基于ZigBee的高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)溫濕度監測系統

引言
發(fā)電廠(chǎng)、變電站的高壓開(kāi)關(guān)柜內的母線(xiàn)接頭和室外刀閘開(kāi)關(guān)等重要設備，在長(cháng)期運行過(guò)程中，因老化或接觸電阻過(guò)大而發(fā)熱。由于這些發(fā)熱部位的溫濕度沒(méi)有得到及時(shí)有效的監測，往往導致火災和大面積停電等事故的發(fā)生。實(shí)現母線(xiàn)接頭和刀閘開(kāi)關(guān)等關(guān)鍵部位的溫濕度實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測，防止開(kāi)關(guān)過(guò)熱，可以顯著(zhù)地減少此類(lèi)事故的發(fā)生。在工程實(shí)踐中，高壓大電流設備內的接頭部位都具有裸露高壓，因此這些部位的溫濕度很難監測，通常的溫濕度測量方法因無(wú)法解決高壓絕緣問(wèn)題而不能使用。

　　目前，高壓大電流設備內的母線(xiàn)接頭部位溫濕度監測的方法主要有紅外測量、光纖測量和無(wú)線(xiàn)測量。光纖測量技術(shù)采用光導纖維傳輸溫濕度信號，光導纖維具有優(yōu)異的絕緣性能，能夠隔離開(kāi)關(guān)柜內的高壓，因此能夠準確測量高壓觸點(diǎn)的運行溫濕度，實(shí)現高壓開(kāi)關(guān)柜內觸點(diǎn)運行溫濕度的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監測。然而，用于隔離高壓的光纖表面可能受到污染，導致光纖表面放電，以及安裝布線(xiàn)煩瑣，大大降低了光纖測量系統的可靠性和使用范圍。紅外測量為非接觸式測量方法，沒(méi)有高壓絕緣問(wèn)題。但它容易受環(huán)境及周?chē)姶艌?chǎng)的干擾，測量精度低，自動(dòng)化程度低，往往需要人工定期到高壓大電流現場(chǎng)測試，效率低，風(fēng)險大。另外，開(kāi)關(guān)柜內的空間非常狹小，時(shí)常無(wú)法安裝紅外測量探頭(因為探頭必須與被測物體保持一定的安全距離，并需要正對被測物體的表面)。

　　無(wú)線(xiàn)溫濕度監測系統采用無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行信號傳輸，帶有傳感器的測試模塊安裝在高壓設備表面，與接收設備之間無(wú)電氣聯(lián)系，從根本上解決了高壓絕緣問(wèn)題，測量精度高，并且安裝方便，不受開(kāi)關(guān)柜體結構的限制，是監測高壓開(kāi)關(guān)柜溫濕度的理想解決方案。本文提出的高壓開(kāi)關(guān)柜溫濕度監測系統就是基于 ZigBee這一新興的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。

　　2 高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)溫濕度監測系統的實(shí)現

　　ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是一種近距離、低復雜度、低數據速率、低功耗、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，其數據傳輸速率在10～250 kb／s之間，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)之間的單跳距離為10～75 m，射頻發(fā)射功率低，再加上處理器支持多種休眠模式。一節普通容量的鋰電池能保證網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)正常工作1～3年，成本低，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)容量大，具有自組網(wǎng)，自動(dòng)路由和自愈功能，且工作在2.4 GHz的免執照頻段。它是實(shí)現高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)溫濕度監測系統的理想解決方案。

　　2.1 硬件設計

　　本文提出的高壓開(kāi)關(guān)柜無(wú)線(xiàn)溫濕度監測系統的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的硬件設計基于TI公司推出的符合ZigBee技術(shù)標準的CC2430芯片。射頻部分的原理圖設計在典型電路的基礎上做了少量修改?？紤]到系統工作在高壓大電流環(huán)境，為避免引起尖端高壓放電，網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)采用印刷電路板天線(xiàn)或者陶瓷天線(xiàn)。ZigBee網(wǎng)絡(luò )包括協(xié)調器、路由器和終端節點(diǎn)3種網(wǎng)絡(luò )設備。終端節點(diǎn)帶有溫濕度傳感器，是主要的感測節點(diǎn)，放置在高壓開(kāi)關(guān)柜內。開(kāi)關(guān)柜內往往不允許布置額外的電纜，同時(shí)終端節點(diǎn)支持休眠模式，因此采用電池供電。協(xié)調器和路由器節點(diǎn)因為需要給其他網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)提供路由傳遞數據報功能，因此采用市電供電，使協(xié)調器和路由器節點(diǎn)永遠處于工作狀態(tài)。