KC14141120-r08-參考文獻(xiàn)：基于傳感技術(shù)與Zi

1、基于傳感技術(shù)與Zigbee的變電站設(shè)備溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)摘要：設(shè)計(jì)了一套基于無(wú)線溫度傳感技術(shù)與無(wú)線自組網(wǎng)通信技術(shù)的變電站設(shè)備溫度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)的硬件軟件分別進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并提出了一種新的變電站電流致熱型設(shè)備溫度缺陷智能分析的方法。系統(tǒng)解決了變電站溫度數(shù)據(jù)采集實(shí)時(shí)性差，設(shè)備、人工成本高以及臨時(shí)數(shù)據(jù)采集、應(yīng)急狀態(tài)下的數(shù)據(jù)傳輸、布線困難以及無(wú)信號(hào)覆蓋下的數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)膯?wèn)題，并提高了設(shè)備熱缺陷報(bào)警的準(zhǔn)確性，使變電站運(yùn)行更加安全可靠。引言變電站設(shè)備在大電流、高電壓狀況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，一些設(shè)備缺陷能夠?qū)е略O(shè)備的溫度異常，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，易造成設(shè)備損壞或惡性事故，產(chǎn)生重大經(jīng)濟(jì)損失。因此變電站設(shè)備溫度狀況

2、的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳、溫度數(shù)據(jù)異常報(bào)警、及時(shí)處理等對(duì)變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重大意義。通常的測(cè)溫方式有：蠟片測(cè)溫、紅外測(cè)溫儀測(cè)溫、光導(dǎo)纖維溫度傳感器測(cè)溫、無(wú)線通訊接觸式測(cè)溫傳感器測(cè)溫等。這些測(cè)溫方式檢測(cè)溫度的精度低、實(shí)時(shí)性差、設(shè)備和人工成本高，存在一定的局限性。雖然目前變電站主要使用手持紅外測(cè)溫儀對(duì)變電設(shè)備溫度進(jìn)行診斷，可以直接找到故障點(diǎn)，但由于電力設(shè)備數(shù)量眾多，紅外檢測(cè)工作受環(huán)境因素制約較大，檢測(cè)工作仍然顯得費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，檢測(cè)人員的行動(dòng)也受周?chē)邏弘姎猸h(huán)境約束，最突出的缺點(diǎn)是不能對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。隨著基于物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線傳感技術(shù)與自組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，本文設(shè)計(jì)了一種新型的在

3、線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。首先采用基于物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線傳感技術(shù)中具有等電位安裝、抗電磁干擾能力強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)、通信可靠等特點(diǎn)的無(wú)線溫度傳感器，實(shí)時(shí)采集設(shè)備溫度變化。然后通過(guò)基于的無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)通信方式，實(shí)時(shí)將溫度數(shù)據(jù)上傳到中央處理單元。提出了一種變壓器三相高壓套管溫度缺陷報(bào)警智能分析方法，提高了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)報(bào)警預(yù)警準(zhǔn)確性與可靠性。系統(tǒng)解決了以往測(cè)溫方法的實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題，并實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程測(cè)溫工作，提高了報(bào)警的準(zhǔn)確性，可大大減少運(yùn)行人員的工作量，提高工作效率，降低工作成本。相關(guān)技術(shù)介紹基于物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線溫度傳感器技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)是繼互聯(lián)網(wǎng)之后信息通信技術(shù)的又一次創(chuàng)新，物聯(lián)網(wǎng)將成千上萬(wàn)的物體通過(guò)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行連接，這些物體通過(guò)感

4、知周?chē)h(huán)境的變電力工程化，積極參與信息獲取、處理和交換過(guò)程。無(wú)線溫度傳感器技術(shù)是應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在變電站電纜接頭、閘刀觸點(diǎn)、開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)、銅排連接點(diǎn)、電抗器、消弧線圈、電容器外殼等位置布置無(wú)線溫度傳感器。通過(guò)這些傳感器實(shí)時(shí)感知變電站變電設(shè)備的運(yùn)行情況，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響變電站安全穩(wěn)定運(yùn)行的外部因素以及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變電站設(shè)施的內(nèi)部故障?；趨f(xié)議的無(wú)線自組網(wǎng)技術(shù)協(xié)議是一種新興的短距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本、低復(fù)雜度的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)?；趨f(xié)議的無(wú)線自組網(wǎng)是一種具有高度自適應(yīng)性和移動(dòng)性的通信網(wǎng)絡(luò)，由一組帶有無(wú)線通信收發(fā)裝置的移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)組成。網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)終端可以自由移動(dòng)，具有地位相等、無(wú)中心的特點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)支持多

