劉釗　王治玲　趙俊光　倪颋　趙闊　胡浪

摘 要：阻性電流是反應(yīng)金屬氧化物避雷器狀態(tài)的重要標(biāo)志之一，本文將ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)應(yīng)用到避雷器在線監(jiān)測(cè)中，設(shè)計(jì)避雷器阻性電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)金屬氧化物避雷器阻性電流在線監(jiān)測(cè)。

關(guān)鍵詞：金屬氧化物避雷器；ZigBee；無(wú)線傳輸；在線監(jiān)測(cè)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.02.049

1 前言

金屬氧化物避雷器（MOA）主要由氧化鋅閥片串聯(lián)而成，氧化鋅的電阻率是變化的，具有非常優(yōu)良的非線性伏安特性，在工頻電壓下電阻率很大，能迅速有效抑制工頻電流；在雷電過電壓下電阻率會(huì)變得很小，能很好泄放雷電流，被廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的過電壓保護(hù)[1]。

在運(yùn)行中，由于閥片老化和受潮影響，使得MOA非線性特性變差，常規(guī)的停電測(cè)試不能及時(shí)檢測(cè)到MOA運(yùn)行工況，實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)成為檢測(cè)避雷器運(yùn)行狀況的重要手段和方向。本文設(shè)計(jì)一種基于ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)的金屬氧化物避雷器阻性電流在線測(cè)試系統(tǒng)。

2 測(cè)量原理

圖1為MOA閥片的常用等效模型，它由一個(gè)非線性電阻RX與線性電容C并聯(lián)，IX為總泄露電流，IC為容性電流，IR為阻性電流，總泄露電流IX為容性電流IC和阻性電流IR之和，IC和IR在向量上成90度角。一旦避雷器老化，阻性電流會(huì)發(fā)生變化，而容性電流卻變化不大，監(jiān)測(cè)阻性電流就能檢測(cè)避雷器閥片工作狀態(tài)。通過測(cè)量避雷器上的電網(wǎng)電壓和電流，采用一定的算法就能測(cè)出避雷器阻性電流以及全電流的波形和峰值。

3 ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)

ZigBee技術(shù)是一種新興的近距離無(wú)線通信技術(shù)，2001年被納入IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，工作在公開通用使用的2.4GHz頻段，具有最高250kbps的傳輸速率，相關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)100米，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1-3km。一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可容納65000多個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果通過路由和節(jié)點(diǎn)間通信的接力，還可有效提高通信距離。ZigBee具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單、功耗低、時(shí)延短、安全可靠、保密性好等優(yōu)點(diǎn) [2]。

ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)層支持星型、網(wǎng)型和簇樹型三種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。星型網(wǎng)絡(luò)有一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)，所有消息都經(jīng)它傳輸。網(wǎng)型結(jié)構(gòu)有多條傳輸路徑，網(wǎng)絡(luò)可以通過“多級(jí)跳”的方式通信，具有較高的可靠性。簇樹型網(wǎng)絡(luò)結(jié)合了星型和網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)，各個(gè)子網(wǎng)內(nèi)部以星型連接，其主器件又以網(wǎng)型的方式連接在一起。ZigBee設(shè)備按功能可分為協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器的作用是啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)初始化，規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)各節(jié)點(diǎn)信息，路由器的作用是管理每對(duì)節(jié)點(diǎn)的路由信息，終端節(jié)點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)中的根節(jié)點(diǎn)，可以是任意類型的終端設(shè)備[3]。

4 系統(tǒng)構(gòu)成

4.1 系統(tǒng)構(gòu)成

如圖2所示，避雷器阻性電流在線測(cè)試系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)中心、避雷器阻性電流監(jiān)測(cè)裝置、電壓監(jiān)測(cè)模塊、電流監(jiān)測(cè)模塊構(gòu)成。

電壓監(jiān)測(cè)模塊：將作用于避雷器上的電壓接入模塊，通過電壓傳感器送入單片機(jī)進(jìn)行采樣，并經(jīng)ZigBee通信傳送到監(jiān)測(cè)裝置。電流監(jiān)測(cè)模塊：將流過避雷器的全電流通過電流互感器接入模塊，通過電流傳感器送入單片機(jī)進(jìn)行采樣，并經(jīng)ZigBee通信傳送到監(jiān)測(cè)裝置。避雷器阻性電流監(jiān)測(cè)裝置：通過CC2530芯片接收來自電壓監(jiān)測(cè)模塊、電流監(jiān)測(cè)模塊的電壓、電流數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)處理后計(jì)算避雷器阻性電流、全電流，并將計(jì)算結(jié)果通過GPRS無(wú)線方式遠(yuǎn)傳至監(jiān)測(cè)中心。監(jiān)測(cè)中心：通過GPRS無(wú)線方式接收來自監(jiān)測(cè)裝置的測(cè)量數(shù)據(jù)，完成系統(tǒng)參數(shù)的存儲(chǔ)、管理、分析、查詢、設(shè)置以及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的讀取，對(duì)異常數(shù)據(jù)發(fā)出告警信息。

4.2 無(wú)線通信方式

（1）ZigBee通信CC2530芯片。在電壓監(jiān)測(cè)模塊、電流監(jiān)測(cè)模塊、避雷器阻性電流監(jiān)測(cè)裝置之間采用ZigBee通信，具有無(wú)需布線的優(yōu)點(diǎn)，安裝、運(yùn)行維護(hù)都很方便。CC2530芯片是美國(guó)TI公司針對(duì)2.4GHz頻帶推出的第二代支持ZigBee/IEEE802.15.4協(xié)議的片上集成系統(tǒng)解決方案，其內(nèi)部集成了高性能射頻收發(fā)器、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)型8051MCU內(nèi)核，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，封裝小，功耗低，在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中得到越來越廣泛的應(yīng)用[4]。（2）GPRS通信。避雷器阻性電流監(jiān)測(cè)裝置與監(jiān)測(cè)中心采用GPRS通信，一套監(jiān)測(cè)裝置只需一個(gè)GPRS模塊通信與監(jiān)測(cè)中心通信，具有無(wú)需布線、通信成本低特點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

將ZigBee無(wú)線傳輸技術(shù)應(yīng)用到金屬氧化物避雷器阻性電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)需布線、成本低廉、便于維護(hù)，是較好的解決方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘翔.金屬氧化物避雷器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[D].合肥工業(yè)大學(xué)，2013.

[2]肖令祿，張瑩，姚康.基于ZigBee的實(shí)驗(yàn)室安防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].黑龍江科技信息，2016，30：170-172.

[3]于樹科，祁宏宇. 基于ZigBee的醫(yī)院實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電腦知識(shí)與技術(shù)，2016，28：271-272.

[4]李志方，鐘洪聲.IEEE802.15.4的CC2530無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2011，07：43-45.

作者簡(jiǎn)介：劉釗（1973-），男，重慶人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化。