如何使用ZigBee技術(shù)進(jìn)行斷路器操動機(jī)構(gòu)溫濕度在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說明

　　設(shè)計(jì)提出了一種利用新型低功率、低成本的 ZigBee 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對斷路器操動機(jī)構(gòu)內(nèi)溫濕度在線監(jiān)測的方法。系統(tǒng)采用了一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度傳感器芯片 SHT11 來對溫濕度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求及預(yù)實(shí)現(xiàn)的功能，將系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)分為 SHT11 傳感器采集部分、無線數(shù)據(jù)傳輸部分和上位機(jī)監(jiān)測三個(gè)部分。在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方面，主要是針對數(shù)據(jù)采集部分和無線數(shù)據(jù)傳輸部分的設(shè)計(jì)。選用 TI 公司的 CC2430 芯片為主控芯片，根據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，將硬件劃分為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)三部分，設(shè)計(jì)了各節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)框圖。完成了射頻及擴(kuò)展電路、傳感器電路、電源供電電路、接口電路、串口通信電路、按鍵及液晶顯示電路、報(bào)警及復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。

　　在系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)方面，采用 IAR 開發(fā)環(huán)境編寫和編譯傳感器節(jié)點(diǎn)程序，設(shè)計(jì)了協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的軟件流程圖，實(shí)現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集溫濕度信號及傳感器節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸功能。

　　系統(tǒng)上位機(jī)軟件采用 LabVIEW 開發(fā)環(huán)境，描述了上位機(jī)系統(tǒng)預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)的功能。設(shè)計(jì)了上位機(jī)軟件開發(fā)流程，主要分為用戶管理、系統(tǒng)設(shè)置、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)顯示、和歷史數(shù)據(jù)五部分。利用 LabVIEW 軟件完成了狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)上位機(jī)監(jiān)測界面的設(shè)計(jì)并給出了上位機(jī)監(jiān)測的實(shí)際顯示功能、曲線報(bào)表及數(shù)據(jù)存儲功能等。

　　電氣設(shè)備在線監(jiān)測就是利用傳感器將運(yùn)行中一次設(shè)備的狀態(tài)量進(jìn)行采集、傳輸和處理，將難以實(shí)際觀測到的狀態(tài)量以圖表、曲線等直觀可檢測量表現(xiàn)出來，以實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行中一次電氣設(shè)備狀態(tài)連續(xù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和診斷。電氣設(shè)備在線監(jiān)測，實(shí)際上就是為了維護(hù)和保持電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對重要的電氣設(shè)備運(yùn)行情況參數(shù)進(jìn)行觀測和診斷，監(jiān)測的主要目的就是要第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常狀態(tài)和故障情況，在可能發(fā)生故障或更嚴(yán)重故障前提醒工作人員，及時(shí)避免事故的發(fā)生，從而使電力系統(tǒng)所受的損害降到最低。對電氣設(shè)備傳統(tǒng)的監(jiān)測方法就是人工的對設(shè)備進(jìn)行巡視和在固定的檢修周期內(nèi)對設(shè)備進(jìn)行檢修預(yù)試工作，但人工巡視只能通過設(shè)備外觀，儀器儀表等直觀監(jiān)測量加以判斷，受巡視次數(shù)和精細(xì)度的影響，人工巡視弊端較大，很多重要非電量參數(shù)憑借肉眼觀察無法觀測到，此外人工巡視還有效率低下，受人為因素影響較大等諸多不利因素。對設(shè)備進(jìn)行檢修預(yù)試工作使設(shè)備缺陷和故障能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)和處理，但檢修預(yù)試工作更多的是在停電的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，不能對實(shí)際運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行處理，受固定的檢修周期和停電周期的影響，不可能做到對設(shè)備缺陷和故障實(shí)時(shí)的發(fā)現(xiàn)和處理。隨著計(jì)算機(jī)和傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展，電氣設(shè)備的在線監(jiān)測也想著智能化、自動化的方向發(fā)展，很多重要的非電量參數(shù)需要相應(yīng)的傳感器來進(jìn)行采集和處理，這就為傳感器技術(shù)的發(fā)展提供了平臺和廣闊的應(yīng)用前景。

　　運(yùn)維人員應(yīng)實(shí)時(shí)掌握變電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)，對于可能發(fā)生的事故和隱患要做到提前預(yù)防，發(fā)生異常情況要第一時(shí)間做出反應(yīng)并以最有效的方法進(jìn)行處理，這就要求在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠做到實(shí)施的報(bào)警、顯示功能，及時(shí)提醒運(yùn)維人員設(shè)備的異常數(shù)據(jù)，運(yùn)維人員在現(xiàn)場解決不了的可通知專業(yè)班組的檢修人員來進(jìn)行缺陷的消除，維護(hù)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。國內(nèi)外的研究表明，高壓斷路器實(shí)施狀態(tài)監(jiān)測經(jīng)濟(jì)效益顯著，可以有效減少斷路器故障帶來的經(jīng)濟(jì)損失。國際大電網(wǎng)會議關(guān)于高壓斷路器故障的統(tǒng)計(jì)調(diào)查顯示：SF6 斷路器操動機(jī)構(gòu)方面的事故占有較高比例，約為大事故率的 43%和小事故率的 44%，因此，加強(qiáng)對斷路器在線監(jiān)測具有十分重要的意義。

　　目前常規(guī) 500kV 變電站內(nèi)的電氣設(shè)備在線監(jiān)測裝置是將傳感器發(fā)出的信號通過電纜等二次線傳輸至子站和后臺，采用的是傳統(tǒng)的電纜傳輸數(shù)據(jù)的方式，變電站內(nèi)一次設(shè)備排布十分密集，加上變電站面積很大，電氣設(shè)備的二次線長度很長，除了站內(nèi)電纜溝的走向復(fù)雜外，其造價(jià)成本很高，加上電纜老化會使其絕緣性能降低，還有電磁干擾、操作過電壓以及環(huán)境因素等都會影響到設(shè)備傳輸信號的可靠性，并且傳感器的安裝位置收到實(shí)際條件的限制，加上每個(gè)變電站由于接線方式不同而導(dǎo)致被檢測設(shè)備的位置也不固定，無形中浪費(fèi)了大量的物質(zhì)資源，這是傳統(tǒng)有線傳輸方式最大的弊端。本文設(shè)計(jì)的溫濕度在線監(jiān)測系統(tǒng)就是利用 ZigBee 無線傳輸技術(shù)，摒棄了傳統(tǒng)的有線傳輸方式，使得被檢測點(diǎn)的選址十分靈活，可以根據(jù)實(shí)際情況增加或減少終端節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，避免了布線的麻煩，減少了電纜的投資，減輕了有線傳輸方式給電力工作人員帶來的困擾。