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

施超　徐跡　林俏　蔡年群　盧艷

【摘 要】針對當(dāng)前變電站設(shè)備溫度監(jiān)測誤測、漏測的問題，結(jié)合智能檢測及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計一種智能變電站設(shè)備熱點溫度遠程監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)分為無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元、智能管理單元、網(wǎng)絡(luò)智能管理單元三個單元，數(shù)據(jù)采集、傳送及遠程監(jiān)測實現(xiàn)了實時性和有效性。試驗測試表明，采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。

【關(guān)鍵詞】溫度監(jiān)測系統(tǒng)；ZigBee；變電站；無線溫度傳感器；遠程監(jiān)測系統(tǒng)

0 引言

在電力系統(tǒng)中，電氣設(shè)備運行溫度對設(shè)備的正常運行起到至關(guān)重要的作用，供電負荷的增加和供電設(shè)備的老化對變電站的設(shè)備提出了更高的要求，變電站內(nèi)部的電纜接頭、母線連接點及刀閘接頭等觸點溫度過高會造成變電站的運行異常，甚至發(fā)生火災(zāi)、爆炸。近年來，對變電站溫度的實時監(jiān)測已經(jīng)成為一個研究的研究熱點。通過對變電站電氣設(shè)備的溫度進行實時監(jiān)測，值班人員能夠及時發(fā)現(xiàn)問題，消除隱患，確保變電站和電力系統(tǒng)的安全運行。

目前，對變電站熱點溫度的監(jiān)測方法有紅外測溫法和蠟片法，這些方法適合現(xiàn)場測試，測試的精度及時效性較差。因此，本文運用ZigBee無線傳感器技術(shù)，以無線的方式進行站內(nèi)溫度監(jiān)控，以通用分組無線服務(wù)技術(shù)通信方式發(fā)送報警信息，對可能發(fā)生故障的裝置和節(jié)點實現(xiàn)提前預(yù)警，運檢人員可由此進行針對性的檢查和排障，節(jié)省了人力，提高了效率。

1 檢測方法比較與選擇

目前對變電站熱點采用的方法較多，如可變色發(fā)光材料、紅外測溫、光纖測溫、無線系統(tǒng)測溫等，但可變色發(fā)光材料、紅外測溫、光纖測溫等傳統(tǒng)的測溫方式都存在一定的不足，如需要人工干預(yù)，造價較高，有安全隱患等。無線測溫系統(tǒng)在實時性、測量精度、性價比等方面優(yōu)勢明顯。無線測溫就是將安裝在變電站電氣設(shè)備熱點位置的傳感器測量到的溫度數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到數(shù)據(jù)接受主機上，通過監(jiān)控主機，變電站運行人員可以及時了解變電站設(shè)備熱點溫度信息，實現(xiàn)對變電站設(shè)備的智能監(jiān)測。

監(jiān)測系統(tǒng)前端傳感器采集溫度數(shù)據(jù)進行無線傳輸?shù)膮f(xié)議有很不同的種類，以藍牙與 ZigBee協(xié)議為典型代表，藍牙傳輸速度快，但功率較大，成本高，適合距離較短的數(shù)據(jù)傳送，ZigBee傳輸可靠性高，功耗小，成本低，溫度監(jiān)測系統(tǒng)中進行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以控制信息、文本數(shù)據(jù)信息為主體，同時，由于變電站設(shè)備所處的高壓強磁場的環(huán)境，要求傳輸系統(tǒng)的抗干擾性能要好。和藍牙傳輸相比，ZigBee協(xié)議在測溫系統(tǒng)的構(gòu)建中具有更好的適用性。

