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基于ZigBee技术的高压开关柜温度测量研究

2020-12-13阅读(1006)

基于ZigBee技术的高压开关柜温度测量研究

论文摘要

高压开关柜是输配电系统中的重要设备,承担着开断和关合电力线路等重要作用,在电力系统中获得了日益广泛的应用。高压开关柜是将高压开关和控制、测量、调节、保护装置以及外壳、辅件及支持件等部件按照输配电功能需要组装起来,除进出线外,其余部件完全被金属外壳封闭的开关设备,它承担着开断和关合电力线路、线路故障保护、监测运行电量数据等重要作用。国务院于2006年2月发布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要》中,将超大规模输配电和电网安全保障列为能源这一重点领域中的优先发展对象。电力设备安全可靠性是超大规模输配电和电网安全保障的重要环节,高压开关柜作为一种广泛运用的电力设备,其可靠性也因而受到了更多的关注。据不完全统计,国内不少发电公司、电力公司均出现过不同程度的高压开关柜故障,并造成了一定的经济损失。这些故障有一部分来自开关柜本身的质量问题,更重要的原因在于目前缺乏针对开关柜的有效监测手段。大多数高压开关设备采用封闭结构,散热条件较差,在设备的长期运行过程中,开关柜内的触点、接头及母线排连接处等部位因老化、接触电阻过大或工差配合不良而发热,并长期处于高电压,大电流和满负荷的条件下运行,其结果导致热量集结加剧,如果不对温升采取有效的监测措施,将会危及电气设备的安全运行。特别是当电力系统发生短路故障时,强大的电流使电气设备内部温升加剧,电气绝缘遭到严重破坏,并使电气设备寿命缩短,甚至造成电气设备被烧毁的严重事故。电力行业经常发生电力电缆和设备因过热而引起火灾,导致大面积的电缆烧损和设备损坏而被迫停机,短时间内无法恢复生产,从而造成重大经济损失。引起电设备过热和火灾发生的直接原因是电缆中间接头制作质量不良、压接头不紧、接触电阻过大,长期运行造成的电缆头过热、烧穿绝缘等。高压开关柜内触点温度监测一直是电力系统检测中的一个难题。针对目前触点超温在线监测方法的局限性,论文提出了一种基于ZigBee技术的无线传感网络开关柜温度在线检测系统,实现了对开关柜温度的在线检测,有效的防止了过热故障发生。文章首先简要介绍了常用的短距离通信技术,对Bluetooth技术、ZigBee技术和Wi-Fi （wireless fidelity）等技术进行了分析和比较,证明基于ZigBee技术的传感器网络是理想的方案之一。本文从硬件和软件两个方面介绍了监测系统的设计过程,详细介绍了低功耗的基于ZigBee网络节点的硬件设计,本文采用智能化温度传感器DS18B20和TI （Texas Instruments Incorporated）公司最新生产的ZigBee SOC解决方案CC2430无线单片机作为节点装置的硬件核心,最终数据传给上位PC机；监测系统软件主要实现了实时显示测点温度,并对温度数据做出分析、报警、保存,并及时提醒工作人员对报警情况做出处理,避免事故的发生。本设计采用无线数据传输,集精确测温、RS-232总线、温度越限报警于一体,能准确、及时的在线监测高压开关柜接头的温度,保证了电力系统的安全运行。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 绪论
  • 1.1 高压开关柜温度在线监测的的背景及意义
  • 1.2 国内外高压开关柜温度检测的研究现状及分析
  • 1.3 论文主要工作与组织结构
  • 2 系统整体方案设计
  • 2.1 在线监测系统简介
  • 2.2 系统总体结构
  • 2.3 系统主要功能
  • 2.4 近距离无线通信技术
  • 2.4.1 近距离无线通信技术简介
  • 2.4.2 常用近距离无线通信技术比较
  • 2.5 ZIGBEE技术
  • 2.5.1 ZigBee技术概述
  • 2.5.2 ZigBee协议
  • 2.5.3 ZigBee设备
  • 2.5.4 ZigBee网络拓扑
  • 2.6 本章小结
  • 3 温度在线监测系统的硬件设计
  • 3.1 测温模块设计
  • 3.1.1 DS18B20的结构及工作原理
  • 3.1.2 DS18B20协议和操作命令
  • 3.1.3 DS18B20的供电方式
  • 3.1.4 单总线传感器方案设计
  • 3.2 电源设计
  • 3.2.1 终端节点供电方式分析
  • 3.2.2 升压降压DC/DC转换器TPS61200
  • 3.2.3 电源设计方案分析
  • 3.3 ZIGBEE主芯片
  • 3.3.1 ZigBee芯片选择
  • 3.3.2 CC2430芯片的结构和特点
  • 3.3.3 FFD节点电源
  • 3.3.4 串口通信电路
  • 3.4 主电路设计
  • 3.5 射频天线的选型与设计
  • 3.6 本章小结
  • 4 温度在线监测程序设计
  • 4.1 网络协调器程序设计
  • 4.2 路由程序设计
  • 4.3 RFD节点程序
  • 4.4 上位机程序设计
  • 4.4.1 无线检测节点上位机串口通信软件开发
  • 4.4.2 节点参数实时显示软件设计
  • 4.5 本章小结
  • 5 系统测试实验
  • 5.1 ZIGBEE无线检测节点性能测试
  • 5.2 系统整体测试实验
  • 5.3 本章小结
  • 总结与展望
  • 攻读学位期间发表的学术论文及参加的科研项目目录
  • 致谢
  • 参考文献

    • 相关论文文献

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