5、跳擴(kuò)展，可以通過(guò) “多級(jí)跳”的方式來(lái)通信；不需要現(xiàn)有信息基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的支持；可以在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)快速構(gòu)建。技術(shù)強(qiáng)大的組網(wǎng)能力，可以形成星型、網(wǎng)狀型和簇狀型 （如圖），可以根據(jù)實(shí)際需要來(lái)選擇合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，星型和族樹(shù)型網(wǎng)絡(luò)適合多點(diǎn)、距離相對(duì)較近的應(yīng)用。圖自組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變電站溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)本文設(shè)計(jì)的變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體架構(gòu)圖如圖，主要分感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層三層。系統(tǒng)感知層由無(wú)線溫度傳感器實(shí)時(shí)采集變電站設(shè)備的溫度數(shù)據(jù)，并由變電站基站通過(guò)無(wú)線方式收集各個(gè)溫度傳感器采集到的溫度數(shù)據(jù)。由于變電站處在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，使用帶有柱狀天線的無(wú)線溫度傳感器易產(chǎn)生尖端放電，在變電站中應(yīng)

6、用具有不安全性。經(jīng)過(guò)改造，本系統(tǒng)所用無(wú)線溫度傳感器應(yīng)用平板天線，解決了這一問(wèn)題。圖系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層是基于協(xié)議的無(wú)線自組網(wǎng)通信層，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸通道的建立，能夠?qū)崿F(xiàn)自組網(wǎng)功能，當(dāng)設(shè)備從變電站基站采集到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，能夠通過(guò)自組建的網(wǎng)絡(luò)上傳。基于協(xié)議的自組網(wǎng)方式以其靈活、可靠、易于布置等特點(diǎn)在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。將其應(yīng)用于變電站監(jiān)控系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：（）無(wú)線自組網(wǎng)采取了強(qiáng)有力的無(wú)線物理層，減少了變電站連線的復(fù)雜度，具有低速率、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、低功耗和低成本的特點(diǎn)。（）在中國(guó)采用 的 頻段，是免申請(qǐng)和免使用費(fèi)的頻率，在的頻段上具有個(gè)信道，帶寬為，從 間分布，信道間隔是 ，具有很強(qiáng)的信道抗串?dāng)_能力。終端

7、空曠視距離環(huán)境無(wú)線通信距離為。（）當(dāng)自組網(wǎng)設(shè)備中一個(gè)或幾個(gè)一般節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障或遭到人為破壞時(shí)，各節(jié)點(diǎn)自動(dòng)搜索建立連接，繞過(guò)這些故障節(jié)點(diǎn)，利用剩余節(jié)點(diǎn)自行組織成一個(gè)新網(wǎng)絡(luò)，從而不影響數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)應(yīng)用層是系統(tǒng)的管理中心，由中央控制器組成，將采集上來(lái)的溫度進(jìn)行智能分析處理，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)界面展示、實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)警，并提供歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)等功能。系統(tǒng)硬件設(shè)備設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)圖如圖，主要由無(wú)線溫度傳感器、變電站基站、組網(wǎng)模塊、臺(tái)式或便攜式機(jī)組成。系統(tǒng)感知層設(shè)備設(shè)計(jì)感知層設(shè)備由無(wú)線溫度傳感器和變電站基站圖系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)組成。本系統(tǒng)采用的溫度傳感器由微功耗 、數(shù)字溫度傳感器、數(shù)字 收發(fā)器、高溫鋰亞電池、不銹鋼外殼和平板天

