基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

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1、基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)ThesisSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofElectricalEngineeringMONITORINGSYSTEMOFTRANSFORMERRUNNINGSTATUSBASEDONWIRELESSSENSORNETWORKbyZhengShuangSupervisor:Professor.MaoYizhiNovember2012河北工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)

2、測(cè)系統(tǒng)摘要電力系統(tǒng)作為關(guān)系經(jīng)濟(jì)、民生的基礎(chǔ)性行業(yè)，其安全運(yùn)行是非常重要的，其中電力設(shè)備自身的安全運(yùn)行問(wèn)題是影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要方面，而變壓器作為電力系統(tǒng)中的主要電氣設(shè)備一旦發(fā)生事故將造成嚴(yán)重的損失并且需要較長(zhǎng)時(shí)間去修復(fù)。長(zhǎng)期以來(lái)，電力系統(tǒng)內(nèi)對(duì)變電站中變壓器的運(yùn)行和維護(hù)主要是采用事后維修、預(yù)防型維修和計(jì)劃?rùn)z修等方式，但是，這些檢修方式都存在著一些不可避免的弊端。隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，電力設(shè)備由定期檢修逐漸向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變已成為了一種發(fā)展趨勢(shì)，于是設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生，因此對(duì)變壓器的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)

3、測(cè)對(duì)于電網(wǎng)來(lái)說(shuō)意義重大。然而，現(xiàn)有的變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)一般都是通過(guò)有線的介質(zhì)進(jìn)行通信，例如電線、光纜等，通信介質(zhì)通過(guò)物理的實(shí)地連接都要受到布線的限制，并且變電站設(shè)備雜多、信號(hào)繁多，線路的布置和更改都不容易，網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)、擴(kuò)展不方便，安裝維護(hù)也很復(fù)雜。這給綜合布線及檢查維修帶來(lái)了不便，工程量大，同時(shí)安裝、維護(hù)費(fèi)用高，因此開發(fā)一種無(wú)線的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)和故障預(yù)警系統(tǒng)對(duì)于保障電力設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行和降低監(jiān)測(cè)設(shè)備成本，提高變電站的自動(dòng)化水平有著重要的意義。本文采用的通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)變壓器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)，避免了布線

4、繁瑣、擴(kuò)展及維護(hù)不方便等特點(diǎn)，并且大大降低了監(jiān)測(cè)成本，具有很高的推廣價(jià)值。根據(jù)變電站內(nèi)的實(shí)際情況，結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計(jì)。整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)三種類型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)構(gòu)建網(wǎng)狀形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的組建，系統(tǒng)通過(guò)在監(jiān)測(cè)區(qū)域部署的終端節(jié)點(diǎn)來(lái)完成對(duì)各變壓器運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，由路由器節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)以延長(zhǎng)通信距離和擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，各傳感器終端節(jié)點(diǎn)采集到的信息通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最終將傳輸至協(xié)調(diào)器，經(jīng)協(xié)調(diào)器匯聚后通過(guò)串口發(fā)送到PC機(jī)處理，從而完成對(duì)變

5、電站內(nèi)各變壓器運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在硬件設(shè)計(jì)部分，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了硬件選型，選擇了ZigBee新一代片上系統(tǒng)解決方案CC2530做為主控芯片，并對(duì)各節(jié)點(diǎn)主要電路設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，其中對(duì)終端節(jié)點(diǎn)的信號(hào)采集電路部分進(jìn)行了針對(duì)性的分析和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了溫度傳感器DS18B20和MQ-8系列氫氣傳感器模塊的電路設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)部分，深入研究了ZigBee的協(xié)議棧Z-Stack的結(jié)構(gòu)，對(duì)協(xié)議棧各層的功能和再次開發(fā)做了大量的工作，成功實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的收發(fā)，并對(duì)DS18B20溫度傳感器和MQ-8系列氫氣傳感器模塊進(jìn)行了

6、軟件編程，編寫了相對(duì)應(yīng)的信號(hào)采集程序，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信號(hào)的采集。如何將ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于變電站內(nèi)運(yùn)行中變壓器的狀態(tài)信息的監(jiān)測(cè)是本文的重點(diǎn)內(nèi)容，也是本文的創(chuàng)新點(diǎn)。除上述內(nèi)容之外，一個(gè)優(yōu)秀的人機(jī)界面作為計(jì)算機(jī)與人之間進(jìn)行信息交互的紐帶，在自動(dòng)化集成系統(tǒng)中已成為了不可或缺的重要組成部分。因此本文還利用LabVIEW軟件開發(fā)設(shè)計(jì)了一個(gè)具有針對(duì)性的變壓器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的人機(jī)監(jiān)測(cè)界面，用來(lái)顯示通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)信息以達(dá)到對(duì)變壓器運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)界面具有曲線顯示、聲光故障報(bào)警以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，工程技

7、術(shù)人員可以通過(guò)監(jiān)測(cè)界面及時(shí)、直觀的了解到變壓器的實(shí)際運(yùn)行情況。監(jiān)測(cè)界面的設(shè)計(jì)部分包括了登陸界面及程序的設(shè)計(jì)、啟動(dòng)界面及程序的設(shè)計(jì)、主面板界面及程序的設(shè)計(jì)、串口通信程序的設(shè)計(jì)、變壓器監(jiān)測(cè)界面及程序i基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及報(bào)表生成程序的設(shè)計(jì)，文中介紹了使用美國(guó)國(guó)家儀器（NI）公司的LabVIEW軟件來(lái)設(shè)計(jì)開發(fā)變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)人機(jī)界面的具體過(guò)程，并對(duì)其中部分重要環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)方法做了詳細(xì)的介紹。在文章的最后，針對(duì)本文所設(shè)計(jì)的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)測(cè)試，用

8、以驗(yàn)證監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可行性。測(cè)試包括了無(wú)線組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)采集和收發(fā)實(shí)驗(yàn)、上位機(jī)監(jiān)測(cè)界面運(yùn)行實(shí)驗(yàn)以及采集數(shù)據(jù)的歸檔保存情況等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)證明，本文所設(shè)計(jì)的基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)狀況良好，采集到的數(shù)據(jù)信息能夠通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全傳送至接收端，上位機(jī)LabVIEW監(jiān)測(cè)界面運(yùn)行情