變電站無線測溫技術的應用分析與研究

龐偉生，李小暉，樊曉蘋，楊俊俊，孫永發

（海北供電公司，青海 海北 812200）

變電站無線測溫技術的應用分析與研究

龐偉生，李小暉，樊曉蘋，楊俊俊，孫永發

（海北供電公司，青海 海北 812200）

伴隨城市建設對電力需求的日益增大，變電站中某些設備局部經常要處于長期高負荷運行狀態。它所導致的溫度偏高很容易引發火災或爆炸等惡性事故，造成極為不利的經濟損失及社會影響。因此有必要對變電站設備進行溫度實時監控。文章所提出的是融合了無線傳感器網絡與信息網絡通信處理技術的WSN技術，它功耗成本低、分布式廣、易于鋪設、魯棒性強且監測定點精度較高，已經被現代區域變電站所廣泛采用。文中探討它的網絡結構以及它在變電站設備無線測溫方面的具體應用。

WSN無線傳感器網絡；無線測溫技術；變電站；結構

傳統變電站設備測溫技術偏向于人工紅外溫度測試，它主要針對設備的接頭實施逐點測溫，其弊端就在于人工勞動工作量較大且對人體具有直接輻射傷害，技術方面也存在錯報、漏報現象。WSN（Wireless Sensor Network，無線測溫網絡）這種新興溫度實時監控手段的出現就解決了上述問題，而且它簡約的設備構造也減少了對變電站的占用空間，安裝維護相對更加方便。如果將變電站全部無線測溫節點組合形成一套無線傳感器網絡，就能充分彰顯它之于現代化智能監測技術的優越性。

1 WSN的特點及結構分析

1.1 WSN的基本特點分析

WSN屬于較為特殊的無線移動網絡，它在結構方面近似于無線自組網，是沒有固定基礎結構的網絡類型。但相比于傳統網絡，它還具有許多突出特點。

（1）它的結構簡單且資源有限，基本上它對節點的定位相對廉價，所以它的存儲、通信及計算能力相對有限。通常情況下，WSN都由計算、通信、傳感器電源這4大模塊共同構成，由于傳感器節點一般都會采用電池供電，且在長期設備運行過程中很難更換電池，所以當電量耗盡后該節點就會失去功能效用。基于此問題就形成了WSN必須最小化網絡能耗、最大化網絡壽命的基本特征。

（2）它擁有分布密集且無中心的大量節點，有時針對某一區域的監測任務執行可能會投入數萬個傳感器節點。這些節點相互之間都具有較高的通信銜接度。由于融合了獨立的路由功能與信息采集功能，因此它們提高了系統的抗毀性與容錯性，任意節點都能隨時離開WSN，如此一來即使有部分節點失去效能也依然不會對整個設備正產運作產生影響。

（3）它擁有較強的動態拓撲性能。因為WSN本身是動態網絡，所以它的網絡拓撲結構及功能是會隨時發生改變的。在這其中，網絡節點可能因為故障或電池耗盡而停止工作退出網絡運行機制，也有可能被重新添加進來，如此往復形成WSN網絡節點循環，促成動態體系。節點在WSN中的分布是按照分層協議及分布式算法協調形成的，也就是說當設備開始運行以后所有節點就會快速、自動組成獨立網絡，隨時對網絡結構的拓撲變化做出回應，以確保WSN的活性。

（4）WSN是以數據管理為核心的，特別對技術觀察人員而言，所最關心的點就是傳感器節點所能感知到的具體數據參數。舉例來說，在變電站節點測溫系統應用中，技術觀察人員所希望了解的問題就包括“穿墻套管的實際溫度”、“母線橋變壓器的溫度是否超標”等。如果以數據管理為核心，WSN在設計方面就能夠更加人性化、智能化，真正將網絡技術與數據庫技術聯系起來，形成高性能數據中心網絡系統，確保數據處理和傳輸更加方便，也同時讓WSN在運作過程中更加透明化[1]。

1.2 WSN的網絡結構分析

（1）節點結構分析。WSN還是以網絡為主，它的大量傳感器節點被密集布置于所監測的對象環境中，所以WSN沒有專門路由器節點。它的每一個節點既是路由器節點，也是終端傳感節點。而且這些節點也能自動組成網絡，啟動多跳路由機制展開通信功能。所以從這方面來看，這種節點結構在硬件能耗方面相當低，且具有無線傳輸模式，而且它也支持多跳路由協議。