2 遠程監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

變電站設(shè)備熱點遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計中，綜合考慮了系統(tǒng)安裝的靈活性、布線的合理性、監(jiān)控成本的經(jīng)濟性、設(shè)備工作環(huán)境的復(fù)雜性等多方面因素，在電站數(shù)據(jù)采集和信息傳輸、各監(jiān)測節(jié)點數(shù)據(jù)的整合、遠程監(jiān)控及瀏覽查詢等方面進行了較為深入的研究，變電站遠程監(jiān)控系統(tǒng)通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)對變電站熱點參數(shù)進行采集及控制，并通過數(shù)據(jù)庫及B/S架構(gòu)實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理及多種途徑的查詢。因此，從遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)的功能上分，將變電站設(shè)備熱點溫度監(jiān)控系統(tǒng)分為無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元、智能管理單元、網(wǎng)絡(luò)智能管理單元三個單元，如圖1。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)單元溫度傳感器設(shè)計

該監(jiān)控系統(tǒng)中，無線傳感網(wǎng)絡(luò)由溫度傳感器節(jié)點和無線網(wǎng)關(guān)板組成，電氣設(shè)備熱點溫度數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)關(guān)板進行傳遞。溫度傳感器結(jié)構(gòu)如圖2所示。

無線溫度傳感器由DS18B20溫度傳感器、CC2530微處理器以及電源模塊構(gòu)成。利用DS18B20采集被測點溫度，利用CC2530控制器讀取溫度數(shù)據(jù)并實現(xiàn)ZigBee無線通信技術(shù)的靈活組網(wǎng)，CC2530模塊和DS18B20模塊均具有低功耗運行模式。

3.2 智能管理單元溫度監(jiān)控設(shè)計

智能管理單元實現(xiàn)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)單元上傳的數(shù)據(jù)的處理，依據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果向網(wǎng)關(guān)板發(fā)送控制信號調(diào)節(jié)設(shè)備工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)設(shè)備溫度異常情況進行通知并記錄，保存設(shè)備溫度數(shù)據(jù)，通過GPRS上傳數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

智能管理單元監(jiān)測部分負責(zé)采集所對應(yīng)子網(wǎng)內(nèi)被測節(jié)點的溫度數(shù)據(jù)，并具有提前預(yù)警、超溫報警、實時顯示等功能。通過CAN總線或以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元進行實時通信，ZigBee模塊完成與溫度傳感器之間的通信。當(dāng)設(shè)備溫度出現(xiàn)異常時，GPRS短信模塊及時將異常狀況信息及位置信息以短信模式下發(fā)給工作人員，為工作人員及時掌握和處理現(xiàn)場異常狀況提供幫助。

3.3 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元溫度監(jiān)控設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理單元接收智能管理單元上傳的電站（下轉(zhuǎn)第6頁）（上接第47頁）數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫，并將收到的指令解析后通過CAN總線或光纖以太網(wǎng)按照既定規(guī)約下發(fā)到各個無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，各個節(jié)點將處理好的數(shù)據(jù)上傳給管理主機，管理主機對站內(nèi)所有溫度數(shù)據(jù)進行分類處理，并將結(jié)果以標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議封裝傳送至監(jiān)控中心或管理員手機。

4 應(yīng)用實例

系統(tǒng)應(yīng)用于一個110kV變電站的一次設(shè)備，包括母線、電纜頭、變壓器繞組、斷路器觸點等熱點溫度，選擇不同的測試熱點，可以實時監(jiān)控到溫度數(shù)值和溫度狀態(tài)，綠色表示正常，橙色表示警告，紅色表示故障，如圖4所示。

通過實際測試應(yīng)用，變電站設(shè)備熱點溫度監(jiān)控系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，實現(xiàn)了長時間、不間斷的數(shù)據(jù)采集，大大節(jié)省了人力物力，實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。

5 結(jié)論

針對變電站設(shè)備熱點溫度實時在線遠程監(jiān)測問題，提出了一種基于ZigBee技術(shù)的無線智能測溫系統(tǒng)，系統(tǒng)以ATM920T為核心完成了硬件系統(tǒng)的設(shè)計，并對變電站設(shè)備工作環(huán)境中高壓、高溫、強磁場等影響數(shù)據(jù)采集及檢測精度的問題進行了研究，實時性強，適合工業(yè)控制場所，減少了工作人員的巡檢次數(shù)，為用戶提供了一種高性能的在線監(jiān)測方式。

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[責(zé)任編輯：田吉捷]