变电站设备无线温度监测系统的设计

王树鹏

[摘要]在无线通信技术当中，无线传感器是网络技术中的一种重要技术，也是无线通信技术发展的一个重要方向。在变电站当中，由于设备数量与种类都比较多，所以对无线温度监测系统进行有效的利用，可以对变电站当中的设备温度进行实时的监控，通过这样的方式使得人们对于变电站设备的实际使用情况以及使用寿命方面有一个清晰的认识，并且能够实现变电站设备的智能控制。基于此，文章就变电站设备无线温度监测系统的设计进行简要的分析，希望可以提供一个借鉴。

[关键词]变电站设备；无线温度监测系统；设计

[DOI]1013939/jcnkizgsc201736054

1系统的总体设计

11系统的设计要求

在对系统进行设计的过程中，要遵循一定的设计要求，依据变电站的实际情况来进行。在变电站运行过程中，其运行环境特殊、内部构造复杂，因此要求系统应当满足以下几个方面的要求：首先，在变电站自身的结构方面其比较简单，所以要使得每一个节点所占用的物理空间要尽量保证最小，在进行操作与维护的过程中要更加方便；其次，为了保证系统能够在各种各样的条件下都可以保持正常的运转，就需要使得装置在可靠性方面比较高、装置价格适宜并且具有较强的通用性；再次，为了能够与实际的变电站情况相互适应，就应当对系统的抗干扰性能进行有效的保证，只有这样才能够使得设备的安全运行得以有效的保证；最后，在上位机当中，其应当具有超限报警、温度实时监控以及历史数据查询等重要功能。

12系统的总体架构及功能

在实际应用的基本需求上，文章通过该系统进行简单的分层，主要包括管理分析层、数据采集层以及系统通信层等，其整体框架如下图所示。

系统总体架构

在数据采集层当中，其主要的构成内容包括刀闸触头、母线接头等一些设备上的温度数据采集节点以及中心节点，在这一层当中，其主要的功能是对每一个测温点的数据信息进行一定的收集与整理。在系统的通信层当中，其所发挥的主要作用是促进上位机与中心节点之间可以实现信息的有效的交流，然而在各个中心节点之间，无法实现相互之间的交流工作。在管理分析层当中，其主要的适应是对数据进行分析处理。

2系统的硬件设计

21芯片的选择

（1）MSP430

F149MSP430系列单片机是一中比较特殊的单片机，这种单片机当中超低功耗是其最为显著的一个优点，这一单片机具有较强的集成能力，并且外围电路也特别丰富。

（2）nRF905

在经过与其他的芯片进行比较之后可以看出，在 nRF905中，其主要的特点是可以有效地实现短距离通信的单片射频收发器。这种芯片的原材料是一种低耗能材料，在运行的过程中还能够依据实际的情况对内部通道进行调整，从而使其具有更多的输出功能来进行选择。

22温度数据采集节点硬件设计

221数据采集节点硬件总体设计

在进行温度传感器选择的过程中需要根据实际的使用条件来进行，实际的需求需要从以下方面来进行：测温的精度、尺寸和外形、A/D数据处理等。

222数据采集单元

在当前的主流测温器件当中，热电偶是重要的一种，其特点是精度高、费用低，所以选择MAX6675来作为主芯片采温。

223微处理单元

在本节点功能的实现过程中，微处理器单元是重要的中枢环节，一方面，微处理单元能够对所采集到的关键点的温度数据做好有效的处理与分析，并且使用无线形式对信息进行有效的传输；另一方面，可以将有关指令向数据采集单元进行发送。

224无线通信单元

在这一单元当中，主要包含的方面有：与天线匹配电路、外围电路和MSP430F149的接口电路。

225电源单元

如果在变电站的内部进行温度数据采集节点的安装的话，在实际应用之后要进行查看的话就会有诸多不便，在对电源进行装设的时候应当对其寿命问题进行认真的考虑。所以，在这一节点当中，使用的是37V锂电池，其容量为4200mAh。

23中心节点硬件设计

在系统当中，中心节点所发挥的作用主要是承上启下，在这一节点当中，对于硬件电路来说应当具备以下几个方面的功能：第一，应当保证和温度数据采集节点之间可以实现无线通信；第二，利用串口的方式来使得可以和監测计算机之间实现相互通信；第三，利用存储单元来对数据进行备份与储存。

3系统的软件设计

31自组织自管理过程分析

在实际的设计实践当中，对于中心节点来说应当要和多个下属节点之间形成一个无线通信网络，在中心节点当中能够通过网络将指令发送到各个下属节点当中，在节点上应当表示出电已经进入系统网络当中。

在保证上电以后，在中心节点当中，需要向网络当中进行持续不断的联网信号的发送，次数为3次，在下属节点开始工作之后，分析网络当中来自中心节点所发出的联网信号，保证在联网成功之后，能够在最短的时间之内将其传到中心节点上面。

32动态时隙的分配

在当前阶段当中，对于温度数据的采集，在其节点上，设备在进行温度数据传递的过程中，TDMA是一个非常重要的路径，但是在具体的TDMA中，其也会有缺陷之处存在，TDMA在具体的执行过程中需要以S-ID大小为重要参考来对时隙优先级进行分配，但是使用这种分配机制的话其过程比较死板，如果发生紧急情况的话，不能够优先将指令发送到节点上，所以需要进一步改进。

4基于无线通信的变电站设备温度监测系统设计的关键技术

41电源管理

首先，电池的选择。在每一个数据采集节点上，电池都是其主要的电能来源，因此在选择的过程中应当尽量选择寿命长、能量高的。其次，对硬件进行低功耗设计。在进行低功耗的设计过程中，所选择的处理器芯片的特点应当是电压较低并且功耗也比较低。此外，在进行软件设计的过程中，还需要保证其低功耗的设计，通过对相关资源加以合理、有效的开发，从而使得系统的能耗降到最低。

42抗干扰技术

在对传感器节点以及中心节点上的数据进行采集的过程中，干扰问题是其中一个非常重要的问题，根据实际的干扰产生的性质，将其分成内部干扰与外部干扰两种。其中，内部干扰就是指在系统内部当中电子电路所形成的干扰问题，而外部干扰就是一些外在影响因素对于系统所造成的感染。针对这些问题，在实际的应用过程中，要想使得温度数据信息的准确性与可靠性得到最大限度的保证，就应当及时对干扰问题进行排除，从而保证设备的良好运行。

43通信协议

对于变电站设备来说，在进行温度监测的过程中，系统所使用的通信协议包括CSMA和TDMA。在CSMA通信当中，其属于争用型介质访问控制协议，主要的依托是ALOHA网络协议。

总的来说，在变电站当中无线温度监测系统的主要作用是对设备在运行状态下的实施温度状态进行记录，降低安全事故发生的概率，从而为电力系统的安全运行奠定一个重要的基础。在本文设计的系统当中，其抗干扰性强、可靠性高、移动性强、功耗小，所以可以在工业当中进行广泛的应用。

参考文献：

[1]曹国卫变电站无线测温系统的设计与研制[D].北京：华北电力大学，2016

[2]贺平变电站温度测控系统的设计与开发[J].电子世界，2016（16）：100，103

[3]薛卜玮，黄新波，朱永灿10kV箱式变电站温度在线监测系统的研究[J].陕西电力，2016，44（4）：22-27