基于ZigBee的高压开关柜温度在线监测系统设计

菅光盛

摘 要：针对高压开关柜内部温度不易测量的问题，设计了一种基于ZigBee 技术的开关柜温度监控系统。通过ZigBee通讯技术将终端节点温度实时传输到主控计算机，为工作人员提供开关柜的温度参数及预警功能，从而实现对开关柜的在线监控，该系统具有运行可靠、功耗低、精度高、易实现等特点。

关键词：高压开关柜;ZigBee技术;温度监测

1 引言

随着社会不断进步和居民生活水平的提高，人们对电能的需求日益增加，对电力系统运行的稳定性越来越重视。高压开关柜是电力系统中重要的电力设备，具有输电、配电、控制及保护等作用，广泛应用于变电站等各电力系统场所。在开关柜工作过程中，由于负荷过载、线路老化等原因常会出现温度非正常升高的问题，如不及时处置可能引起严重的后果 ， 造成巨大的经济损失。因此，需要对高压开关柜内部元件的温度进行实时监测，及时发现其运行过程中存在的问题和安全隐患。本文基于ZigBee技术设计了高压开关柜温度在线监控系统，以实现开关柜温度的有效监测。

2系统设计

基于ZigBee网络的高压开关柜温度在线监测系统可实现对高压开关柜内部温度的实时监测、传输和存储。系统结构主要包括温度传感器、ZigBee网络、存储器、PLC控制单元以及通讯单元等模块。其中温度传感器主要用于实时采集高压开关柜内部元件的运行温度，PLC控制单元则通过ZigBee技术将采集到的温度数据进行运算处理，并将结果通过通讯单元发送到主控计算机，主控计算机则发出相应的控制指令对温度进行控制和预警。系统结构如图1所示。

2.1 硬件设计

为实现高压开关柜温度监测系统的功能要求， 通过ZigBee协议实现控制单元与无线设备之间的通讯，以读取各温度传感器节点的实时参数，并对采集的数据进行运算和处理。同时，在系统控制单元中设置定时器，具有周期性休眠和唤醒功能，以实现系统低功耗的优势。温度采集模块是系统的核心单元，主要包括传感器模块和通信模块。传感器模块负责温度数据的采集，通信模块主要负责数据处理和传输，如图2所示。

温度采集模块采用2.4G 扩频通信技术和温度传感技术的高精度数字式无线传感器，该传感器的量程范围为-20℃～+80℃，可以满足开关柜外部环境复杂的温度变化。具有较高的测量精度，精度可达到0.0625℃。具有很高的稳定性，满足开关柜长期稳定运行的需求。同时，传感器体积较小，可以测量高压开关柜内的触头、引出线电缆接头和母线连接点等部位的实时温度，适用范围广泛。

2.2 软件设计

温度在线监测系统通过设置数据采集周期按需对触头温度进行定时监测，其中控制单元主要实现温度数据的运算分析、实时显示和归类存储等功能。温度传感器分节点和 ZigBee 协调器节点主要完成温度的采用和传输。温度采集无线传感终端子节点是间接通过 ZigBee 协调器节点与远程监控主机进行联系，为了降低系统功耗，将子节点不进行温度采集的绝大部分时间设置为休眠状态，只有当 ZigBee 协调器节点发出温度采集指令后才在短时内唤醒，并待数据采集且发送完成后重新进入到休眠状态。在接收来自传感器分节点的温度数据后，经ZigBee网络发送到远程监控主站数据处理中心。协调器经初始化处理进行通信链路连接，网络建立成功后一直处于在线候命状态，当收到温度数据采集指令，经 ZigBee 协调器中继实现与 ZigBee 无线网络采集传感器终端间的通信连接，并完成温度数据的采集，最终将采集数据返回到远程监控主站。

3实验研究

為说明所设计系统的有效性，采用温度监控系统对某台10kv高压开关柜内部的6个触点进行温度监测，设定温度阈值为42℃，结果如图3所示。

可见，所设计开关柜温度实时监测系统可以有效采集各部件的运行温度，并为工作人员提供数据展示和预警功能，所设计的系统实用有效，达到了预期目标。

4结论

基于 ZigBee协议设计了一种高压开关柜在线温度监测系统。对系统的总体结构和软、硬件功能分别进行讨论，并以某10kV高压开关柜为样机进行在线温度监控实验。研究结果表明，所设计的系统能够根据高压开关柜运行状况，实时监测各测点温度参数，给工作人员提供数据显示、存储以及预警功能，具有测量精度高、可操作性强的特点，对于保证电力系统的安全运行具有重要的应用意义。

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