楊逸晴 盧志鵬 馮海清 惠杰

摘 要 電力變壓器是電力系統(tǒng)中的一種重要的輸變電設(shè)備。對(duì)于電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精確監(jiān)控，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常問題，并采取相應(yīng)措施對(duì)相關(guān)故障進(jìn)行及時(shí)有效的處理。進(jìn)而使電力系統(tǒng)具備更高的安全性、經(jīng)濟(jì)性與可靠性。本文對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下電力變壓器溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了研究和探討。

【關(guān)鍵詞】無線傳感器 網(wǎng)絡(luò) 電力變壓器 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

在過去，傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)工作主要采用人工定期巡檢方式，既耗時(shí)又費(fèi)力；隨著科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展，在無線網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)下建立電力變壓器溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)手段已經(jīng)日趨成熟，對(duì)電力變壓器溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)不僅可以使電力系統(tǒng)實(shí)時(shí)安全性得到大幅提升，也可以使變壓器的維護(hù)與保養(yǎng)水準(zhǔn)達(dá)到更高的要求。

1 電力變壓器溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理

電力變壓器在無線網(wǎng)絡(luò)下的測(cè)試監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要通過在變壓器終端設(shè)置一種特殊的信號(hào)接收儀器來實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器繞組數(shù)據(jù)及變壓器內(nèi)部溫度狀態(tài)信息的不間斷收集與監(jiān)測(cè)。利用無線網(wǎng)絡(luò)信息傳輸手段來將變壓器終端狀態(tài)的相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)向監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行不間斷的反饋，以使監(jiān)測(cè)中心可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器終端出現(xiàn)的各種異常情況與運(yùn)行故障，準(zhǔn)確判斷故障發(fā)生位置，并將相關(guān)故障信息及時(shí)發(fā)送給檢修人員，使其可以在第一時(shí)間趕到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)變壓器出現(xiàn)的運(yùn)行故障進(jìn)行維修等處理，最終實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行系統(tǒng)的遠(yuǎn)程無線網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。

在電力變壓器無線溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，首先通過溫度傳感器來收集變壓器工作狀態(tài)信息，然后利用無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送模塊將相關(guān)信息發(fā)送至無線網(wǎng)絡(luò)信息接收模塊，接收模塊將信息傳遞到中央處理器，由中央處理器對(duì)信息進(jìn)行分析處理并發(fā)送至相應(yīng)編號(hào)的服務(wù)器，不同編號(hào)的服務(wù)器具有各自不同的地址編碼，因此在監(jiān)測(cè)中心可以區(qū)分不同服務(wù)器所顯示的變壓器實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度數(shù)據(jù)，如果運(yùn)行出現(xiàn)故障，該故障即可以被準(zhǔn)確定位并及時(shí)進(jìn)行處理。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)

2.1 GPRS技術(shù)

GPRS是英語General Packet Radio Service的縮寫，即通用分組無線服務(wù)。該項(xiàng)服務(wù)主要采用分組交換技術(shù)，是一種效率較高的數(shù)據(jù)傳輸模式，在承載業(yè)務(wù)中也屬于比較新興的一類。該服務(wù)模式的前身是GSM系統(tǒng)，其主要的服務(wù)對(duì)象是GSM用戶，通過分組形式來為其服務(wù)對(duì)象提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。GPRS所采用的無線調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)、頻帶、TDMA幀結(jié)構(gòu)與跳頻規(guī)則，以及突發(fā)結(jié)構(gòu)等均與GSM技術(shù)相同。其分組數(shù)據(jù)信道也同目前的電路交換語音業(yè)務(wù)采用了大致相同的設(shè)計(jì)，從而可以使現(xiàn)存的基站子系統(tǒng)可以提供較為全面的覆蓋。由于GPRS的應(yīng)用，使用戶在各端之間以分組轉(zhuǎn)移的模式進(jìn)行信息的接收與發(fā)送成為可能，可以有效節(jié)省出電路交換模式中曾經(jīng)被占用的網(wǎng)絡(luò)資源。這樣就為用戶提供了價(jià)格更為合理且效率更高的通用分組無線服務(wù)，此類服務(wù)特別適用于間斷的、少量的、頻繁的或突發(fā)性的信號(hào)傳輸領(lǐng)域。

