基于ZigBee的智能變電站熱點溫度遠程監測系統研究

施超　徐跡　林俏　蔡年群　盧艷

【摘 要】針對當前變電站設備溫度監測誤測、漏測的問題，結合智能檢測及物聯網技術，設計一種智能變電站設備熱點溫度遠程監測系統，系統分為無線傳感網絡單元、智能管理單元、網絡智能管理單元三個單元，數據采集、傳送及遠程監測實現了實時性和有效性。試驗測試表明，采集的數據準確，實現了監控系統的智能化。

【關鍵詞】溫度監測系統；ZigBee；變電站；無線溫度傳感器；遠程監測系統

0 引言

在電力系統中，電氣設備運行溫度對設備的正常運行起到至關重要的作用，供電負荷的增加和供電設備的老化對變電站的設備提出了更高的要求，變電站內部的電纜接頭、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，甚至發生火災、爆炸。近年來，對變電站溫度的實時監測已經成為一個研究的研究熱點。通過對變電站電氣設備的溫度進行實時監測，值班人員能夠及時發現問題，消除隱患，確保變電站和電力系統的安全運行。

目前，對變電站熱點溫度的監測方法有紅外測溫法和蠟片法，這些方法適合現場測試，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，以無線的方式進行站內溫度監控，以通用分組無線服務技術通信方式發送報警信息，對可能發生故障的裝置和節點實現提前預警，運檢人員可由此進行針對性的檢查和排障，節省了人力，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，如可變色發光材料、紅外測溫、光纖測溫、無線系統測溫等，但可變色發光材料、紅外測溫、光纖測溫等傳統的測溫方式都存在一定的不足，如需要人工干預，造價較高，有安全隱患等。無線測溫系統在實時性、測量精度、性價比等方面優勢明顯。無線測溫就是將安裝在變電站電氣設備熱點位置的傳感器測量到的溫度數據通過無線網絡發送到數據接受主機上，通過監控主機，變電站運行人員可以及時了解變電站設備熱點溫度信息，實現對變電站設備的智能監測。

監測系統前端傳感器采集溫度數據進行無線傳輸的協議有很不同的種類，以藍牙與 ZigBee協議為典型代表，藍牙傳輸速度快，但功率較大，成本高，適合距離較短的數據傳送，ZigBee傳輸可靠性高，功耗小，成本低，溫度監測系統中進行傳輸的數據以控制信息、文本數據信息為主體，同時，由于變電站設備所處的高壓強磁場的環境，要求傳輸系統的抗干擾性能要好。和藍牙傳輸相比，ZigBee協議在測溫系統的構建中具有更好的適用性。

2 遠程監測系統構成

變電站設備熱點遠程監控系統的設計中，綜合考慮了系統安裝的靈活性、布線的合理性、監控成本的經濟性、設備工作環境的復雜性等多方面因素，在電站數據采集和信息傳輸、各監測節點數據的整合、遠程監控及瀏覽查詢等方面進行了較為深入的研究，變電站遠程監控系統通過無線傳輸網絡對變電站熱點參數進行采集及控制，并通過數據庫及B/S架構實現數據處理及多種途徑的查詢。因此，從遠程智能監控系統實現的功能上分，將變電站設備熱點溫度監控系統分為無線傳感網絡單元、智能管理單元、網絡智能管理單元三個單元，如圖1。

3 系統硬件設計

3.1 無線傳感網絡單元溫度傳感器設計

該監控系統中，無線傳感網絡由溫度傳感器節點和無線網關板組成，電氣設備熱點溫度數據通過無線傳感網絡與網關板進行傳遞。溫度傳感器結構如圖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成。利用DS18B20采集被測點溫度，利用CC2530控制器讀取溫度數據并實現ZigBee無線通信技術的靈活組網，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控設計

智能管理單元實現對無線傳感器網絡單元上傳的數據的處理，依據數據處理結果向網關板發送控制信號調節設備工作狀態，發現設備溫度異常情況進行通知并記錄，保存設備溫度數據，通過GPRS上傳數據至網絡數據庫，整體結構如圖3所示。

智能管理單元監測部分負責采集所對應子網內被測節點的溫度數據，并具有提前預警、超溫報警、實時顯示等功能。通過CAN總線或以太網與網絡數據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。當設備溫度出現異常時，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給工作人員，為工作人員及時掌握和處理現場異常狀況提供幫助。

3.3 網絡數據處理單元溫度監控設計

網絡數據處理單元接收智能管理單元上傳的電站（下轉第6頁）（上接第47頁）數據并存入數據庫，并將收到的指令解析后通過CAN總線或光纖以太網按照既定規約下發到各個無線傳感網絡中，各個節點將處理好的數據上傳給管理主機，管理主機對站內所有溫度數據進行分類處理，并將結果以標準通信協議封裝傳送至監控中心或管理員手機。

4 應用實例

系統應用于一個110kV變電站的一次設備，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，可以實時監控到溫度數值和溫度狀態，綠色表示正常，橙色表示警告，紅色表示故障，如圖4所示。

通過實際測試應用，變電站設備熱點溫度監控系統采集的數據準確，實現了長時間、不間斷的數據采集，大大節省了人力物力，實現了監控系統的智能化。

5 結論

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

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[責任編輯：田吉捷]