從WSN傳感節點來講，它主要包括了傳感器、處理器、無線收發器以及能量供應4部分模塊。其中傳感器模塊主要負責變電站監測區的數據采集及轉換，它可以將所測量到的物理量轉化為諸如電感、電阻、電容這樣的電子參數數據，實現電子特性變化目標。然后將這些數據參數轉化為電信號，再經處理轉化為數字信號；處理器模塊主要以WSN節點作為計算核心，負責實現包括節點設備控制、路由協議、同步定位、任務及功耗管理在內的一切設備維護任務；無線通信模塊則實現了節點之間的無線通信聯系，主要負責收發數據等工作。無線通信由于設計高技術含量工作內容，所以它的能耗最高，這就需要能量供應模塊能夠盡可能采用太陽能電池板，增加續航能力，而不是化學電池。因為這樣也可以延長WSN技術設備的使用壽命。

（2）通信結構分析。WSN的通信結構也是一傳感器節點展開，不過這些節點被隨機布置于被檢測區域內，通信功能所要實現的就是在區域內收集數據，實現各個節點之間的相互網絡連接。傳感器同時也擁有強大的自組織功能，可以以多跳中繼方式來實現對匯聚節點的信息采集及傳送。最后WSN會將節點匯聚將所收集數據全部傳送到計算機上以供技術觀察人員判斷并作出下一步設備運行決策。

在變電站中，傳感器節點主要基于認為設定位置進行安放，這樣就能精確實時監測到變電站設備的溫度變化。它所采用的并不是隨機布置節點，它的所有節點都會安裝在WSN所要監測的對象設備上，例如電容器、變壓器、穿墻套管等等，這樣就加快也精確了信息的收集與轉發效率[2]。

2 WSN在變電站無線測溫技術中的應用

WSN在變電站中的無線測溫技術應用主要有如下步驟。首先要在站內部署構建測溫裝置網絡體系，實現體系基于數據采集及網絡節點覆蓋的基本功能，以便于清晰測溫對象信息。然后將信息傳送到中控室從而進行最終處理分析和管理。

一般來說，WSN所采用的都是ISM頻段（Industrial Scientfic Mediacal Band）。它不需要申請頻點，而是通過系統中的256個或更多溫度傳感器、單體數據接收器和一臺計算機來實現溫度節點控制，將溫度傳感器與數據接收器通過無線鏈路相連接，促成無線監測體系。WSN在變電站的無線測溫工作主要以上層協議為核心支持，它確保通信網絡中每個時段都只有一個站點處于數據發送傳輸狀態，這樣就能避免相互之間的數據信號干擾。這種站點輪換工作制度主要以逐點掃描來進行數據采集、單元發送以及接收，基本實現了對溫度數據的全天候監測處理，能夠實時把握變電站設備溫度變化，做到有備無患。

以某變電站為例，它就采用了WSN裝置來應用于設備無線測溫功能。該變電站屬于35kV小型變電站，站內分別在變壓器、電容器、母線橋、穿墻套管等部位安裝了45個測溫接點來實現溫度監測。主站起到中控室功能，且帶有裝備了數據接收器的中央主機，它的工作流程如下：首先站變電站內設備的WSN節點會在每10分鐘啟動實施一次測溫，然后開啟無線收發模塊，等待主機輪詢信號以便于發送測溫數據。數據傳輸完畢后進入CPU低功耗狀態。如果變電站中存在溫度接近閾值的亞健康節點，則要縮短測溫間距，保證每1分鐘啟動測溫一次，同時縮短主站輪詢時間，并就此節點實施重點溫控監測[3]。

3 結束語

WSN技術具有多適應性，且它的功耗更低、網絡容量更大，數據傳輸安全且兼容性，非常適合于目前許多中小型變電站使用。而無線傳感器網絡的興起也證明無線通信技術在未來必將成為工業領域所不可或缺的核心技術。

[1]喬礦生.無線測溫技術在變電站中的應用[J].河北煤炭,2013, (1):56-58.

[2]張秋來.WSN與AGENT在變電站無線測溫系統控制中的研究[D].天津大學,2009.

[3]呂鋼,伍陸玖.無線測溫技術在變電站電力電纜的應用[J].自動化應用,2014,(5):103-105.

O551.2

A

2096-2789（2016）12-0036-02

龐偉生（1975-），男，青海循化人，工程師，研究方向：高電壓技術。