8、線等組成，使用了先進(jìn)的一體化、微型化、等電位封裝技術(shù)。具有體積小、使用壽命長(zhǎng)、傳輸距離遠(yuǎn)、采集溫度點(diǎn)多、安裝方便、性?xún)r(jià)比高等特點(diǎn)。每個(gè)無(wú)線溫度傳感器具有唯一的編號(hào)，實(shí)際安裝時(shí)需要記錄每個(gè)傳感器的安裝地點(diǎn)，并與傳感器編號(hào)一起存入計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中。傳感器每隔一定時(shí)間（可以事先設(shè)定）自動(dòng)發(fā)射次監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。變電站數(shù)據(jù)傳輸通訊基站由 、接口、數(shù)字收發(fā)器、寬輸入 直流穩(wěn)壓電源、外殼、高增益定向天線和全向天線等組成。無(wú)線通訊基站根據(jù)無(wú)線溫度傳感器分布來(lái)確定數(shù)據(jù)傳輸通訊基站的安裝數(shù)量和位置，適當(dāng)增設(shè)基站可以有效提高信號(hào)的覆蓋密度，確保系統(tǒng)有足夠的冗余度。無(wú)線溫度傳感器定時(shí)測(cè)量一次該監(jiān)測(cè)點(diǎn)的運(yùn)行溫度，環(huán)境溫

9、度傳感器也會(huì)自動(dòng)測(cè)量環(huán)境溫度，這些溫度數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線信道傳輸?shù)酵ㄓ嵒?，基站?huì)自動(dòng)保存和記錄這些數(shù)據(jù)，并采用總線與控制主機(jī)進(jìn)行通訊。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備設(shè)計(jì)采用的無(wú)線通信模塊是加強(qiáng)型的 模塊，集成了符合 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器和微處理器， 通信模塊實(shí)現(xiàn)了串口、數(shù)據(jù)的透明傳輸。自組網(wǎng)設(shè)備用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸通道的建立，能夠?qū)崿F(xiàn)自組網(wǎng)功能，當(dāng)設(shè)備從變電站基站采集到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，能夠通過(guò)自組建的網(wǎng)絡(luò)上傳。自組網(wǎng)的設(shè)備有 或 接口，每個(gè)設(shè)備都可以稱(chēng)為一個(gè)節(jié)點(diǎn)，處于等同地位，每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間都是通過(guò)無(wú)線方式進(jìn)行通信，最后都匯聚到中心節(jié)點(diǎn)，中心節(jié)點(diǎn)通過(guò)或線連至控制主機(jī)。應(yīng)用層設(shè)備設(shè)計(jì)控制主機(jī)是一個(gè)具有完善軟件功能的管理平臺(tái)，

10、集成了各種通訊協(xié)議、圖形化人機(jī)交互界面和完備穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫(kù)。該管理平臺(tái)完成一個(gè)變電站全部重載設(shè)備的溫度管理，也可嵌入其他管理與控制功能，實(shí)現(xiàn)在單一平臺(tái)上運(yùn)行多個(gè)管理任務(wù)，實(shí)現(xiàn)多信息融合和集成。溫度管理軟件能夠順利運(yùn)行于主流位 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng) （臺(tái)式、便攜式或嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)），對(duì)于軟硬件環(huán)境具有較低的要求。根據(jù)變電所的實(shí)際情況可以選用不同類(lèi)型的控制主機(jī)，一般選用帶觸摸屏的工業(yè)級(jí)平板電腦 （工控機(jī)）并安裝在機(jī)柜上?？刂浦鳈C(jī)會(huì)定時(shí)通過(guò) 總線輪詢(xún)各基站，各基站將收到的溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)街鳈C(jī)，主機(jī)將總線溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并保存。變電站系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件架構(gòu)圖如圖。系統(tǒng)分為個(gè)部分：設(shè)備虛擬層、通訊及設(shè)備路由組件

