金鷹

【摘 要】論文基于ZigBee技術(shù)對(duì)智能變電站中的熱點(diǎn)溫度方面的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)做出設(shè)計(jì)，主要從溫度傳感器和電源的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及界面演示進(jìn)行研究，以期對(duì)相關(guān)技術(shù)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(guān)鍵詞】ZigBee技術(shù)；智能變電站；熱點(diǎn)溫度；遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

【中圖分類號(hào)】TP274 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）03-0191-02

1 引言

電力企業(yè)對(duì)于社會(huì)生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ罹哂袠O為重要的作用，對(duì)社會(huì)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(dāng)中常常因?yàn)闇囟冗^高導(dǎo)致變電站出現(xiàn)運(yùn)行異常的現(xiàn)象，嚴(yán)重的話會(huì)導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸等嚴(yán)重事故。目前在變電站當(dāng)中進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)主要通過紅外測(cè)溫或蠟片等方法實(shí)現(xiàn)，但是上述方法均是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，而且測(cè)試精度和效率上相對(duì)較差。而ZigBee技術(shù)能夠通過無線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)，將ZigBee技術(shù)應(yīng)用在熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)具有較好的應(yīng)用效果。

2 智能變電站遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該保證滿足如下要求：①監(jiān)測(cè)全面，能夠?qū)崿F(xiàn)從點(diǎn)到面進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)，對(duì)所有設(shè)備當(dāng)中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和報(bào)警信息進(jìn)行采集，之后對(duì)其進(jìn)行整體上的比較分析。②智能分析診斷，系統(tǒng)能夠在短時(shí)間內(nèi)監(jiān)測(cè)到出現(xiàn)故障的設(shè)備或者是線路，無需人工參與檢驗(yàn)。③綜合化，通過對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)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(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集、分析與診斷集中于一體，使其能夠?yàn)闋顟B(tài)檢修做出相應(yīng)的技術(shù)支撐。

3 熱點(diǎn)溫度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路

傳統(tǒng)變電站在熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)過程中，存在時(shí)效性差、環(huán)境影響大以及封閉測(cè)溫難等問題，利用ZigBee技術(shù)能夠有效對(duì)上述問題加以解決，能夠在溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上，符合智能變電站發(fā)展的需求。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該對(duì)如下無線模塊、無線協(xié)議、信號(hào)傳輸以及監(jiān)控界面等作出設(shè)計(jì)。監(jiān)控點(diǎn)分別布置于變電站中所有監(jiān)測(cè)部位，同時(shí)將采集信息利用無線路由器實(shí)現(xiàn)傳輸，知道將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心，此時(shí)便可利用監(jiān)控中心內(nèi)的計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備溫度做出實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)[1]。

4 熱點(diǎn)溫度遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

4.1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

4.1.1溫度傳感器設(shè)計(jì)

整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，終端節(jié)點(diǎn)與RFD設(shè)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(huì)出現(xiàn)一定的非線性問題，可以通過單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)其校正。根據(jù)Pt100實(shí)際情況，其溫度處于0～150℃范圍內(nèi)時(shí)，其電阻值相應(yīng)是100～157.33Ω，根據(jù)串聯(lián)分壓原理能夠計(jì)算出最終的輸出電壓U，輸出電壓計(jì)算公式為U=U1/（RPt100+3.92kΩ）×RPt100。輸出阻值和溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

4.1.2 電源設(shè)計(jì)

電源模塊目前有兩種不同的設(shè)計(jì)方案，即高壓自具電源實(shí)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(diǎn)位置進(jìn)行確定，如果對(duì)高壓開關(guān)柜當(dāng)中的觸頭進(jìn)行測(cè)溫，可以利用電流互感器與整流濾波電路實(shí)現(xiàn)供電；如果對(duì)變壓器外殼進(jìn)行測(cè)溫，便可以通過電池進(jìn)行供電。對(duì)于高壓帶能源供電而言，其主要有感應(yīng)線圈與整流濾波兩部分構(gòu)成。感應(yīng)線圈分為鐵芯和繞線兩部分，整個(gè)線圈利用環(huán)氧樹脂進(jìn)行封裝，同時(shí)將其安裝在觸臂上，因?yàn)橛|頭中經(jīng)過的電流為交流電，所以經(jīng)過電磁感應(yīng)能夠產(chǎn)生電流，并將電流輸送至電源模塊當(dāng)中，隨后利用整流濾波將電壓穩(wěn)定為3.3V，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)現(xiàn)對(duì)功耗加以控制，CC2430芯片因?yàn)樵谶\(yùn)行過程中的電流損耗是27mA，而在接受模式時(shí)損耗不超過27mA，發(fā)射模式下?lián)p耗也低于25mA；當(dāng)其處于休眠狀態(tài)時(shí)電流損耗只有0.9μA，當(dāng)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(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)軟件、用戶調(diào)試界面以及ZigBee協(xié)議棧三個(gè)方面。其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)軟件主要是對(duì)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(jìn)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(gè)網(wǎng)絡(luò)中的核心，其主要對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，同時(shí)對(duì)監(jiān)控中心指令進(jìn)行接收與處理，并將指令下達(dá)至對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)中。ZigBee協(xié)議棧由4個(gè)主要的架構(gòu)層構(gòu)成，分別是物理層、應(yīng)用層、訪問控制層以及網(wǎng)絡(luò)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(luò)層與應(yīng)用層則根據(jù)ZigBee聯(lián)盟對(duì)其進(jìn)行制定。

4.3 監(jiān)測(cè)圖演示

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在進(jìn)行顯示時(shí)的部分截圖如下圖1所示。其中虛線單位內(nèi)的設(shè)備均安裝了溫度傳感器。實(shí)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(shí)進(jìn)行相應(yīng)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(cè)的位置。圖中顯示所有數(shù)據(jù)都是設(shè)備實(shí)時(shí)測(cè)得的溫度值，多數(shù)數(shù)據(jù)均處于規(guī)定范圍內(nèi)，此時(shí)溫度數(shù)據(jù)以綠色字體顯示。而35kV套管測(cè)溫度顯著過高，此時(shí)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(dǎo)致數(shù)據(jù)呈現(xiàn)紅色，此時(shí)便會(huì)做出高溫警報(bào)。通過該界面可以有效地監(jiān)測(cè)變電站中設(shè)備運(yùn)行溫度情況，進(jìn)而能夠?qū)υO(shè)備實(shí)時(shí)運(yùn)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(shè)對(duì)于保障電力系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行擁有非常重要的作用。特別是在變電站時(shí)常發(fā)生因?yàn)闇囟冗^高出現(xiàn)供電問題時(shí)，實(shí)現(xiàn)良好的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并處理。ZigBee技術(shù)作為一種有效的無線通信技術(shù)，將其應(yīng)用在智能變電站中的熱點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)當(dāng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)溫度，對(duì)溫度過高設(shè)備進(jìn)行及時(shí)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(duì)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展與保障民生擁有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【參考文獻(xiàn)】

【1】馬祖長(zhǎng)，孫怡寧，梅濤.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述[J].通信學(xué)報(bào)，2004，25（4）：114-124.