1,、引言

高壓配電開關(guān)柜是保證電力系統(tǒng)安全運行的重要設(shè)備之一,。在長期運行過程中，高壓母線因超負荷運行,，會出現(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,、運輸以及安裝等原因也會引起接觸電阻過大,，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（如進線柜）中尤為突出且影響極大。因此,，對這些發(fā)熱部位進行實時溫度監(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)自動化是對配電網(wǎng)上的設(shè)備進行遠方實時監(jiān)視、協(xié)調(diào)及控制的一個集成系統(tǒng),，是現(xiàn)代計算機技術(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)一般通信點將擁有6個以上的10M數(shù)字通道,，樞紐通信站則更多,。整個城市電力網(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)實現(xiàn)了遠程高壓配電柜內(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)器直接利用光纖進行通信,，該通信方式具有較大優(yōu)點,，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子站就象在一個局域網(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,、無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點、國家電網(wǎng)通信網(wǎng)和監(jiān)測軟件,。溫度傳感器節(jié)點布置在被監(jiān)測電纜或觸頭處,，節(jié)點通過射頻天線將數(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,，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)拓撲結(jié)構(gòu),。在半徑約1000m范圍內(nèi)的高壓開關(guān)柜可組成一個單獨網(wǎng)絡(luò),，每個網(wǎng)絡(luò)裝備一個網(wǎng)關(guān)。



4.1,、無線通訊協(xié)議

802．15．4標準定義了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，為了實現(xiàn)同步,，消除授時時延誤差,，最好在低層（MAC層）打上時間戳，用來消除發(fā)送節(jié)點的處理延遲和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間戳，從而造成同步精度大幅降低,。

本項目無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議遵從802.15.4標準,，從MAC層開始編寫完成。網(wǎng)絡(luò)拓撲采用星型或樹型,。對于簇樹型網(wǎng)絡(luò),，整個網(wǎng)絡(luò)分成多個簇，由部分節(jié)點組成簇樹的主干和從干（簇頭）,，其他大部分節(jié)點成為簇樹的葉設(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)點通過場強檢測和鏈路質(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,。由于本項目專門適合于監(jiān)測點固定的應(yīng)用,，我們的路由協(xié)議僅考慮了節(jié)點失效和新加入節(jié)點的情況，并沒有考慮傳感器節(jié)點頻繁移動的拓撲變化,，保證了網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的高效率,。

4.2、無線溫度傳感器節(jié)點

本無線傳感器節(jié)點采用無線SOC片上系統(tǒng)CC2430,，在單個芯片上整合了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,，ds18b20是世界上第一片支持“一線總線”接口的溫度傳感器，一線總線獨特而且經(jīng)濟的特點,，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℃,。可以選擇更小的封裝方式,，更寬的電壓適用范圍,，分辨率設(shè)定及用戶設(shè)定的報警溫度存儲在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）、幾個定時器（Timer）,、AES128協(xié)同處理器,、看門狗定時器（Watchdog timer）,、32kHz晶振的休眠模式定時器、上電復(fù)位電路（Power On Reset）,、掉電檢測電路（Brown out detection）,，以及21個可編程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)換到主動模式的超短時間的特性,，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)測管理軟件平臺是一個先進的B/S架構(gòu)的GIS系統(tǒng),。軟件平臺采用GIS技術(shù),、Web技術(shù)、計算機圖形技術(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)計目標，以Internet網(wǎng)絡(luò)為依托,，建立一個分布式的信息服務(wù)平臺,，并在網(wǎng)絡(luò)支持下，提供各種監(jiān)測目標位置的標注,、監(jiān)測點位置的查詢,、監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時顯示、查詢,、各種數(shù)據(jù)的多尺度瀏覽,、專題統(tǒng)計制圖等功能。

把地圖和監(jiān)測數(shù)據(jù)有機地結(jié)合起來,，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)以直觀,、互動、實時,、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)能實時顯示、存儲,、調(diào)用,、查詢，每一種監(jiān)測點都有可以準確定位,，自動超限報警,，以利監(jiān)察、維護,。監(jiān)測管理軟件同時具備強大的統(tǒng)計報告功能,，以數(shù)據(jù)列表,、圖等豐富的形式直接打印監(jiān)測報告。整個軟件操作簡便,，界面友好,，功能強大，具有地圖管理功能,、監(jiān)測數(shù)據(jù)瀏覽查詢功能,、地圖標注功能、統(tǒng)計報告功能,、用戶權(quán)限管理功能等,，軟件界面如圖7所示。