zigbee輸電線安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

1、Zigbee 高壓輸電線安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用方案一、項目背景隨著科技進(jìn)步及工農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展,人民生活水平不斷提高,用電量大幅上升,對電網(wǎng) 供電安全性、 可行性提出了越來越高的要求。 架空高壓輸電線路是電力系統(tǒng)的動脈, 高壓傳 輸電纜、 桿塔密布于各個角落, 其運行狀態(tài)直接決定電力系統(tǒng)的安全和效益。 隨著我國近年 來煤礦的大量開采造成形態(tài)各異的地下采空區(qū), 引起地面沉降、 斷裂等一系列工程地質(zhì)災(zāi)害, 這些采空塌陷區(qū), 大多分布廣, 延伸遠(yuǎn), 輸電線路在這些區(qū)域, 輕者可造成基礎(chǔ)傾斜、 開裂、 桿塔變形,重者造成基礎(chǔ)沉陷、桿塔傾倒,嚴(yán)重威脅輸電線路的安全運行。當(dāng)輸電線路人工正常巡視時, 不能及時發(fā)現(xiàn)

2、地面沉降。 當(dāng)發(fā)現(xiàn)沉降時, 輸電線路已處于危 險狀態(tài)。 隨著無線通信技術(shù)、 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及數(shù)字視頻技術(shù)的飛速發(fā)展, 對輸電線路實 行遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控成為了可能, 由于輸電線路固有的分布范圍廣的特點, 實施遠(yuǎn)程無線監(jiān)控有 其獨到的優(yōu)勢,更是得到越來越廣泛的應(yīng)用。二、項目系統(tǒng)介紹1, 系統(tǒng)概述高壓輸電線路安全監(jiān)測系統(tǒng)是用于監(jiān)測輸電桿塔姿態(tài)和所處環(huán)境的一些氣象數(shù)據(jù)并能 將相應(yīng)數(shù)據(jù)向管理中心匯報上傳的監(jiān)測儀器。 該儀器主要測量桿塔相對于水平面的傾角, 桿 塔所處周圍環(huán)境的溫度、 濕度、 風(fēng)速、 風(fēng)向, 測量所得數(shù)據(jù)通過無線傳感網(wǎng)的方式上傳至區(qū) 域中心站,再通過 GPRS 的方式上傳至企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理中心。

3、數(shù)據(jù)能夠以定時的方式上傳,系 統(tǒng)在所監(jiān)測的數(shù)據(jù)值(傾角、溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向超過預(yù)設(shè)的閥值時觸發(fā)上傳,向管 理中心發(fā)出報警信號。2, 系統(tǒng)原理圖(一 (二3, 系統(tǒng)組成部分3.1 輸電線路視頻監(jiān)測系統(tǒng)視頻 /圖像監(jiān)控系統(tǒng)使輸電線路運行于可視監(jiān)控之中。該系統(tǒng)利用數(shù)字視頻壓縮技術(shù)、低功 耗技術(shù)、 GPRS/CDMA/3G無線通訊技術(shù)、太陽能供電技術(shù),實時監(jiān)測現(xiàn)場周圍環(huán)境情況,線 路管理人員可以遠(yuǎn)程查看線路的監(jiān)控圖像或定時上傳的圖像信息, 從而實現(xiàn)對輸電線路全天 候在線監(jiān)測。3.2輸電線路微氣象在線監(jiān)測主要針對輸電線路走廊的微氣象環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行全天候監(jiān)測, 獲取當(dāng)?shù)貧庀髮崟r數(shù)據(jù), 如風(fēng)速、 風(fēng)向、溫

4、度、濕度、氣壓、光輻射、雨量等,既可用于輸電線路覆冰狀態(tài)的分析和判決的依 據(jù),又可為災(zāi)害預(yù)測、狀態(tài)檢修等提供全面的信息。3.3 輸電線路覆冰在線監(jiān)測通過采集導(dǎo)線張力、傾角數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù),使用覆冰數(shù)據(jù)模型計算,定性分析覆冰狀況,推 算覆冰厚度和發(fā)展趨勢,監(jiān)測覆冰情況,并提供導(dǎo)線覆冰情況的預(yù)警和報警。3.4 導(dǎo)線在線監(jiān)測系統(tǒng)導(dǎo)線弧垂,導(dǎo)線溫度監(jiān)測,導(dǎo)線振動、舞動、風(fēng)偏監(jiān)測。通過采集導(dǎo)線傾角、 對地距離數(shù)據(jù), 實時分析計算導(dǎo)線弧垂變化情況, 并結(jié)合氣象數(shù)據(jù)分析 導(dǎo)線弧垂變化趨勢, 建立預(yù)警機(jī)制。 對于山區(qū)和樹木密集地區(qū)有比較重要的意義。 通過溫度 傳感器采集導(dǎo)線溫度數(shù)據(jù),對導(dǎo)線溫度進(jìn)行實時監(jiān)測,為輸

