基于ZigBee的智能變電站熱點溫度遠程監(jiān)測系統(tǒng)研究

金鷹

【摘 要】論文基于ZigBee技術對智能變電站中的熱點溫度方面的遠程監(jiān)控系統(tǒng)做出設計，主要從溫度傳感器和電源的硬件設計、軟件設計以及界面演示進行研究，以期對相關技術人員有所借鑒作用。

【Abstract】This paper designs a remote monitoring system for hot spot temperature in intelligent substation based on ZigBee technology， mainly studies the hardware design， software design and interface demonstration of temperature sensor and power supply， so as to provide reference to the relevant technical personnel.

【關鍵詞】ZigBee技術；智能變電站；熱點溫度；遠程監(jiān)測；系統(tǒng)設計

【Keywords】 ZigBee technology； intelligent substation； hot spot temperature； remote monitoring； system design

【中圖分類號】TP274 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）03-0191-02

1 引言

電力企業(yè)對于社會生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ罹哂袠O為重要的作用，對社會發(fā)展與提高生活水平有著直接的影響。但是電力系統(tǒng)當中常常因為溫度過高導致變電站出現(xiàn)運行異常的現(xiàn)象，嚴重的話會導致火災和爆炸等嚴重事故。目前在變電站當中進行溫度監(jiān)測主要通過紅外測溫或蠟片等方法實現(xiàn)，但是上述方法均是現(xiàn)場測試，而且測試精度和效率上相對較差。而ZigBee技術能夠通過無線實現(xiàn)遠程溫度監(jiān)測，將ZigBee技術應用在熱點溫度監(jiān)測具有較好的應用效果。

2 智能變電站遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計目標

在進行系統(tǒng)設計過程中應該保證滿足如下要求：①監(jiān)測全面，能夠?qū)崿F(xiàn)從點到面進行全方位監(jiān)測，對所有設備當中的實時數(shù)據(jù)和報警信息進行采集，之后對其進行整體上的比較分析。②智能分析診斷，系統(tǒng)能夠在短時間內(nèi)監(jiān)測到出現(xiàn)故障的設備或者是線路，無需人工參與檢驗。③綜合化，通過對系統(tǒng)的設計與應用，能夠使孤立等具有參考性的傳統(tǒng)系統(tǒng)逐漸發(fā)展成為智能化、全局性以及聯(lián)網(wǎng)化的綜合系統(tǒng)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集、分析與診斷集中于一體，使其能夠為狀態(tài)檢修做出相應的技術支撐。

3 熱點溫度遠程監(jiān)測系統(tǒng)總體設計思路

傳統(tǒng)變電站在熱點溫度監(jiān)測過程中，存在時效性差、環(huán)境影響大以及封閉測溫難等問題，利用ZigBee技術能夠有效對上述問題加以解決，能夠在溫度實時監(jiān)測基礎上，符合智能變電站發(fā)展的需求。在系統(tǒng)設計過程中應該對如下無線模塊、無線協(xié)議、信號傳輸以及監(jiān)控界面等作出設計。監(jiān)控點分別布置于變電站中所有監(jiān)測部位，同時將采集信息利用無線路由器實現(xiàn)傳輸，知道將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心，此時便可利用監(jiān)控中心內(nèi)的計算機軟件實現(xiàn)對設備溫度做出實時遠程監(jiān)測[1]。

4 熱點溫度遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

4.1系統(tǒng)硬件設計

4.1.1溫度傳感器設計

整個ZigBee網(wǎng)絡當中，終端節(jié)點與RFD設備具有相同的功能，其主要包括無線模塊、電源模塊與溫度傳感器等部分。其中溫度傳感器使用的材料是Pt100電阻。其主要工作原理是傳感器利用系統(tǒng)提供的5V電壓，使其通過3.92kΩ電阻并與Pt100相連。但是會出現(xiàn)一定的非線性問題，可以通過單片機軟件實現(xiàn)對其校正。根據(jù)Pt100實際情況，其溫度處于0～150℃范圍內(nèi)時，其電阻值相應是100～157.33Ω，根據(jù)串聯(lián)分壓原理能夠計算出最終的輸出電壓U，輸出電壓計算公式為U=U1/（RPt100+3.92kΩ）×RPt100。輸出阻值和溫度對應關系如表1所示。

