在无线传感器网络下电力变压器温度监测系统的研究

杨逸晴 卢志鹏 冯海清 惠杰

摘 要 电力变压器是电力系统中的一种重要的输变电设备。对于电力变压器运行状态进行精确监控，可以及时发现运行异常问题，并采取相应措施对相关故障进行及时有效的处理。进而使电力系统具备更高的安全性、经济性与可靠性。本文对无线传感器网络下电力变压器温度监测系统进行了研究和探讨。

【关键词】无线传感器 网络 电力变压器 温度监测系统

在过去，传统监测工作主要采用人工定期巡检方式，既耗时又费力；随着科学技术不断进步，网络技术飞速发展，在无线网络传感器网络下建立电力变压器温度监测系统的技术手段已经日趋成熟，对电力变压器温度进行实时在线监测不仅可以使电力系统实时安全性得到大幅提升，也可以使变压器的维护与保养水准达到更高的要求。

1 电力变压器温度监测系统原理

电力变压器在无线网络下的测试监测系统主要通过在变压器终端设置一种特殊的信号接收仪器来实现对变压器绕组数据及变压器内部温度状态信息的不间断收集与监测。利用无线网络信息传输手段来将变压器终端状态的相关运行数据向监测中心进行不间断的反馈，以使监测中心可以及时发现变压器终端出现的各种异常情况与运行故障，准确判断故障发生位置，并将相关故障信息及时发送给检修人员，使其可以在第一时间赶到现场对变压器出现的运行故障进行维修等处理，最终实现变压器运行系统的远程无线网络监控。

在电力变压器无线温度监测系统中，首先通过温度传感器来收集变压器工作状态信息，然后利用无线网络发送模块将相关信息发送至无线网络信息接收模块，接收模块将信息传递到中央处理器，由中央处理器对信息进行分析处理并发送至相应编号的服务器，不同编号的服务器具有各自不同的地址编码，因此在监测中心可以区分不同服务器所显示的变压器实时监控温度数据，如果运行出现故障，该故障即可以被准确定位并及时进行处理。

2 无线传感器网络技术基础

2.1 GPRS技术

GPRS是英语General Packet Radio Service的缩写，即通用分组无线服务。该项服务主要采用分组交换技术，是一种效率较高的数据传输模式，在承载业务中也属于比较新兴的一类。该服务模式的前身是GSM系统，其主要的服务对象是GSM用户，通过分组形式来为其服务对象提供数据传输服务。GPRS所采用的无线调制标准、频带、TDMA帧结构与跳频规则，以及突发结构等均与GSM技术相同。其分组数据信道也同目前的电路交换语音业务采用了大致相同的设计，从而可以使现存的基站子系统可以提供较为全面的覆盖。由于GPRS的应用，使用户在各端之间以分组转移的模式进行信息的接收与发送成为可能，可以有效节省出电路交换模式中曾经被占用的网络资源。这样就为用户提供了价格更为合理且效率更高的通用分组无线服务，此类服务特别适用于间断的、少量的、频繁的或突发性的信号传输领域。

2.2 ZigBee技术

ZigBee技术属于一种新兴的无线网络技术，其主要特点包括距离近、数据速率低、成本低、复杂程度低、功耗低等。这种技术提案介于蓝牙技术与无线标记技术之间，其前身是FireFly技术或HomeRF Lite技术，主要应用领域是短距离的无线连接与数据传输等。该项技术的传输距离在十米到一百米之间，利用免费的2.4GHz波段作为工作频段，通过扩频技术与跳频技术的应用，使最高传输速率可以达到250Kb/s；同时，其网络架构还具备Master/Slave的属性，可以实现数据的双向传输。ZigBee技术要达到的主要目的就是建立一種高性价比的、可以实现长时间不间断的控制与监测的、低功耗的可靠无线网络系统。同时也带动了一套全球一体化的、开放的和完整的标准，这一解决方案的互操作性得到了全球相关领域的普遍认可。

3 电力变压器温度监测系统的硬件设计

电力变压器温度监测系统的基本单元是温度传感器的各个子节点模块，该基本单元主要负责对各个监测区域的运行温度数据进行收集与发送，主要包含数据处理模块、电源模块、通信模块以及数据采集模块这四个组成部分。因为被监测的区域处于变电站中的变电箱之内，在子节点的电力供应方面主要采取电池供电的方式。因为电池往往只能提供有限的能量，在进行通信协议设计与节点电路设计的过程中，尤其应当注意对节点的能耗加以控制；不同模块均应以低功耗为重要的选择原则。

同时，也应当重视电力变压器温度监测系统汇聚节点的设计工作。电力变压器温度监测系统的汇聚节点是整个监测系统的数据汇集中心，主要负责数据的存储、调度、查询、管理以及数据融合等处理工作。其主要任务为：对子节点的运行加以控制、通过无线数据网络或以太网来上传信息，接收子节点收集的相关信息和上级用户下达的各项指令等。换言之，汇聚节点是一座架设在用户与传感器之间的通讯桥梁。

4 结语

总而言之，电力变压器是电力系统中的一种重要的输变电设备。对于电力变压器运行状态的精确监控，可以及时发现运行异常，并采取相应措施对相关故障进行及时有效的处理。进而使电力系统具备更高的安全性、经济性与可靠性。本文对在无线传感器网络下电力变压器温度监测系统进行了分析和研究。

参考文献

[1]侯丹，卫广远，钱政等.变压器绕组热点温度监测中光纤光栅传感器的应用研究[J].电测与仪表，2014，（21）：47-51.

[2]朱文兵，陈玉峰.电力变压器状态监测参量及监测方法综述[J].山东电力高等专科学校学报，2011，14（6）：8-12.

作者单位

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