基于ZigBee的智能变电站热点温度远程监测系统研究

施超　徐迹　林俏　蔡年群　卢艳

【摘 要】针对当前变电站设备温度监测误测、漏测的问题，结合智能检测及物联网技术，设计一种智能变电站设备热点温度远程监测系统，系统分为无线传感网络单元、智能管理单元、网络智能管理单元三个单元，数据采集、传送及远程监测实现了实时性和有效性。试验测试表明，采集的数据准确，实现了监控系统的智能化。

【关键词】温度监测系统；ZigBee；变电站；无线温度传感器；远程监测系统

0 引言

在电力系统中，电气设备运行温度对设备的正常运行起到至关重要的作用，供电负荷的增加和供电设备的老化对变电站的设备提出了更高的要求，变电站内部的电缆接头、母线连接点及刀闸接头等触点温度过高会造成变电站的运行异常，甚至发生火灾、爆炸。近年来，对变电站温度的实时监测已经成为一个研究的研究热点。通过对变电站电气设备的温度进行实时监测，值班人员能够及时发现问题，消除隐患，确保变电站和电力系统的安全运行。

目前，对变电站热点温度的监测方法有红外测温法和蜡片法，这些方法适合现场测试，测试的精度及时效性较差。因此，本文运用ZigBee无线传感器技术，以无线的方式进行站内温度监控，以通用分组无线服务技术通信方式发送报警信息，对可能发生故障的装置和节点实现提前预警，运检人员可由此进行针对性的检查和排障，节省了人力，提高了效率。

1 检测方法比较与选择

目前对变电站热点采用的方法较多，如可变色发光材料、红外测温、光纤测温、无线系统测温等，但可变色发光材料、红外测温、光纤测温等传统的测温方式都存在一定的不足，如需要人工干预，造价较高，有安全隐患等。无线测温系统在实时性、测量精度、性价比等方面优势明显。无线测温就是将安装在变电站电气设备热点位置的传感器测量到的温度数据通过无线网络发送到数据接受主机上，通过监控主机，变电站运行人员可以及时了解变电站设备热点温度信息，实现对变电站设备的智能监测。

监测系统前端传感器采集温度数据进行无线传输的协议有很不同的种类，以蓝牙与 ZigBee协议为典型代表，蓝牙传输速度快，但功率较大，成本高，适合距离较短的数据传送，ZigBee传输可靠性高，功耗小，成本低，温度监测系统中进行传输的数据以控制信息、文本数据信息为主体，同时，由于变电站设备所处的高压强磁场的环境，要求传输系统的抗干扰性能要好。和蓝牙传输相比，ZigBee协议在测温系统的构建中具有更好的适用性。

2 远程监测系统构成

变电站设备热点远程监控系统的设计中，综合考虑了系统安装的灵活性、布线的合理性、监控成本的经济性、设备工作环境的复杂性等多方面因素，在电站数据采集和信息传输、各监测节点数据的整合、远程监控及浏览查询等方面进行了较为深入的研究，变电站远程监控系统通过无线传输网络对变电站热点参数进行采集及控制，并通过数据库及B/S架构实现数据处理及多种途径的查询。因此，从远程智能监控系统实现的功能上分，将变电站设备热点温度监控系统分为无线传感网络单元、智能管理单元、网络智能管理单元三个单元，如图1。

3 系统硬件设计

3.1 无线传感网络单元温度传感器设计

该监控系统中，无线传感网络由温度传感器节点和无线网关板组成，电气设备热点温度数据通过无线传感网络与网关板进行传递。温度传感器结构如图2所示。

无线温度传感器由DS18B20温度传感器、CC2530微处理器以及电源模块构成。利用DS18B20采集被测点温度，利用CC2530控制器读取温度数据并实现ZigBee无线通信技术的灵活组网，CC2530模块和DS18B20模块均具有低功耗运行模式。

3.2 智能管理单元温度监控设计

智能管理单元实现对无线传感器网络单元上传的数据的处理，依据数据处理结果向网关板发送控制信号调节设备工作状态，发现设备温度异常情况进行通知并记录，保存设备温度数据，通过GPRS上传数据至网络数据库，整体结构如图3所示。

智能管理单元监测部分负责采集所对应子网内被测节点的温度数据，并具有提前预警、超温报警、实时显示等功能。通过CAN总线或以太网与网络数据处理单元进行实时通信，ZigBee模块完成与温度传感器之间的通信。当设备温度出现异常时，GPRS短信模块及时将异常状况信息及位置信息以短信模式下发给工作人员，为工作人员及时掌握和处理现场异常状况提供帮助。

3.3 网络数据处理单元温度监控设计

网络数据处理单元接收智能管理单元上传的电站（下转第6页）（上接第47页）数据并存入数据库，并将收到的指令解析后通过CAN总线或光纤以太网按照既定规约下发到各个无线传感网络中，各个节点将处理好的数据上传给管理主机，管理主机对站内所有温度数据进行分类处理，并将結果以标准通信协议封装传送至监控中心或管理员手机。

4 应用实例

系统应用于一个110kV变电站的一次设备，包括母线、电缆头、变压器绕组、断路器触点等热点温度，选择不同的测试热点，可以实时监控到温度数值和温度状态，绿色表示正常，橙色表示警告，红色表示故障，如图4所示。

通过实际测试应用，变电站设备热点温度监控系统采集的数据准确，实现了长时间、不间断的数据采集，大大节省了人力物力，实现了监控系统的智能化。

5 结论

针对变电站设备热点温度实时在线远程监测问题，提出了一种基于ZigBee技术的无线智能测温系统，系统以ATM920T为核心完成了硬件系统的设计，并对变电站设备工作环境中高压、高温、强磁场等影响数据采集及检测精度的问题进行了研究，实时性强，适合工业控制场所，减少了工作人员的巡检次数，为用户提供了一种高性能的在线监测方式。

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[责任编辑：田吉捷]