ZigBee在電力系統溫度測量中的應用

1引言
隨著(zhù)現代電力系統向著(zhù)高電壓、大機組、大容量的迅速發(fā)展，對供電可靠性的要求也越來(lái)越高。發(fā)電廠(chǎng)、變電站的高壓開(kāi)關(guān)柜是重要的電氣設備。在設備長(cháng)期運行過(guò)程中，開(kāi)關(guān)柜中的母線(xiàn)接點(diǎn)、高壓電纜接頭等部位因老化或接觸電阻過(guò)大而發(fā)熱，使相鄰的絕緣部件性能劣化，甚至擊穿而造成事故。據統計，電力系統發(fā)生事故原因中有相當一部分與發(fā)熱問(wèn)題有關(guān)。因此，電氣設備溫度在線(xiàn)監測問(wèn)題己經(jīng)成為電力系統中電氣設備安全運行所急需解決的實(shí)際問(wèn)題，是提高電氣設備可靠性的迫切需要，對保障電力系統安全穩定運行具有十分重要的意義，必須采取有效措施監控母線(xiàn)溫度。當溫升超過(guò)允許值時(shí)，必須發(fā)出報警信號及時(shí)提醒有關(guān)人員采取措施，避免事故的發(fā)生。
由于開(kāi)關(guān)柜中的母線(xiàn)處于高壓電位，每相對地和不同相之間都存在很高的電壓，且結構狹小，無(wú)法進(jìn)行人工巡查測溫，所以直接檢測高壓母線(xiàn)溫度一直是電力系統檢測中的一個(gè)難題?，F有的測溫系統根據數據傳輸方式有三類(lèi)：普通電纜，光纖和無(wú)線(xiàn)傳輸。對于電力母線(xiàn)接點(diǎn)、高壓電纜接頭等，網(wǎng)點(diǎn)數多，電壓高，電磁干擾強。普通電纜顯然是不行的。光纖式溫度在線(xiàn)監測裝置，一般是采用光纖傳導信號，不受高壓和環(huán)境的干擾。缺點(diǎn)是光纖具有易折、易斷、不耐高溫的特點(diǎn)，并且布線(xiàn)難度較大，比較昂貴?；谶@些可以使用無(wú)線(xiàn)傳輸，高壓電會(huì )產(chǎn)生很強的電磁場(chǎng)，對無(wú)線(xiàn)電波干擾很大，需要選擇適當頻率的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，另外測溫設備要用電池供電，測溫設備必須低功耗，工作時(shí)間長(cháng)。體積小，易安裝。盡管?chē)鴥韧庖呀?jīng)研究了多種方案來(lái)監測母線(xiàn)溫度，但均有一定的局限性和不足。Zigbee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的低成本、短時(shí)延、免執照頻段、高安全、近距離、低復雜度，低功耗等優(yōu)點(diǎn)，滿(mǎn)足高壓母線(xiàn)測溫的條件，是解決的良好途徑。2 ZigBee技術(shù)
1999年，藍牙熱潮席卷全球，然而發(fā)展數年，一直受芯片價(jià)格高、廠(chǎng)商支持力度不夠、傳輸距離限制及抗干擾能力差等問(wèn)題的困擾。
IEEE無(wú)線(xiàn)個(gè)人區域網(wǎng)（PAN）工作組的 IEEE802.15.4技術(shù)標準是 ZigBee技術(shù)的基礎。 IEEE802.15.4滿(mǎn)足國際標準組織（ ISO）開(kāi)放系統互連（OSI）參考模式。它定義了單一的 MAC層和多樣的物理層（如圖 1所示）。802.15.4標準旨在為低能耗的簡(jiǎn)單設備提供有效覆蓋范圍在 10-75米的低速連接， IEEE802.15.4定義了兩個(gè)物理層標準，分別是 2.4GHz物理層和 868/915GHz物理層[2]。2.4GHz波段為全球統一的無(wú)需申請的 ISM頻段，有助于 ZigBee設備的推廣和生產(chǎn)成本的降低。 2.4GHz的物理層通過(guò)采用高階調制技術(shù)能夠提供 250kbps的傳輸速率，有助于獲得更高的吞吐量、更小的通信時(shí)延和更短的工作周期。主要適合用于自動(dòng)控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設備。

3 系統設計
3.1 系統框架
本文提出一種比較理想的母線(xiàn)測溫方案：以 Zigbee為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，以太網(wǎng)（或高速 RS-485）為骨干網(wǎng)， CC2430低功耗單片機為傳感器控制核心，采用一線(xiàn)式數字溫度傳感器 DS18B20為溫度采集裝置的高壓母線(xiàn)溫度測量方案，系統框架如圖 2。

無(wú)線(xiàn)溫度測量系統由三部分組成，如圖 2系統框架圖所示：