ZigBee在電力系統溫度測量中的應用

1引言
隨著現代電力系統向著高電壓、大機組、大容量的迅速發展，對供電可靠性的要求也越來越高。發電廠、變電站的高壓開關柜是重要的電氣設備。在設備長期運行過程中，開關柜中的母線接點、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，電力系統發生事故原因中有相當一部分與發熱問題有關。因此，電氣設備溫度在線監測問題己經成為電力系統中電氣設備安全運行所急需解決的實際問題，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溫度。當溫升超過允許值時，必須發出報警信號及時提醒有關人員采取措施，避免事故的發生。
由于開關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，且結構狹小，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檢測中的一個難題。現有的測溫系統根據數據傳輸方式有三類：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，網點數多，電壓高，電磁干擾強。普通電纜顯然是不行的。光纖式溫度在線監測裝置，一般是采用光纖傳導信號，不受高壓和環境的干擾。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。基于這些可以使用無線傳輸，高壓電會產生很強的電磁場，對無線電波干擾很大，需要選擇適當頻率的無線網絡，另外測溫設備要用電池供電，測溫設備必須低功耗，工作時間長。體積小，易安裝。盡管國內外已經研究了多種方案來監測母線溫度，但均有一定的局限性和不足。Zigbee無線網絡的低成本、短時延、免執照頻段、高安全、近距離、低復雜度，低功耗等優點，滿足高壓母線測溫的條件，是解決的良好途徑。2 ZigBee技術
1999年，藍牙熱潮席卷全球，然而發展數年，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無線個人區域網（PAN）工作組的 IEEE802.15.4技術標準是 ZigBee技術的基礎。 IEEE802.15.4滿足國際標準組織（ ISO）開放系統互連（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需申請的 ISM頻段，有助于 ZigBee設備的推廣和生產成本的降低。 2.4GHz的物理層通過采用高階調制技術能夠提供 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程控制領域，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測溫方案：以 Zigbee為無線傳感器網絡，以太網（或高速 RS-485）為骨干網， CC2430低功耗單片機為傳感器控制核心，采用一線式數字溫度傳感器 DS18B20為溫度采集裝置的高壓母線溫度測量方案，系統框架如圖 2。

無線溫度測量系統由三部分組成，如圖 2系統框架圖所示：