KC14-智慧商超工程应用系统 智慧商超环境监测 KC14141120-r08-参考文献：基于传感技术与Zigbee的变电站设备温度在线监测系统.docx

基于传感技术与Zigbee的变电站设备温度在线监测系统 摘要：设计了一套基于无线温度传感技术与Ｚｉｇｂｅｅ无线自组网通信技术的变电站设备温度实时在线监测系统。对系统的硬件软件分别进行了设计，并提出了一种新的变电站电流致热型设备温度缺陷智能分析的方法。系统解决了变电站温度数据采集实时性差，设备、人工成本高以及临时数据采集、应急状态下的数据传输、布线困难以及无信号覆盖下的数据采集与传输的问题，并提高了设备热缺陷报警的准确性，使变电站运行更加安全可靠。 ０　引言 　　变电站设备在大电流、高电压状况下长时间运行，一些设备缺陷能够导致设备的温度异常，如不及时发现，易造成设备损坏或恶性事故，产生重大经济损失。因此变电站设备温度状况的实时在线监测、温度数据实时上传、温度数据异常报警、及时处理等对变电站安全稳定运行具有重大意义［１～３］。通常的测温方式有：蜡片测温、红外测温仪测温、光导纤维温度传感器测温、无线通讯接触式测温传感器测温等。这些测温方式检测温度的精度低、实时性差、设备和人工成本高，存在一定的局限性。虽然目前变电站主要使用手持红外测温仪对变电设备温度进行诊断，可以直接找到故障点，但由于电力设备数量众多，红外检测工作受环境因素制约较大，检测工作仍然显得费时、费力，检测人员的行动也受周围高压电气环境约束，最突出的缺点是不能对电力设备进行实时、远程的状态监测。随着基于物联网的无线传感技术与自组网技术的发展，本文设计了一种新型的在线监测系统。首先采用基于物联网无线传感技术中具有等电位安装、抗电磁干扰能力强、使用寿命长、通信可靠等特点的无线温度传感器，实时采集设备温度变化。然后通过基于Ｚｉｇｂｅｅ的无线自组织网络通信方式，实时将温度数据上传到中央处理单元。提出了一种变压器三相高压套管温度缺陷报警智能分析方法，提高了在线监测系统报警预警准确性与可靠性。系统解决了以往测温方法的实时性差的问题，并实现了远程测温工作，提高了报警的准确性，可大大减少运行人员的工作量，提高工作效率，降低工作成本。 １　相关技术介绍 １．１　基于物联网的无线温度传感器技术 物联网是继互联网之后信息通信技术的又一次创新，物联网将成千上万的物体通过网络基础设施进行连接，这些物体通过感知周围环境的变电力工程化，积极参与信息获取、处理和交换过程［４］。无线温度传感器技术是应用物联网技术，在变电站电缆接头、闸刀触点、开关触点、铜排连接点、电抗器、消弧线圈、电容器外壳等位置布置无线温度传感器。通过这些传感器实时感知变电站变电设备的运行情况，以便及时发现影响变电站安全稳定运行的外部因素以及实时监测变电站设施的内部故障［５］。 １．２　基于Ｚｉｇｂｅｅ协议的无线自组网技术 ＺｉｇＢｅｅ协议是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。基于Ｚｉｇｂｅｅ协议的无线自组网是一种具有高度自适应性和移动性的通信网络，由一组带有无线通信收发装置的移动终端节点组成。网络中每个终端可以自由移动，具有地位相等、无中心的特点。网络支持多跳扩展，可以通过 “多级跳”的方式来通信；不需要现有信息基础网络设施的支持；可以在任何时候、任何地点快速构建。ＺｉｇＢｅｅ技术强大的组网能力，可以形成星型、网状型和簇状型 （如图１），可以根据实际需要来选择合适的网络结构。其中，星型和族树型网络适合多点、距离相对较近的应用［６］。 图１　自组网网络结构 ２　变电站温度在线监测系统设计 ２．１　总体架构设计 本文设计的变电站在线监测系统的总体架构图如图２，主要分感知层、网络层、应用层三层。系统感知层由无线温度传感器实时采集变电站设备的温度数据，并由变电站基站通过无线方式收集各个温度传感器采集到的温度数据。由于变电站处在强电场作用下，使用带有柱状天线的无线温度传感器易产生尖端放电，在变电站中应用具有不安全性。经过改造，本系统所用无线温度传感器应用平板天线，解决了这一问题。 图２　系统架构 系统网络层是基于Ｚｉｇｂｅｅ协议的无线自组网通信层，用于实现数据传输通道的建立，能够实现自组网功能，当Ｚｉｇｂｅｅ设备从变电站基站采集到监测数据后，能够通过自组建的网络上传。基于Ｚｉｇｂｅｅ协议的自组网方式以其灵活、可靠、易于布置等特点在许多领域得到了广泛应用。将其应用于变电站监控系统的优点在于：（１）无线自组网采取了ＩＥＥＥ　８０２．１５．４强有力的无线物理层，减少了变电站连线的复杂度，具有低速率、复杂网络、低功耗和低成本的特点。（２）ＺｉｇＢｅｅ在中国采用２．４Ｇ 的ＩＳＭ 频段，是免申请和免使用费的频率，在２．４Ｇ的频段上具有１６个信道，带宽为２５０Ｋ，从 ２．４０５ＧＨｚ～２．４８０ＧＨｚ间分布，信道间隔是５ Ｍ，具有很强的信道抗串扰能力。ＺｉｇＢｅｅ终端空旷视距离环境无线通信距离为８００ｍ［７］。（３）当自组网