在無線傳感器網絡下電力變壓器溫度監測系統的研究

楊逸晴 盧志鵬 馮海清 惠杰

摘 要 電力變壓器是電力系統中的一種重要的輸變電設備。對于電力變壓器運行狀態進行精確監控，可以及時發現運行異常問題，并采取相應措施對相關故障進行及時有效的處理。進而使電力系統具備更高的安全性、經濟性與可靠性。本文對無線傳感器網絡下電力變壓器溫度監測系統進行了研究和探討。

【關鍵詞】無線傳感器 網絡 電力變壓器 溫度監測系統

在過去，傳統監測工作主要采用人工定期巡檢方式，既耗時又費力；隨著科學技術不斷進步，網絡技術飛速發展，在無線網絡傳感器網絡下建立電力變壓器溫度監測系統的技術手段已經日趨成熟，對電力變壓器溫度進行實時在線監測不僅可以使電力系統實時安全性得到大幅提升，也可以使變壓器的維護與保養水準達到更高的要求。

1 電力變壓器溫度監測系統原理

電力變壓器在無線網絡下的測試監測系統主要通過在變壓器終端設置一種特殊的信號接收儀器來實現對變壓器繞組數據及變壓器內部溫度狀態信息的不間斷收集與監測。利用無線網絡信息傳輸手段來將變壓器終端狀態的相關運行數據向監測中心進行不間斷的反饋，以使監測中心可以及時發現變壓器終端出現的各種異常情況與運行故障，準確判斷故障發生位置，并將相關故障信息及時發送給檢修人員，使其可以在第一時間趕到現場對變壓器出現的運行故障進行維修等處理，最終實現變壓器運行系統的遠程無線網絡監控。

在電力變壓器無線溫度監測系統中，首先通過溫度傳感器來收集變壓器工作狀態信息，然后利用無線網絡發送模塊將相關信息發送至無線網絡信息接收模塊，接收模塊將信息傳遞到中央處理器，由中央處理器對信息進行分析處理并發送至相應編號的服務器，不同編號的服務器具有各自不同的地址編碼，因此在監測中心可以區分不同服務器所顯示的變壓器實時監控溫度數據，如果運行出現故障，該故障即可以被準確定位并及時進行處理。

2 無線傳感器網絡技術基礎

2.1 GPRS技術

GPRS是英語General Packet Radio Service的縮寫，即通用分組無線服務。該項服務主要采用分組交換技術，是一種效率較高的數據傳輸模式，在承載業務中也屬于比較新興的一類。該服務模式的前身是GSM系統，其主要的服務對象是GSM用戶，通過分組形式來為其服務對象提供數據傳輸服務。GPRS所采用的無線調制標準、頻帶、TDMA幀結構與跳頻規則，以及突發結構等均與GSM技術相同。其分組數據信道也同目前的電路交換語音業務采用了大致相同的設計，從而可以使現存的基站子系統可以提供較為全面的覆蓋。由于GPRS的應用，使用戶在各端之間以分組轉移的模式進行信息的接收與發送成為可能，可以有效節省出電路交換模式中曾經被占用的網絡資源。這樣就為用戶提供了價格更為合理且效率更高的通用分組無線服務，此類服務特別適用于間斷的、少量的、頻繁的或突發性的信號傳輸領域。

2.2 ZigBee技術

ZigBee技術屬于一種新興的無線網絡技術，其主要特點包括距離近、數據速率低、成本低、復雜程度低、功耗低等。這種技術提案介于藍牙技術與無線標記技術之間，其前身是FireFly技術或HomeRF Lite技術，主要應用領域是短距離的無線連接與數據傳輸等。該項技術的傳輸距離在十米到一百米之間，利用免費的2.4GHz波段作為工作頻段，通過擴頻技術與跳頻技術的應用，使最高傳輸速率可以達到250Kb/s；同時，其網絡架構還具備Master/Slave的屬性，可以實現數據的雙向傳輸。ZigBee技術要達到的主要目的就是建立一種高性價比的、可以實現長時間不間斷的控制與監測的、低功耗的可靠無線網絡系統。同時也帶動了一套全球一體化的、開放的和完整的標準，這一解決方案的互操作性得到了全球相關領域的普遍認可。

3 電力變壓器溫度監測系統的硬件設計

電力變壓器溫度監測系統的基本單元是溫度傳感器的各個子節點模塊，該基本單元主要負責對各個監測區域的運行溫度數據進行收集與發送，主要包含數據處理模塊、電源模塊、通信模塊以及數據采集模塊這四個組成部分。因為被監測的區域處于變電站中的變電箱之內，在子節點的電力供應方面主要采取電池供電的方式。因為電池往往只能提供有限的能量，在進行通信協議設計與節點電路設計的過程中，尤其應當注意對節點的能耗加以控制；不同模塊均應以低功耗為重要的選擇原則。

同時，也應當重視電力變壓器溫度監測系統匯聚節點的設計工作。電力變壓器溫度監測系統的匯聚節點是整個監測系統的數據匯集中心，主要負責數據的存儲、調度、查詢、管理以及數據融合等處理工作。其主要任務為：對子節點的運行加以控制、通過無線數據網絡或以太網來上傳信息，接收子節點收集的相關信息和上級用戶下達的各項指令等。換言之，匯聚節點是一座架設在用戶與傳感器之間的通訊橋梁。

4 結語

總而言之，電力變壓器是電力系統中的一種重要的輸變電設備。對于電力變壓器運行狀態的精確監控，可以及時發現運行異常，并采取相應措施對相關故障進行及時有效的處理。進而使電力系統具備更高的安全性、經濟性與可靠性。本文對在無線傳感器網絡下電力變壓器溫度監測系統進行了分析和研究。

參考文獻

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[2]朱文兵，陳玉峰.電力變壓器狀態監測參量及監測方法綜述[J].山東電力高等專科學校學報，2011，14（6）：8-12.

作者單位

1.國網山東省電力公司培訓中心 山東省濟南市 250000

2.國網山東省電力公司 山東省濟南市 250002

3.國網濟南供電公司 山東省濟南市 250001

4.國網山東省電力公司檢修公司 山東省濟南市 250118