ZigBee在電力系統(tǒng)溫度測量中的應(yīng)用

1引言
隨著現(xiàn)代電力系統(tǒng)向著高電壓、大機組、大容量的迅速發(fā)展，對供電可靠性的要求也越來越高。發(fā)電廠、變電站的高壓開關(guān)柜是重要的電氣設(shè)備。在設(shè)備長期運行過程中，開關(guān)柜中的母線接點、高壓電纜接頭等部位因老化或接觸電阻過大而發(fā)熱，使相鄰的絕緣部件性能劣化，甚至擊穿而造成事故。據(jù)統(tǒng)計，電力系統(tǒng)發(fā)生事故原因中有相當(dāng)一部分與發(fā)熱問題有關(guān)。因此，電氣設(shè)備溫度在線監(jiān)測問題己經(jīng)成為電力系統(tǒng)中電氣設(shè)備安全運行所急需解決的實際問題，是提高電氣設(shè)備可靠性的迫切需要，對保障電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行具有十分重要的意義，必須采取有效措施監(jiān)控母線溫度。當(dāng)溫升超過允許值時，必須發(fā)出報警信號及時提醒有關(guān)人員采取措施，避免事故的發(fā)生。
由于開關(guān)柜中的母線處于高壓電位，每相對地和不同相之間都存在很高的電壓，且結(jié)構(gòu)狹小，無法進行人工巡查測溫，所以直接檢測高壓母線溫度一直是電力系統(tǒng)檢測中的一個難題?，F(xiàn)有的測溫系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸方式有三類：普通電纜，光纖和無線傳輸。對于電力母線接點、高壓電纜接頭等，網(wǎng)點數(shù)多，電壓高，電磁干擾強。普通電纜顯然是不行的。光纖式溫度在線監(jiān)測裝置，一般是采用光纖傳導(dǎo)信號，不受高壓和環(huán)境的干擾。缺點是光纖具有易折、易斷、不耐高溫的特點，并且布線難度較大，比較昂貴?；谶@些可以使用無線傳輸，高壓電會產(chǎn)生很強的電磁場，對無線電波干擾很大，需要選擇適當(dāng)頻率的無線網(wǎng)絡(luò)，另外測溫設(shè)備要用電池供電，測溫設(shè)備必須低功耗，工作時間長。體積小，易安裝。盡管國內(nèi)外已經(jīng)研究了多種方案來監(jiān)測母線溫度，但均有一定的局限性和不足。Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)的低成本、短時延、免執(zhí)照頻段、高安全、近距離、低復(fù)雜度，低功耗等優(yōu)點，滿足高壓母線測溫的條件，是解決的良好途徑。2 ZigBee技術(shù)
1999年，藍(lán)牙熱潮席卷全球，然而發(fā)展數(shù)年，一直受芯片價格高、廠商支持力度不夠、傳輸距離限制及抗干擾能力差等問題的困擾。
IEEE無線個人區(qū)域網(wǎng)（PAN）工作組的 IEEE802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是 ZigBee技術(shù)的基礎(chǔ)。 IEEE802.15.4滿足國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ ISO）開放系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)旨在為低能耗的簡單設(shè)備提供有效覆蓋范圍在 10-75米的低速連接， IEEE802.15.4定義了兩個物理層標(biāo)準(zhǔn)，分別是 2.4GHz物理層和 868/915GHz物理層[2]。2.4GHz波段為全球統(tǒng)一的無需申請的 ISM頻段，有助于 ZigBee設(shè)備的推廣和生產(chǎn)成本的降低。 2.4GHz的物理層通過采用高階調(diào)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、更小的通信時延和更短的工作周期。主要適合用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。

3 系統(tǒng)設(shè)計
3.1 系統(tǒng)框架
本文提出一種比較理想的母線測溫方案：以 Zigbee為無線傳感器網(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，采用一線式數(shù)字溫度傳感器 DS18B20為溫度采集裝置的高壓母線溫度測量方案，系統(tǒng)框架如圖 2。

無線溫度測量系統(tǒng)由三部分組成，如圖 2系統(tǒng)框架圖所示：