5、電線路狀態(tài)監(jiān)測提供重要數(shù)據(jù)。3.5 桿塔在線監(jiān)測系統(tǒng)桿塔振動、桿塔傾斜監(jiān)測。通過對桿塔動態(tài)響應(yīng) (振幅、頻率 和周圍微氣象參數(shù)的在線監(jiān)測,運用數(shù)據(jù)分析軟件,分析 判斷桿塔在風(fēng)載等作用下的動態(tài)特性, 對桿塔健康狀態(tài)進(jìn)行診斷, 為桿塔安全運行提供依據(jù)。 通過安裝在桿塔上的傾角傳感器對桿塔的傾斜角進(jìn)行實時監(jiān)測, 及時向系統(tǒng)主站上報角度數(shù) 據(jù),系統(tǒng)軟件根據(jù)桿塔基本數(shù)據(jù)進(jìn)行計算,可以發(fā)現(xiàn)桿塔傾斜微小變化,實現(xiàn)預(yù)警和報警, 幫助運行部門及早發(fā)現(xiàn)隱患,及時排除故障,從而提高輸電線路運行的可靠性。3.6 絕緣子在線監(jiān)測系統(tǒng)絕緣子污穢、絕緣子風(fēng)偏監(jiān)測通過實時測量。絕緣子的泄漏電流、 脈沖電流、 脈沖頻次, 統(tǒng)計

6、其單位時間內(nèi)放電脈沖數(shù)據(jù), 分析雷擊閃絡(luò) 故障和工頻閃絡(luò)故障, 并可綜合溫濕度等氣象參數(shù), 利用專家分析系統(tǒng), 對絕緣子表面污穢 (灰密、 鹽密 進(jìn)行定量分析得出當(dāng)前絕緣子表面的污穢程度, 并提供準(zhǔn)確的預(yù)警信息, 讓 絕緣子表面污穢清洗工作更加準(zhǔn)確有效。3.7 超聲波驅(qū)鳥器超聲波驅(qū)鳥器是利用進(jìn)口單片機(jī)設(shè)計、 制造的一種超低功耗的超聲波發(fā)生系統(tǒng)。 由它發(fā)出的 超聲波刺激鳥類的神經(jīng)系統(tǒng), 破壞鳥類的生存環(huán)境, 從而遠(yuǎn)離超聲波覆蓋的范圍。 由于該系 統(tǒng)采用不斷變化的超聲波頻率, 和不同的工作機(jī)制, 所以鳥類無法適應(yīng), 保證了驅(qū)鳥效果的 持久性。其特點是:低電壓、超低功耗、性能可靠、使用壽命長、維修量

7、小。三、 Zigbee 技術(shù)簡介zigbee 是一種無線連接技術(shù)的商業(yè)化命名,該無線連接技術(shù)主要解決低成本、低功耗、 低復(fù)雜度、低傳輸速率、近距離的設(shè)備聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。要的自組織無線網(wǎng)絡(luò)類型,即星型結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) (Mesh和簇狀結(jié)構(gòu) (Cluster tree ,特別 是網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),具有很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)健壯性和系統(tǒng)可靠性。 圖一 ZIGBEE星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點支持點對點、點對多點通信中心節(jié)點為 ZIGBEE 協(xié)調(diào)器,終端節(jié)點為 ZIGBEE 終端設(shè)備 所有數(shù)據(jù)經(jīng)過中心節(jié)點 適合圓形分散、距離較近的設(shè)備聯(lián)網(wǎng) 圖二 ZIGBEE 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)MESH 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點 系統(tǒng)采用多跳式路由通信 網(wǎng)絡(luò)容

8、量很大可以跨越很大的物理空間,適合距離較遠(yuǎn)比較分散的結(jié)構(gòu)MESH網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)具有強(qiáng)大的功能, 網(wǎng)絡(luò)的所有實體只有要通信范圍之內(nèi),都可以互相通信, 如果沒有直接通路, 還可以通過 “ 多級跳 ” 的方式來通信; 該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還可 以組成極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò);除此之外,網(wǎng)絡(luò)還具備自組織、自愈功能。四、 Zigbee 技術(shù)特點設(shè)備省電 zigbee 技術(shù)采用了多種節(jié)電的工作模式, 可以確保兩節(jié)五號電池支持長達(dá) 6個月到 2年左右的使用時間; 通信可靠 zigbee 采用了 CSMA CSMACA 的碰撞避免機(jī)制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留 同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留 了專用時隙， 避

9、免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突； 避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突 MAC 層采用了完全確認(rèn)的數(shù)據(jù)傳輸 機(jī)制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息 每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認(rèn)信息； 網(wǎng)絡(luò)的自組織、 網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強(qiáng) zigbee的自組織功能 自組織功能：無需人工干預(yù)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能夠感知其他節(jié)點的存在，并確 定連接關(guān)系，組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò) 組成結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)絡(luò)； zigbee自愈功能： ：增加或者刪除一個節(jié)點，節(jié)點位置發(fā)生變動， ，節(jié)點發(fā)生故障等 等，網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù) 網(wǎng)絡(luò)都能夠自我修復(fù)，并對網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)地調(diào)整， ，無需人工干預(yù)， 保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作。 保證整個系統(tǒng)仍然能正常工作 具備自組織、自愈能力的無線通信網(wǎng)絡(luò)才是自動抄表系統(tǒng)最理想的通信方式 自愈能力的無線通信網(wǎng)絡(luò)才是自動抄表系統(tǒng)最理想的通信方式。 自愈能力的無線通信網(wǎng)絡(luò)才是自動抄表系統(tǒng)最理想的通信方式 成本低廉 設(shè)備的復(fù)雜程度低， 設(shè)備的復(fù)雜程度低 且 Zigbee 協(xié)議是免專利費的， 這些可以有效地降低設(shè)備成本； 這些可以有效地降低設(shè)備成本 Zigbee 的工作頻段靈活 工作頻段靈活，為免執(zhí)照頻段的 2.4GHz，就是沒有使用費的無線通信 就是沒有使用費的無線通信。 網(wǎng)絡(luò)容量大 一個 ZigBe