基于ZigBee的智能變電站熱點溫度遠程監測系統研究

金鷹

【摘 要】論文基于ZigBee技術對智能變電站中的熱點溫度方面的遠程監控系統做出設計，主要從溫度傳感器和電源的硬件設計、軟件設計以及界面演示進行研究，以期對相關技術人員有所借鑒作用。

【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.

【關鍵詞】ZigBee技術；智能變電站；熱點溫度；遠程監測；系統設計

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

【中圖分類號】TP274 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）03-0191-02

1 引言

電力企業對于社會生產與人們日常生活均具有極為重要的作用，對社會發展與提高生活水平有著直接的影響。但是電力系統當中常常因為溫度過高導致變電站出現運行異常的現象，嚴重的話會導致火災和爆炸等嚴重事故。目前在變電站當中進行溫度監測主要通過紅外測溫或蠟片等方法實現，但是上述方法均是現場測試，而且測試精度和效率上相對較差。而ZigBee技術能夠通過無線實現遠程溫度監測，將ZigBee技術應用在熱點溫度監測具有較好的應用效果。

2 智能變電站遠程監測系統設計目標

在進行系統設計過程中應該保證滿足如下要求：①監測全面，能夠實現從點到面進行全方位監測，對所有設備當中的實時數據和報警信息進行采集，之后對其進行整體上的比較分析。②智能分析診斷，系統能夠在短時間內監測到出現故障的設備或者是線路，無需人工參與檢驗。③綜合化，通過對系統的設計與應用，能夠使孤立等具有參考性的傳統系統逐漸發展成為智能化、全局性以及聯網化的綜合系統，實現對數據采集、分析與診斷集中于一體，使其能夠為狀態檢修做出相應的技術支撐。

3 熱點溫度遠程監測系統總體設計思路

傳統變電站在熱點溫度監測過程中，存在時效性差、環境影響大以及封閉測溫難等問題，利用ZigBee技術能夠有效對上述問題加以解決，能夠在溫度實時監測基礎上，符合智能變電站發展的需求。在系統設計過程中應該對如下無線模塊、無線協議、信號傳輸以及監控界面等作出設計。監控點分別布置于變電站中所有監測部位，同時將采集信息利用無線路由器實現傳輸，知道將數據上傳至監控中心，此時便可利用監控中心內的計算機軟件實現對設備溫度做出實時遠程監測[1]。

4 熱點溫度遠程監測系統設計與實現

4.1系統硬件設計

4.1.1溫度傳感器設計

整個ZigBee網絡當中，終端節點與RFD設備具有相同的功能，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提供的5V電壓，使其通過3.92kΩ電阻并與Pt100相連。但是會出現一定的非線性問題，可以通過單片機軟件實現對其校正。根據Pt100實際情況，其溫度處于0～150℃范圍內時，其電阻值相應是100～157.33Ω，根據串聯分壓原理能夠計算出最終的輸出電壓U，輸出電壓計算公式為U=U1/（RPt100+3.92kΩ）×RPt100。輸出阻值和溫度對應關系如表1所示。

4.1.2 電源設計

電源模塊目前有兩種不同的設計方案，即高壓自具電源實現供電與電池供電。選擇電源模式主要是根據終端節點位置進行確定，如果對高壓開關柜當中的觸頭進行測溫，可以利用電流互感器與整流濾波電路實現供電；如果對變壓器外殼進行測溫，便可以通過電池進行供電。對于高壓帶能源供電而言，其主要有感應線圈與整流濾波兩部分構成。感應線圈分為鐵芯和繞線兩部分，整個線圈利用環氧樹脂進行封裝，同時將其安裝在觸臂上，因為觸頭中經過的電流為交流電，所以經過電磁感應能夠產生電流，并將電流輸送至電源模塊當中，隨后利用整流濾波將電壓穩定為3.3V，實現對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現對功耗加以控制，CC2430芯片因為在運行過程中的電流損耗是27mA，而在接受模式時損耗不超過27mA，發射模式下損耗也低于25mA；當其處于休眠狀態時電流損耗只有0.9μA，當外部出現中斷現象能夠快速喚醒系統。

4.2 系統軟件設計

軟件設計主要包括監測點軟件、用戶調試界面以及ZigBee協議棧三個方面。其中監測點軟件主要是對溫度傳感器接收到的數據做出分析與處理，并將處理后數據進行輸出，并且利用其通信端口將數據上傳至協調器。其中ZigBee作為整個網絡中的核心，其主要對各監測點中的數據進行分析與處理，同時對監控中心指令進行接收與處理，并將指令下達至對應的監測點中。ZigBee協議棧由4個主要的架構層構成，分別是物理層、應用層、訪問控制層以及網絡層。其中物理層與訪問控制層使用的協議是IEEE802.15.4，網絡層與應用層則根據ZigBee聯盟對其進行制定。

4.3 監測圖演示

在線監測系統在進行顯示時的部分截圖如下圖1所示。其中虛線單位內的設備均安裝了溫度傳感器。實現區域表示的是主變室內的情況。圖中灰色方塊代表溫度傳感器安裝位置，同時進行相應的文字說明，可以保證值班人員能夠清晰掌握所有傳感器監測的位置。圖中顯示所有數據都是設備實時測得的溫度值，多數數據均處于規定范圍內，此時溫度數據以綠色字體顯示。而35kV套管測溫度顯著過高，此時溫度數據由綠色變為紫色，使其能夠與正常溫度加以顯著的區別。如果溫度升高導致數據呈現紅色，此時便會做出高溫警報。通過該界面可以有效地監測變電站中設備運行溫度情況，進而能夠對設備實時運行狀態有所了解，防止供電事故的出現。

5 結語

總而言之，智能變電站建設對于保障電力系統長期穩定運行擁有非常重要的作用。特別是在變電站時常發生因為溫度過高出現供電問題時，實現良好的遠程監測能夠及時發現問題并處理。ZigBee技術作為一種有效的無線通信技術，將其應用在智能變電站中的熱點溫度監測當中，能夠實現遠程監測溫度，對溫度過高設備進行及時的發現，通過快速的處理能夠有效地降低供配電事故的出現，這對我國經濟發展與保障民生擁有非常重要的現實意義。

【參考文獻】

【1】馬祖長，孫怡寧，梅濤.無線傳感器網絡綜述[J].通信學報，2004，25（4）：114-124.