基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)變壓器運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

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

2、測系統(tǒng)摘要電力系統(tǒng)作為關(guān)系經(jīng)濟、民生的基礎(chǔ)性行業(yè)，其安全運行是非常重要的，其中電力設(shè)備自身的安全運行問題是影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的一個重要方面，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時間去修復(fù)。長期以來，電力系統(tǒng)內(nèi)對變電站中變壓器的運行和維護主要是采用事后維修、預(yù)防型維修和計劃檢修等方式，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，于是設(shè)備的在線監(jiān)測系統(tǒng)就應(yīng)運而生，因此對變壓器的狀態(tài)進行實時監(jiān)

3、測對于電網(wǎng)來說意義重大。然而，現(xiàn)有的變電站綜合自動化系統(tǒng)一般都是通過有線的介質(zhì)進行通信，例如電線、光纜等，通信介質(zhì)通過物理的實地連接都要受到布線的限制，并且變電站設(shè)備雜多、信號繁多，線路的布置和更改都不容易，網(wǎng)絡(luò)的升級、擴展不方便，安裝維護也很復(fù)雜。這給綜合布線及檢查維修帶來了不便，工程量大，同時安裝、維護費用高，因此開發(fā)一種無線的電力設(shè)備在線監(jiān)測和故障預(yù)警系統(tǒng)對于保障電力設(shè)備安全穩(wěn)定運行和降低監(jiān)測設(shè)備成本，提高變電站的自動化水平有著重要的意義。本文采用的通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對變壓器進行實時監(jiān)測的系統(tǒng)，避免了布線

4、繁瑣、擴展及維護不方便等特點，并且大大降低了監(jiān)測成本，具有很高的推廣價值。根據(jù)變電站內(nèi)的實際情況，結(jié)合無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)和監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計需求對監(jiān)測系統(tǒng)進行了總體設(shè)計。整個監(jiān)測系統(tǒng)由協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點和終端節(jié)點三種類型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，通過構(gòu)建網(wǎng)狀形拓撲結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的組建，系統(tǒng)通過在監(jiān)測區(qū)域部署的終端節(jié)點來完成對各變壓器運行狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，由路由器節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)以延長通信距離和擴大網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，各傳感器終端節(jié)點采集到的信息通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最終將傳輸至協(xié)調(diào)器，經(jīng)協(xié)調(diào)器匯聚后通過串口發(fā)送到PC機處理，從而完成對變

5、電站內(nèi)各變壓器運行狀態(tài)的實時監(jiān)測。在硬件設(shè)計部分，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進行了硬件選型，選擇了ZigBee新一代片上系統(tǒng)解決方案CC2530做為主控芯片，并對各節(jié)點主要電路設(shè)計進行了詳細的說明，其中對終端節(jié)點的信號采集電路部分進行了針對性的分析和設(shè)計，實現(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。在軟件設(shè)計部分，深入研究了ZigBee的協(xié)議棧Z-Stack的結(jié)構(gòu)，對協(xié)議棧各層的功能和再次開發(fā)做了大量的工作，成功實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的收發(fā)，并對DS18B20溫度傳感器和MQ-8系列氫氣傳感器模塊進行了

6、軟件編程，編寫了相對應(yīng)的信號采集程序，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)信號的采集。如何將ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于變電站內(nèi)運行中變壓器的狀態(tài)信息的監(jiān)測是本文的重點內(nèi)容，也是本文的創(chuàng)新點。除上述內(nèi)容之外，一個優(yōu)秀的人機界面作為計算機與人之間進行信息交互的紐帶，在自動化集成系統(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)計了一個具有針對性的變壓器監(jiān)測系統(tǒng)的人機監(jiān)測界面，用來顯示通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)信息以達到對變壓器運行狀態(tài)的實時監(jiān)測。監(jiān)測界面具有曲線顯示、聲光故障報警以及數(shù)據(jù)存儲等功能，工程技

7、術(shù)人員可以通過監(jiān)測界面及時、直觀的了解到變壓器的實際運行情況。監(jiān)測界面的設(shè)計部分包括了登陸界面及程序的設(shè)計、啟動界面及程序的設(shè)計、主面板界面及程序的設(shè)計、串口通信程序的設(shè)計、變壓器監(jiān)測界面及程序i基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的變壓器運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計以及報表生成程序的設(shè)計，文中介紹了使用美國國家儀器（NI）公司的LabVIEW軟件來設(shè)計開發(fā)變壓器運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)人機界面的具體過程，并對其中部分重要環(huán)節(jié)的設(shè)計方法做了詳細的介紹。在文章的最后，針對本文所設(shè)計的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的變壓器運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)進行了相關(guān)的實驗測試，用

8、以驗證監(jiān)測系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性和可行性。測試包括了無線組網(wǎng)實驗、數(shù)據(jù)采集和收發(fā)實驗、上位機監(jiān)測界面運行實驗以及采集數(shù)據(jù)的歸檔保存情況等。通過實驗結(jié)果和數(shù)據(jù)證明，本文所設(shè)計的基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的變壓器運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確采集監(jiān)測點的數(shù)據(jù)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)狀況良好，采集到的數(shù)據(jù)信息能夠通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安全傳送至接收端，上位機LabVIEW監(jiān)測界面運行情