2.2 ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)屬于一種新興的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其主要特點(diǎn)包括距離近、數(shù)據(jù)速率低、成本低、復(fù)雜程度低、功耗低等。這種技術(shù)提案介于藍(lán)牙技術(shù)與無線標(biāo)記技術(shù)之間，其前身是FireFly技術(shù)或HomeRF Lite技術(shù)，主要應(yīng)用領(lǐng)域是短距離的無線連接與數(shù)據(jù)傳輸?shù)取Ｔ擁?xiàng)技術(shù)的傳輸距離在十米到一百米之間，利用免費(fèi)的2.4GHz波段作為工作頻段，通過擴(kuò)頻技術(shù)與跳頻技術(shù)的應(yīng)用，使最高傳輸速率可以達(dá)到250Kb/s；同時(shí)，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還具備Master/Slave的屬性，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。ZigBee技術(shù)要達(dá)到的主要目的就是建立一種高性價(jià)比的、可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間不間斷的控制與監(jiān)測(cè)的、低功耗的可靠無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。同時(shí)也帶動(dòng)了一套全球一體化的、開放的和完整的標(biāo)準(zhǔn)，這一解決方案的互操作性得到了全球相關(guān)領(lǐng)域的普遍認(rèn)可。

3 電力變壓器溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

電力變壓器溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本單元是溫度傳感器的各個(gè)子節(jié)點(diǎn)模塊，該基本單元主要負(fù)責(zé)對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)域的運(yùn)行溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與發(fā)送，主要包含數(shù)據(jù)處理模塊、電源模塊、通信模塊以及數(shù)據(jù)采集模塊這四個(gè)組成部分。因?yàn)楸槐O(jiān)測(cè)的區(qū)域處于變電站中的變電箱之內(nèi)，在子節(jié)點(diǎn)的電力供應(yīng)方面主要采取電池供電的方式。因?yàn)殡姵赝荒芴峁┯邢薜哪芰?，在進(jìn)行通信協(xié)議設(shè)計(jì)與節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)的過程中，尤其應(yīng)當(dāng)注意對(duì)節(jié)點(diǎn)的能耗加以控制；不同模塊均應(yīng)以低功耗為重要的選擇原則。

同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)重視電力變壓器溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)匯聚節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)工作。電力變壓器溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的匯聚節(jié)點(diǎn)是整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯集中心，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、調(diào)度、查詢、管理以及數(shù)據(jù)融合等處理工作。其主要任務(wù)為：對(duì)子節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行加以控制、通過無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)或以太網(wǎng)來上傳信息，接收子節(jié)點(diǎn)收集的相關(guān)信息和上級(jí)用戶下達(dá)的各項(xiàng)指令等。換言之，匯聚節(jié)點(diǎn)是一座架設(shè)在用戶與傳感器之間的通訊橋梁。

4 結(jié)語

總而言之，電力變壓器是電力系統(tǒng)中的一種重要的輸變電設(shè)備。對(duì)于電力變壓器運(yùn)行狀態(tài)的精確監(jiān)控，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常，并采取相應(yīng)措施對(duì)相關(guān)故障進(jìn)行及時(shí)有效的處理。進(jìn)而使電力系統(tǒng)具備更高的安全性、經(jīng)濟(jì)性與可靠性。本文對(duì)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下電力變壓器溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了分析和研究。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

1.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司培訓(xùn)中心 山東省濟(jì)南市 250000

2.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司 山東省濟(jì)南市 250002

3.國(guó)網(wǎng)濟(jì)南供電公司 山東省濟(jì)南市 250001

4.國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司 山東省濟(jì)南市 250118