1、引言

高壓配電開關(guān)柜是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要設(shè)備之一,。在長期運(yùn)行過程中,，高壓母線因超負(fù)荷運(yùn)行，會(huì)出現(xiàn)過熱現(xiàn)象,；另外,，開關(guān)柜中的觸頭接觸不好或因產(chǎn)品制造、運(yùn)輸以及安裝等原因也會(huì)引起接觸電阻過大,，導(dǎo)致溫度升高,，產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。觸頭和母線排連接處等部位因過熱引起絕緣老化甚至擊穿,，從而引發(fā)短路的現(xiàn)象在大電流開關(guān)柜（如進(jìn)線柜）中尤為突出且影響極大,。因此，對這些發(fā)熱部位進(jìn)行實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測十分必要,，以避免短路引起火災(zāi),、燒毀或突然停電等事故,。

2、系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

配電網(wǎng)自動(dòng)化是對配電網(wǎng)上的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方實(shí)時(shí)監(jiān)視,、協(xié)調(diào)及控制的一個(gè)集成系統(tǒng),，是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)在配電網(wǎng)監(jiān)視與控制上的應(yīng)用。銀川市電力局在近幾年開始大力發(fā)展光纖通信網(wǎng)絡(luò),，并以發(fā)展符合現(xiàn)代通信發(fā)展方向的SDH光纖通信網(wǎng)絡(luò)為主,，對于邊遠(yuǎn)站區(qū)則輔之以必要的載波通信方式。按照銀川市局電力通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的規(guī)劃,，城區(qū)內(nèi)一般通信點(diǎn)將擁有6個(gè)以上的10M數(shù)字通道,，樞紐通信站則更多。整個(gè)城市電力網(wǎng)通訊形成了光纖通信網(wǎng)絡(luò),。

本系統(tǒng)中將無線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)融合在現(xiàn)有的國家電網(wǎng)里,，通過現(xiàn)有的電網(wǎng)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程高壓配電柜內(nèi)電纜、觸頭等溫度,，其總體架構(gòu)如圖1所示,。



3、國家電網(wǎng)光纖收發(fā)器通信系統(tǒng)

國家電網(wǎng)通信系統(tǒng)的主站和子站之間的通信,，通過使用光纖收發(fā)器直接利用光纖進(jìn)行通信,，該通信方式具有較大優(yōu)點(diǎn)，主要是10M/100M的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)不必通過轉(zhuǎn)換（或壓縮）,，通信速率較高,，另外通過這種方式連接各個(gè)子站就象在一個(gè)局域網(wǎng)上一樣，相互之間的訪問更快捷便利,，該通信方式使用通信光纜中的一對光芯,。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。



光纖收發(fā)器的結(jié)構(gòu)如圖3所示,。



4,、無線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線溫度傳感器網(wǎng)絡(luò)包括分布式的溫度傳感器節(jié)點(diǎn)、無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn),、國家電網(wǎng)通信網(wǎng)和監(jiān)測軟件,。溫度傳感器節(jié)點(diǎn)布置在被監(jiān)測電纜或觸頭處，節(jié)點(diǎn)通過射頻天線將數(shù)據(jù)發(fā)送到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)BS909,，BS909網(wǎng)關(guān)通過路由器和國家電網(wǎng)光纖網(wǎng)融合將數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)測中心主機(jī),，傳感器網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)如圖4所示。本系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)是將集成ZigBee模塊的溫度傳感器節(jié)點(diǎn)部署在高壓開關(guān)柜內(nèi),，構(gòu)成基于ZigBee技術(shù)的傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。在半徑約1000m范圍內(nèi)的高壓開關(guān)柜可組成一個(gè)單獨(dú)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)裝備一個(gè)網(wǎng)關(guān),。



4.1,、無線通訊協(xié)議

802．15．4標(biāo)準(zhǔn)定義了PHY層和MAC子層,，在國內(nèi)外，大多無線傳感器網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品從上層應(yīng)用層開始編寫,，直接調(diào)用協(xié)議提供的庫函數(shù),，與從底層MAC層編寫的協(xié)議相比，效率較低,，受到了限制太多,，使用不靈活等約束。比如,，為了實(shí)現(xiàn)同步,，消除授時(shí)時(shí)延誤差，最好在低層（MAC層）打上時(shí)間戳,，用來消除發(fā)送節(jié)點(diǎn)的處理延遲和MAC層的訪問延遲,。如果在上層應(yīng)用層調(diào)用庫函數(shù)，就沒有辦法在底層使用時(shí)間戳,，從而造成同步精度大幅降低,。

本項(xiàng)目無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議遵從802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，從MAC層開始編寫完成,。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎眯切突驑湫?。對于簇樹型網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)簇,，由部分節(jié)點(diǎn)組成簇樹的主干和從干（簇頭）,，其他大部分節(jié)點(diǎn)成為簇樹的葉設(shè)備，葉設(shè)備的數(shù)據(jù)匯集到各自的簇頭,，由簇頭多跳傳輸?shù)街行木W(wǎng)關(guān),。傳感器節(jié)點(diǎn)通過場強(qiáng)檢測和鏈路質(zhì)量監(jiān)聽，加入到最合適的簇,，生成固定的路由表和備份路由表,。由于本項(xiàng)目專門適合于監(jiān)測點(diǎn)固定的應(yīng)用，我們的路由協(xié)議僅考慮了節(jié)點(diǎn)失效和新加入節(jié)點(diǎn)的情況,，并沒有考慮傳感器節(jié)點(diǎn)頻繁移動(dòng)的拓?fù)渥兓ＷC了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的高效率,。