4.1.2 電源設計

電源模塊目前有兩種不同的設計方案，即高壓自具電源實現(xiàn)供電與電池供電。選擇電源模式主要是根據(jù)終端節(jié)點位置進行確定，如果對高壓開關柜當中的觸頭進行測溫，可以利用電流互感器與整流濾波電路實現(xiàn)供電；如果對變壓器外殼進行測溫，便可以通過電池進行供電。對于高壓帶能源供電而言，其主要有感應線圈與整流濾波兩部分構成。感應線圈分為鐵芯和繞線兩部分，整個線圈利用環(huán)氧樹脂進行封裝，同時將其安裝在觸臂上，因為觸頭中經(jīng)過的電流為交流電，所以經(jīng)過電磁感應能夠產(chǎn)生電流，并將電流輸送至電源模塊當中，隨后利用整流濾波將電壓穩(wěn)定為3.3V，實現(xiàn)對傳感器和無線模塊提供電源。而電池供電主要是利用軟件實現(xiàn)對功耗加以控制，CC2430芯片因為在運行過程中的電流損耗是27mA，而在接受模式時損耗不超過27mA，發(fā)射模式下?lián)p耗也低于25mA；當其處于休眠狀態(tài)時電流損耗只有0.9μA，當外部出現(xiàn)中斷現(xiàn)象能夠快速喚醒系統(tǒng)。

4.2 系統(tǒng)軟件設計

軟件設計主要包括監(jiān)測點軟件、用戶調(diào)試界面以及ZigBee協(xié)議棧三個方面。其中監(jiān)測點軟件主要是對溫度傳感器接收到的數(shù)據(jù)做出分析與處理，并將處理后數(shù)據(jù)進行輸出，并且利用其通信端口將數(shù)據(jù)上傳至協(xié)調(diào)器。其中ZigBee作為整個網(wǎng)絡中的核心，其主要對各監(jiān)測點中的數(shù)據(jù)進行分析與處理，同時對監(jiān)控中心指令進行接收與處理，并將指令下達至對應的監(jiān)測點中。ZigBee協(xié)議棧由4個主要的架構層構成，分別是物理層、應用層、訪問控制層以及網(wǎng)絡層。其中物理層與訪問控制層使用的協(xié)議是IEEE802.15.4，網(wǎng)絡層與應用層則根據(jù)ZigBee聯(lián)盟對其進行制定。

4.3 監(jiān)測圖演示

在線監(jiān)測系統(tǒng)在進行顯示時的部分截圖如下圖1所示。其中虛線單位內(nèi)的設備均安裝了溫度傳感器。實現(xiàn)區(qū)域表示的是主變室內(nèi)的情況。圖中灰色方塊代表溫度傳感器安裝位置，同時進行相應的文字說明，可以保證值班人員能夠清晰掌握所有傳感器監(jiān)測的位置。圖中顯示所有數(shù)據(jù)都是設備實時測得的溫度值，多數(shù)數(shù)據(jù)均處于規(guī)定范圍內(nèi)，此時溫度數(shù)據(jù)以綠色字體顯示。而35kV套管測溫度顯著過高，此時溫度數(shù)據(jù)由綠色變?yōu)樽仙?，使其能夠與正常溫度加以顯著的區(qū)別。如果溫度升高導致數(shù)據(jù)呈現(xiàn)紅色，此時便會做出高溫警報。通過該界面可以有效地監(jiān)測變電站中設備運行溫度情況，進而能夠?qū)υO備實時運行狀態(tài)有所了解，防止供電事故的出現(xiàn)。

5 結(jié)語

總而言之，智能變電站建設對于保障電力系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行擁有非常重要的作用。特別是在變電站時常發(fā)生因為溫度過高出現(xiàn)供電問題時，實現(xiàn)良好的遠程監(jiān)測能夠及時發(fā)現(xiàn)問題并處理。ZigBee技術作為一種有效的無線通信技術，將其應用在智能變電站中的熱點溫度監(jiān)測當中，能夠?qū)崿F(xiàn)遠程監(jiān)測溫度，對溫度過高設備進行及時的發(fā)現(xiàn)，通過快速的處理能夠有效地降低供配電事故的出現(xiàn)，這對我國經(jīng)濟發(fā)展與保障民生擁有非常重要的現(xiàn)實意義。

【參考文獻】

【1】馬祖長，孫怡寧，梅濤.無線傳感器網(wǎng)絡綜述[J].通信學報，2004，25（4）：114-124.