基于ZigBee的智能变电站热点温度远程监测系统研究

金鹰

（湖北工业大学，武汉430068）

1 引言

电力企业对于社会生产与人们日常生活均具有极为重要的作用，对社会发展与提高生活水平有着直接的影响。但是电力系统当中常常因为温度过高导致变电站出现运行异常的现象，严重的话会导致火灾和爆炸等严重事故。目前在变电站当中进行温度监测主要通过红外测温或蜡片等方法实现，但是上述方法均是现场测试，而且测试精度和效率上相对较差。而ZigBee技术能够通过无线实现远程温度监测，将ZigBee技术应用在热点温度监测具有较好的应用效果。

2 智能变电站远程监测系统设计目标

在进行系统设计过程中应该保证满足如下要求：①监测全面，能够实现从点到面进行全方位监测，对所有设备当中的实时数据和报警信息进行采集，之后对其进行整体上的比较分析。②智能分析诊断，系统能够在短时间内监测到出现故障的设备或者是线路，无需人工参与检验。③综合化，通过对系统的设计与应用，能够使孤立等具有参考性的传统系统逐渐发展成为智能化、全局性以及联网化的综合系统，实现对数据采集、分析与诊断集中于一体，使其能够为状态检修做出相应的技术支撑。

3 热点温度远程监测系统总体设计思路

传统变电站在热点温度监测过程中，存在时效性差、环境影响大以及封闭测温难等问题，利用ZigBee技术能够有效对上述问题加以解决，能够在温度实时监测基础上，符合智能变电站发展的需求。在系统设计过程中应该对如下无线模块、无线协议、信号传输以及监控界面等作出设计。监控点分别布置于变电站中所有监测部位，同时将采集信息利用无线路由器实现传输，知道将数据上传至监控中心，此时便可利用监控中心内的计算机软件实现对设备温度做出实时远程监测[1]。

4 热点温度远程监测系统设计与实现

4.1 系统硬件设计

4.1.1 温度传感器设计

整个ZigBee网络当中，终端节点与RFD设备具有相同的功能，其主要包括无线模块、电源模块与温度传感器等部分。其中温度传感器使用的材料是Pt100电阻。其主要工作原理是传感器利用系统提供的5V电压，使其通过3.92kΩ电阻并与Pt100相连。但是会出现一定的非线性问题，可以通过单片机软件实现对其校正。根据Pt100实际情况，其温度处于0～150℃范围内时，其电阻值相应是100～157.33Ω，根据串联分压原理能够计算出最终的输出电压U，输出电压计算公式为U=U1/（RPt100+3.92kΩ）×RPt100。输出阻值和温度对应关系如表1所示。

表1 输入阻值和温度对应关系表

4.1.2 电源设计

电源模块目前有两种不同的设计方案，即高压自具电源实现供电与电池供电。选择电源模式主要是根据终端节点位置进行确定，如果对高压开关柜当中的触头进行测温，可以利用电流互感器与整流滤波电路实现供电；如果对变压器外壳进行测温，便可以通过电池进行供电。对于高压带能源供电而言，其主要有感应线圈与整流滤波两部分构成。感应线圈分为铁芯和绕线两部分，整个线圈利用环氧树脂进行封装，同时将其安装在触臂上，因为触头中经过的电流为交流电，所以经过电磁感应能够产生电流，并将电流输送至电源模块当中，随后利用整流滤波将电压稳定为3.3V，实现对传感器和无线模块提供电源。而电池供电主要是利用软件实现对功耗加以控制，CC2430芯片因为在运行过程中的电流损耗是27mA，而在接受模式时损耗不超过27mA，发射模式下损耗也低于25mA；当其处于休眠状态时电流损耗只有0.9μA，当外部出现中断现象能够快速唤醒系统。

4.2 系统软件设计

软件设计主要包括监测点软件、用户调试界面以及ZigBee协议栈三个方面。其中监测点软件主要是对温度传感器接收到的数据做出分析与处理，并将处理后数据进行输出，并且利用其通信端口将数据上传至协调器。其中ZigBee作为整个网络中的核心，其主要对各监测点中的数据进行分析与处理，同时对监控中心指令进行接收与处理，并将指令下达至对应的监测点中。ZigBee协议栈由4个主要的架构层构成，分别是物理层、应用层、访问控制层以及网络层。其中物理层与访问控制层使用的协议是IEEE802.15.4，网络层与应用层则根据ZigBee联盟对其进行制定。

4.3 监测图演示

在线监测系统在进行显示时的部分截图如下图1所示。其中虚线单位内的设备均安装了温度传感器。实现区域表示的是主变室内的情况。图中灰色方块代表温度传感器安装位置，同时进行相应的文字说明，可以保证值班人员能够清晰掌握所有传感器监测的位置。图中显示所有数据都是设备实时测得的温度值，多数数据均处于规定范围内，此时温度数据以绿色字体显示。而35kV套管测温度显著过高，此时温度数据由绿色变为紫色，使其能够与正常温度加以显著的区别。如果温度升高导致数据呈现红色，此时便会做出高温警报。通过该界面可以有效地监测变电站中设备运行温度情况，进而能够对设备实时运行状态有所了解，防止供电事故的出现。

5 结语

总而言之，智能变电站建设对于保障电力系统长期稳定运行拥有非常重要的作用。特别是在变电站时常发生因为温度过高出现供电问题时，实现良好的远程监测能够及时发现问题并处理。ZigBee技术作为一种有效的无线通信技术，将其应用在智能变电站中的热点温度监测当中，能够实现远程监测温度，对温度过高设备进行及时的发现，通过快速的处理能够有效地降低供配电事故的出现，这对我国经济发展与保障民生拥有非常重要的现实意义。