变电站无线测温技术的应用分析与研究

2016-03-13庞伟生李小晖樊晓苹杨俊俊孙永发

工程技术研究 2016年12期

关键词：测温变电站无线

庞伟生，李小晖，樊晓苹，杨俊俊，孙永发

（海北供电公司，青海海北 812200）

变电站无线测温技术的应用分析与研究

庞伟生，李小晖，樊晓苹，杨俊俊，孙永发

（海北供电公司，青海海北 812200）

伴随城市建设对电力需求的日益增大，变电站中某些设备局部经常要处于长期高负荷运行状态。它所导致的温度偏高很容易引发火灾或爆炸等恶性事故，造成极为不利的经济损失及社会影响。因此有必要对变电站设备进行温度实时监控。文章所提出的是融合了无线传感器网络与信息网络通信处理技术的WSN技术，它功耗成本低、分布式广、易于铺设、鲁棒性强且监测定点精度较高，已经被现代区域变电站所广泛采用。文中探讨它的网络结构以及它在变电站设备无线测温方面的具体应用。

WSN无线传感器网络；无线测温技术；变电站；结构

传统变电站设备测温技术偏向于人工红外温度测试，它主要针对设备的接头实施逐点测温，其弊端就在于人工劳动工作量较大且对人体具有直接辐射伤害，技术方面也存在错报、漏报现象。WSN（Wireless Sensor Network，无线测温网络）这种新兴温度实时监控手段的出现就解决了上述问题，而且它简约的设备构造也减少了对变电站的占用空间，安装维护相对更加方便。如果将变电站全部无线测温节点组合形成一套无线传感器网络，就能充分彰显它之于现代化智能监测技术的优越性。

1 WSN的特点及结构分析

1.1 WSN的基本特点分析

WSN属于较为特殊的无线移动网络，它在结构方面近似于无线自组网，是没有固定基础结构的网络类型。但相比于传统网络，它还具有许多突出特点。

（1）它的结构简单且资源有限，基本上它对节点的定位相对廉价，所以它的存储、通信及计算能力相对有限。通常情况下，WSN都由计算、通信、传感器电源这4大模块共同构成，由于传感器节点一般都会采用电池供电，且在长期设备运行过程中很难更换电池，所以当电量耗尽后该节点就会失去功能效用。基于此问题就形成了WSN必须最小化网络能耗、最大化网络寿命的基本特征。

（2）它拥有分布密集且无中心的大量节点，有时针对某一区域的监测任务执行可能会投入数万个传感器节点。这些节点相互之间都具有较高的通信衔接度。由于融合了独立的路由功能与信息采集功能，因此它们提高了系统的抗毁性与容错性，任意节点都能随时离开WSN，如此一来即使有部分节点失去效能也依然不会对整个设备正产运作产生影响。

（3）它拥有较强的动态拓扑性能。因为WSN本身是动态网络，所以它的网络拓扑结构及功能是会随时发生改变的。在这其中，网络节点可能因为故障或电池耗尽而停止工作退出网络运行机制，也有可能被重新添加进来，如此往复形成WSN网络节点循环，促成动态体系。节点在WSN中的分布是按照分层协议及分布式算法协调形成的，也就是说当设备开始运行以后所有节点就会快速、自动组成独立网络，随时对网络结构的拓扑变化做出回应，以确保WSN的活性。

（4）WSN是以数据管理为核心的，特别对技术观察人员而言，所最关心的点就是传感器节点所能感知到的具体数据参数。举例来说，在变电站节点测温系统应用中，技术观察人员所希望了解的问题就包括“穿墙套管的实际温度”、“母线桥变压器的温度是否超标”等。如果以数据管理为核心，WSN在设计方面就能够更加人性化、智能化，真正将网络技术与数据库技术联系起来，形成高性能数据中心网络系统，确保数据处理和传输更加方便，也同时让WSN在运作过程中更加透明化[1]。

1.2 WSN的网络结构分析

（1）节点结构分析。WSN还是以网络为主，它的大量传感器节点被密集布置于所监测的对象环境中，所以WSN没有专门路由器节点。它的每一个节点既是路由器节点，也是终端传感节点。而且这些节点也能自动组成网络，启动多跳路由机制展开通信功能。所以从这方面来看，这种节点结构在硬件能耗方面相当低，且具有无线传输模式，而且它也支持多跳路由协议。

从WSN传感节点来讲，它主要包括了传感器、处理器、无线收发器以及能量供应4部分模块。其中传感器模块主要负责变电站监测区的数据采集及转换，它可以将所测量到的物理量转化为诸如电感、电阻、电容这样的电子参数数据，实现电子特性变化目标。然后将这些数据参数转化为电信号，再经处理转化为数字信号；处理器模块主要以WSN节点作为计算核心，负责实现包括节点设备控制、路由协议、同步定位、任务及功耗管理在内的一切设备维护任务；无线通信模块则实现了节点之间的无线通信联系，主要负责收发数据等工作。无线通信由于设计高技术含量工作内容，所以它的能耗最高，这就需要能量供应模块能够尽可能采用太阳能电池板，增加续航能力，而不是化学电池。因为这样也可以延长WSN技术设备的使用寿命。

（2）通信结构分析。WSN的通信结构也是一传感器节点展开，不过这些节点被随机布置于被检测区域内，通信功能所要实现的就是在区域内收集数据，实现各个节点之间的相互网络连接。传感器同时也拥有强大的自组织功能，可以以多跳中继方式来实现对汇聚节点的信息采集及传送。最后WSN会将节点汇聚将所收集数据全部传送到计算机上以供技术观察人员判断并作出下一步设备运行决策。

在变电站中，传感器节点主要基于认为设定位置进行安放，这样就能精确实时监测到变电站设备的温度变化。它所采用的并不是随机布置节点，它的所有节点都会安装在WSN所要监测的对象设备上，例如电容器、变压器、穿墙套管等等，这样就加快也精确了信息的收集与转发效率[2]。

2 WSN在变电站无线测温技术中的应用

WSN在变电站中的无线测温技术应用主要有如下步骤。首先要在站内部署构建测温装置网络体系，实现体系基于数据采集及网络节点覆盖的基本功能，以便于清晰测温对象信息。然后将信息传送到中控室从而进行最终处理分析和管理。

一般来说，WSN所采用的都是ISM频段（Industrial Scientfic Mediacal Band）。它不需要申请频点，而是通过系统中的256个或更多温度传感器、单体数据接收器和一台计算机来实现温度节点控制，将温度传感器与数据接收器通过无线链路相连接，促成无线监测体系。WSN在变电站的无线测温工作主要以上层协议为核心支持，它确保通信网络中每个时段都只有一个站点处于数据发送传输状态，这样就能避免相互之间的数据信号干扰。这种站点轮换工作制度主要以逐点扫描来进行数据采集、单元发送以及接收，基本实现了对温度数据的全天候监测处理，能够实时把握变电站设备温度变化，做到有备无患。

以某变电站为例，它就采用了WSN装置来应用于设备无线测温功能。该变电站属于35kV小型变电站，站内分别在变压器、电容器、母线桥、穿墙套管等部位安装了45个测温接点来实现温度监测。主站起到中控室功能，且带有装备了数据接收器的中央主机，它的工作流程如下：首先站变电站内设备的WSN节点会在每10分钟启动实施一次测温，然后开启无线收发模块，等待主机轮询信号以便于发送测温数据。数据传输完毕后进入CPU低功耗状态。如果变电站中存在温度接近阈值的亚健康节点，则要缩短测温间距，保证每1分钟启动测温一次，同时缩短主站轮询时间，并就此节点实施重点温控监测[3]。