，分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，外界的水蒸氣更容易進(jìn)入到電纜溝中，所以需要適當(dāng)降低環(huán)境溫度。因此選擇這個(gè)電纜溝除濕的方法，并且這個(gè)方法的成本比較低，只需要鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)和冷凝機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)，跟一般的家用空調(diào)系統(tǒng)是相似的，除濕的效率很高，能夠達(dá)到快速除濕的目的。

3.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用上述的電纜溝除濕方法，打造 無(wú)線除濕技術(shù)，需要先對(duì)整個(gè)技術(shù)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。該技術(shù)一共分為信息采集層，信息分析層和除濕操作層三個(gè)主要層級(jí)。此外，還分為主站和兩個(gè)從站，主站負(fù)責(zé)信息的分析處理，并且控制兩個(gè)從站進(jìn)行采集工作與除濕工作，起著主導(dǎo)作用，主站的包括主機(jī)、接收器和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)。從站分為A、B兩個(gè)從站，各自負(fù)責(zé)一定區(qū)域內(nèi)的除濕和信息采集，以提高電纜溝除濕的效率。在信息采集層，利用無(wú)線傳感器設(shè)備采集電纜溝的濕度和溫度信息，然后利用zigbee協(xié)議傳輸?shù)街髡窘邮掌魃希畔⒉杉瘜拥牟杉噶钣芍髡局鳈C(jī)下達(dá)，采集工作由從站的設(shè)備完成。信息分析層主要是主站的工作，利用采集層采集到的信息，結(jié)合計(jì)算機(jī)算法與大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)電纜溝的空氣濕度和溫度進(jìn)行評(píng)估，判斷需要采用何種強(qiáng)度的除濕。信息分析層不僅僅要分析采集到的信息，同時(shí)還需要根據(jù)以往的采集經(jīng)驗(yàn)，確定信息采集的頻率和方式，確定除濕的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間，分析并計(jì)算一次除濕之后能夠保持多長(zhǎng)時(shí)間適宜的電纜溝空氣濕度，信息分析層是整個(gè)除濕系統(tǒng)的核心。除濕操作層也是布置在從站上的，是具體開(kāi)展除濕工作的系統(tǒng)。當(dāng)主站主機(jī)下達(dá)了除濕指令之后，操作層的設(shè)備即開(kāi)始除濕作業(yè)，具體使用熱空氣還是冷空氣由主站決定，除濕時(shí)長(zhǎng)和強(qiáng)度也由主站決定。操作層只是簡(jiǎn)單的機(jī)械操作，負(fù)責(zé)執(zhí)行主站發(fā)出的指令。

4.硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)計(jì)的電纜溝除濕技術(shù)所使用的硬件主要包括若干個(gè)無(wú)線傳感器，使用DHT11傳感器，因?yàn)槠渚哂袦貪穸纫惑w的效用，并且是數(shù)字傳感器，方便進(jìn)行信息的無(wú)線傳輸。接收器采用市場(chǎng)上常規(guī)的無(wú)線傳感器接收器即可，本次使用的是KNW307P001-ZPK，其接收能力較強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，功能穩(wěn)定。zigbee模塊元件，采用CCS2530元件，能夠支撐電纜溝除濕技術(shù)的傳輸距離和傳輸效率需求。除濕器，除濕器是本系統(tǒng)的核心組件之一，需要選用質(zhì)量好，除濕能力強(qiáng)，能耗較低的類(lèi)型，本次選用的是YNEN-CS3除濕器，需要兩臺(tái)以上，建設(shè)在從站的除濕板塊。節(jié)點(diǎn)控制器系統(tǒng)，采用西門(mén)子PLC系統(tǒng)，主站使用主站 S7-200 smart sr30+ZigBee 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。此外，硬件系統(tǒng)還包括SMART700IEV3的觸摸屏，用于主站操作除濕器，在從站也可以建設(shè)，可以直接不經(jīng)過(guò)主站控制除濕器。還有ASD16的水浸傳感器，放置在電纜溝內(nèi)，檢測(cè)電纜溝的濕度是否合理。

對(duì)于這些硬件設(shè)備，主要分為四個(gè)大板塊進(jìn)行設(shè)計(jì)和安置。即主站板塊，zigbee板塊，除濕板塊和溫濕度板塊，主站板塊主要使用西門(mén)子PLC系統(tǒng)的主機(jī)，觸摸屏等設(shè)備，負(fù)責(zé)處理信息和下達(dá)指令，對(duì)整個(gè)除濕系統(tǒng)進(jìn)行直接控制。zigbee板塊主要就是使用zigbee模塊元件，安裝模塊之后才能夠利用zigbee協(xié)議進(jìn)行無(wú)線傳輸。溫濕度板塊則使用溫濕度傳感器，采集電纜溝的溫濕度信息數(shù)據(jù)。除濕板塊使用除濕器，也可以選擇安裝觸摸屏，通過(guò)PLC系統(tǒng)可以將除濕器直接和從站觸摸屏進(jìn)行連接，這樣就可以直接在從站控制除濕器，能夠節(jié)省一定的時(shí)間。

5.軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)路徑如下圖所示，最主要的軟件內(nèi)容就是zigbee協(xié)議的安裝和應(yīng)用，當(dāng)前市面上有很多相關(guān)的軟件可以使用，所以軟件系統(tǒng)建設(shè)相對(duì)簡(jiǎn)單。軟件系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能主要包括操控傳感器采集信息，對(duì)傳感器采集的信息進(jìn)行分析和計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)除濕器發(fā)出指令，控制除濕器工作，進(jìn)行電纜溝的除濕。控制傳感器采集信息主要通過(guò)zigbee協(xié)議實(shí)現(xiàn)，而對(duì)采集的信息進(jìn)行分析計(jì)算通過(guò)計(jì)算機(jī)算法實(shí)現(xiàn)，具體的算法根據(jù)所采用的軟件不同會(huì)有所不同。而對(duì)于除濕器的控制也是通過(guò)zigbee協(xié)議和PLC控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，搭建軟件系統(tǒng)主要是在主站主機(jī)上進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的設(shè)置。

6.測(cè)試結(jié)果

對(duì)該電纜溝除濕技術(shù)進(jìn)行測(cè)試，選擇在相對(duì)濕度為70，溫度為32度時(shí)進(jìn)行測(cè)試，設(shè)定除濕之后的溫度為28度，相對(duì)濕度為40，最終，測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在起始條件下除濕到設(shè)定值所需要的時(shí)間為半個(gè)小時(shí)，測(cè)試結(jié)果符合預(yù)期，說(shuō)明本電纜溝除濕技術(shù)滿足實(shí)際的需求。

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