11、、數(shù)據(jù)處理層、虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)層。圖系統(tǒng)軟件架構(gòu)設(shè)備虛擬層將實(shí)際的硬件設(shè)備抽象為虛擬的邏輯設(shè)備。入口數(shù)據(jù)為從不同硬件設(shè)備獲取的各種數(shù)據(jù)。輸出數(shù)據(jù)為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠識(shí)別的、系統(tǒng)無(wú)差異化的數(shù)據(jù)，符合系統(tǒng)通訊協(xié)議。通訊及設(shè)備路由組件負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)各個(gè)層之間的數(shù)據(jù)通訊組件。此外，在系統(tǒng)后臺(tái)控制設(shè)備和客戶(hù)端為多臺(tái)時(shí)，還提供設(shè)備路由功能。通訊及路由采用本系統(tǒng)自定義通訊協(xié)議。數(shù)據(jù)處理層將設(shè)備虛擬層傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別處理。根據(jù)不同情況，分別將其分派到存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)同步、預(yù)報(bào)警護(hù)模塊處理。虛擬現(xiàn)實(shí)表現(xiàn)層即用戶(hù)界面。可實(shí)現(xiàn)各點(diǎn)位信息的相關(guān)溫度數(shù)據(jù)顯示、曲線列表顯示、報(bào)警界面展示等。變電站電流致熱型設(shè)備溫度缺陷智能分析方法在

12、變電站預(yù)報(bào)警模塊中，以往的數(shù)據(jù)處理方式是設(shè)置預(yù)報(bào)警閾值，當(dāng)溫度值大于報(bào)警閾值時(shí)發(fā)出報(bào)警。但是由于使用無(wú)線溫傳測(cè)量變電站設(shè)備的溫度會(huì)受到環(huán)境各種因素的影響，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)誤報(bào)或漏報(bào)情況。因此，準(zhǔn)確判斷設(shè)備發(fā)熱缺陷是一個(gè)比較困難的問(wèn)題。為了解決這一問(wèn)題，根據(jù)相關(guān)規(guī)范，可得到變壓器套管單相缺陷判斷依據(jù)如表。表缺陷性質(zhì)表中是相對(duì)溫差。相對(duì)溫差與溫升的關(guān)系： （）× （）（）×式中：和為發(fā)熱點(diǎn)的溫升和溫度；和為正常相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的溫升和溫度；為環(huán)境溫度參照體的溫度。應(yīng)用此種方法判斷缺陷類(lèi)型同樣存在漏洞與不足，例如，當(dāng)，時(shí)，通過(guò)公式可得，根據(jù)表 （）可得是嚴(yán)重缺陷，但是實(shí)際情況是熱點(diǎn)溫度 ，并不

13、是嚴(yán)重缺陷。為了克服上述缺點(diǎn)，本文提出一種新的綜合變壓器套管三相溫度判斷溫度缺陷的方法。圖是判斷變壓器三相套管缺陷類(lèi)型的流程圖。應(yīng)用此種方法，通過(guò)三相溫度數(shù)據(jù)間的互相對(duì)比與計(jì)算，有效地減少了錯(cuò)報(bào)、漏報(bào)的情況，解決了溫度缺陷類(lèi)型相對(duì)溫差計(jì)算與熱點(diǎn)溫度判斷結(jié)果不一致的問(wèn)題。系統(tǒng)測(cè)試對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)通信進(jìn)行測(cè)試系統(tǒng)搭建好后，對(duì)自組織網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞承?；自組網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩翱煽啃缘冗M(jìn)行了測(cè)試。圖為單個(gè)無(wú)線溫度傳感器一段時(shí)間傳上來(lái)的數(shù)據(jù)。通過(guò)測(cè)試可以看出通信狀態(tài)良好，基于協(xié)議的無(wú)線自組網(wǎng)通信可準(zhǔn)確的接收變電站溫度數(shù)據(jù)。圖單個(gè)無(wú)線溫度傳感器數(shù)據(jù)溫度數(shù)據(jù)顯示測(cè)試圖為系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，根據(jù)采集上來(lái)的溫度數(shù)據(jù)，顯示的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的數(shù)據(jù)曲線，表示點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息。圖數(shù)據(jù)展示界面溫度異常報(bào)警測(cè)試變電站設(shè)備溫度一旦發(fā)生異常，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，可準(zhǔn)確定位和展示報(bào)警級(jí)別，如圖。圖報(bào)警界面展示結(jié)論本文設(shè)計(jì)的變電站溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用平板天線無(wú)線溫度傳感器技術(shù)，加強(qiáng)了變電站數(shù)據(jù)采集的安全可靠性，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)大大減少了變電站監(jiān)測(cè)的人工工作量，降低了工作成本。應(yīng)用無(wú)線自組網(wǎng)的通信方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸，減