4.2,、無線溫度傳感器節(jié)點(diǎn)

本無線傳感器節(jié)點(diǎn)采用無線SOC片上系統(tǒng)CC2430，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee射頻（RF）前端,、內(nèi)存和微控制器,，溫度傳感器采用DS18b20，其原理圖如圖5所示,，節(jié)點(diǎn)外觀如圖6,。





4.2.1,、溫度傳感器DS18b20

DS18b20是Dallas公司的最新單線數(shù)字溫度傳感器[4]，它的體積更小,、適用電壓更寬,、更經(jīng)濟(jì)，ds18b20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器,，一線總線獨(dú)特而且經(jīng)濟(jì)的特點(diǎn),，使用戶可輕松地組建傳感器網(wǎng)絡(luò)，為測量系統(tǒng)的構(gòu)建引入全新概念,，它的測量溫度范圍為－55～＋125℃,，在－10～＋85℃范圍內(nèi)，精度為±0.5℃,，現(xiàn)場溫度直接以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸,，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性，適合于惡劣環(huán)境的現(xiàn)場溫度測量,，如：環(huán)境控制,、設(shè)備或過程控制、測溫類消費(fèi)電子產(chǎn)品等,，與前一代產(chǎn)品不同,，新的產(chǎn)品支持3～5.5v的電壓范圍，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活,、方便,，而且新一代產(chǎn)品更便宜，體積更小,，ds18b20可以程序設(shè)定9～12位的分辨率,，精度為±0.5℃?？梢赃x擇更小的封裝方式,，更寬的電壓適用范圍，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報(bào)警溫度存儲(chǔ)在e2prom中,，掉電后依然保存,，ds18b20的性能是新一代產(chǎn)品中最好的，性能價(jià)格比也非常出色,，繼“一線總線”的早期產(chǎn)品后,，ds18b20開辟了溫度傳感器技術(shù)的新概念，ds18b20和ds18b22使電壓,、特性及封裝有更多的選擇,，讓我們可以構(gòu)建適合自己的經(jīng)濟(jì)的測溫系統(tǒng)。

4.2.2、無線通訊模塊

CC2430芯片延用了以往CC2420芯片的架構(gòu),，在單個(gè)芯片上整合了ZigBee射頻（RF）前端,、內(nèi)存和微控制器。它使用1個(gè)8位MCU（8051）,，具有128KB可編程閃存和8KB的RAM,，還包含模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）、幾個(gè)定時(shí)器（Timer）,、AES128協(xié)同處理器,、看門狗定時(shí)器（Watchdog timer）、32kHz晶振的休眠模式定時(shí)器,、上電復(fù)位電路（Power On Reset）,、掉電檢測電路（Brown out detection），以及21個(gè)可編程I/O引腳,。CC2430芯片采用0.18μmCMOS工藝生產(chǎn),；在接收和發(fā)射模式下，電流損耗分別低于27mA或25mA,。CC2430的休眠模式和轉(zhuǎn)換到主動(dòng)模式的超短時(shí)間的特性,，特別適合那些要求電池壽命非常長的應(yīng)用。

5,、在線監(jiān)測管理軟件

在線監(jiān)測管理軟件平臺(tái)是一個(gè)先進(jìn)的B/S架構(gòu)的GIS系統(tǒng),。軟件平臺(tái)采用GIS技術(shù)、Web技術(shù),、計(jì)算機(jī)圖形技術(shù),、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高科技技術(shù)手段，基于地理信息系統(tǒng)的監(jiān)測管理軟件的設(shè)計(jì)目標(biāo),，以Internet網(wǎng)絡(luò)為依托,，建立一個(gè)分布式的信息服務(wù)平臺(tái)，并在網(wǎng)絡(luò)支持下,，提供各種監(jiān)測目標(biāo)位置的標(biāo)注,、監(jiān)測點(diǎn)位置的查詢、監(jiān)測數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示,、查詢,、各種數(shù)據(jù)的多尺度瀏覽、專題統(tǒng)計(jì)制圖等功能,。

把地圖和監(jiān)測數(shù)據(jù)有機(jī)地結(jié)合起來,，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)以直觀、互動(dòng),、實(shí)時(shí)、可操作的方式呈現(xiàn)到管理者和使用者面前。大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)顯示,、存儲(chǔ),、調(diào)用、查詢,，每一種監(jiān)測點(diǎn)都有可以準(zhǔn)確定位,，自動(dòng)超限報(bào)警，以利監(jiān)察,、維護(hù),。監(jiān)測管理軟件同時(shí)具備強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)報(bào)告功能，以數(shù)據(jù)列表,、圖等豐富的形式直接打印監(jiān)測報(bào)告,。整個(gè)軟件操作簡便，界面友好,，功能強(qiáng)大,，具有地圖管理功能、監(jiān)測數(shù)據(jù)瀏覽查詢功能,、地圖標(biāo)注功能,、統(tǒng)計(jì)報(bào)告功能、用戶權(quán)限管理功能等,，軟件界面如圖7所示,。