无线电力监测

无线电力监测（精选9篇）

无线电力监测 篇1

0 引言

电力资源紧张是众所周知的事情,如何合理调配与使用电力资源成为人们关注的热点问题。目前电力部门或某个用电单位(如大型工业园区)对所管辖用电片区的电力消费情况难以实时监测,并且不清楚其某时间段的电力消耗变化规律,故难以实现有效调配电力资源和管理生产,也无法对电力设施进行优化和重新布局。本文设计的目的就是为解决该问题。

1 设计方案

监测控制部门对若干个片区(可大可小)进行电力监测,在每个片区供电入口安装1个监测点(类似总表),该监测点以CS5460实时采集、存储电力参数,而CC2430根据控制端的指令随时(一天或一月等)读取相应参数,经过ZigBee无线网络传输到控制台,控制台将参数输入到二维坐标图,通过参数曲线图分析各片区电力消费情况,从而采取相应措施。图1所示为系统的结构框图。

2 监测点设计

监测点电路包括:以CS5460为核心构成的参数采集部分,以CC2430构成的无线收发器部分。

(1)参数采集部分

采集与计量核心部分采用CS5460芯片,其内部集成了两个△-∑A/D转换器、高/低通数字滤波器、能量计算单元、串行接口、数字-频率转换器、寄存器阵列和看门狗定时器等模拟、数字信号处理单元,这些单元电路依据从220V交流电网采样的电流与电压参数,然后算出其它电力参数:电量、有功功率、瞬时功率、瞬时电压、电流并存储[1]。

图2所示为参数采集电路:J1是一个电流互感器,北京耀华德昌电子公司生产,型号:TA17—04,变比:2000:1;抗电强度:6000V AC/1min;用于将安培级强电流转换为毫安级弱电流,两个等值精密电阻(1%)流互感器的次极,会对CS5460的电流通道产生与电流相应的电压信号。J4是高精度、低阻抗的变压器,型号:PE2012-M,输入220V/230V±10%,50Hz~60Hz,输出15V,然后通过1个300k的精密电阻与两个1k的精密电阻(1%)分压成毫伏级输入电压通道。CS5460内部的两个△-∑A/D转换器将这两个通道的值转换后经过高/低通数字滤波器、交给能量计算单元计算并存储,以供收发器读取。

(2)无线收发器部分

如图3所示,无线收发器电路由CC2430及天线构成,CC2430是Chipcon 公司推出的用来实现嵌入式ZigBee 应用的片上系统。它支持2.4GHz IEEE 802.15.4/ZigBee协议,并满足以ZigBee 为基础的2.4GHz ISM波段应用对低成本,低功耗的要求。它在单个芯片上整合了ZigBee 射频(RF)前端、内存和微控制器。它使用1 个8 位MCU(8051),具有32/64/128 kB可编程闪存和8 kB的RAM,还包含模拟数字转换器(ADC)、几个定时器(Timer)、AES128 协同处理器、看门狗定时器、32 kHz 晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及21 个可编程I/O 引脚[2]。

CC2430通过P1.2、P1.3、P1.4、P1.7(与图2相应引脚标号连接)对CS5460写命令和读取数据,其时序图如图4所示[3]。CC2430把读取的数据通过射频I/O口馈赠到天线,无线传输到ZigBee网络。

射频I/O口(第32、33、34脚)与天线之间有段“几”字形的巴伦线(如图3所示),主要目的是:在TX模式下,把一个差分RF信号结合为一个单端50欧姆RF信号;而在RX模式下,把一个单端50欧姆RF信号分成一个差分RF信号。利用ADS的协同仿真功能,确定巴伦线匹配元件参数:电感L106 为8.2nH,电感L107为 22nH,电感L108为1.8nH, 电容C131为5.6pF。其巴伦线PCB图如图5所示。

3 ZigBee无线网络[4,5,6]

ZigBee无线网络的拓扑结构如图6所示的网状网结构。在ZigBee网络中,把设备定义为三种角色:ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee终端节点。这三种设备硬件结构相同,主要区别在于ZigBee协议栈中相应的程序代码不同。协调器负责初始化网络,建立网络、管理网络和存储网络中的信息。它为网络设定一个唯一的标识符(wLND),并选定一个信道作为该网络的通信信道。协调器还将对加入的设备进行管理,如允许或禁止设备的加入,为加入该网络的设备分配网络地址(16位短地址)。此外,它还提供路由消息和安全管理等服务。路由器负责寻找、建立路由路径,完成数据包的转发作用。它可以作为远距离通信的中转站,并通过路由功能拓展网络的规模。终端节点设备没有路由功能,只能加入现有的网络。它能与路由器通信,也可以直接与协调器通信。

图6中节点N1是协调器,节点N2—N5是路由器,其他节点是终端节点设备(即前文所述的监测点)。这三种设备的硬件核心部分相同:均采用CC2430无线收发器(如图3所示)。只不过终端节点设备加一个参数采集(如图2所示),协调器加个串口/USB口转接器,将数据传输到计算机控制台。

从软件上(ZigBee 协议栈)来讲:它包括操作系统层、物理层、媒体访问控制层、网络层、应用层、安全层等。对于开发者来说,打交道最多的是操作系统层、物理层、应用层。在进入主循环处理函数之前的准备工作中,操作系统的初始化尤为重要。osalTaskInit()、osalAddTasks()、osalInitTasks()三个函数的调用构成协议栈的几大任务列表,重点之一是协调器的组网:通过设置ZDApp_event_loop任务中的事件ID为ZDO_NETWORK_INIT来调用NLME_NetworkFormationRequest及其它函数进行格式化和建立网络,终端设备上电以后,重复发送信标请求,要求加入到最近的网络中。当协调器发现终端设备发出的信标请求,则响应一个超帧结构,用于设备间的同步,一旦同步成功,由终端设备向协调器发送关联请求,协调器同意则回应终端设备并自动分配16位的短地址,至此,两者组网成功。发送数据时调用AF_DataRequest()函数;而接收方的硬件抽象层检测到有数据来时,会生成系统消息并放到系统消息队列中,触发系统事件SYS_EVENT_MSG并调用接收处理函数。

4 控制台

各监测点将实时采集的电力参数传输到ZigBee无线网络的协调器,再从其串口输出,然后经过串口/USB转接器UT-810T的USB口传输到计算机上。工作人员将对数据存储、分析及处理。

5 结束语

以100W灯泡充当用电负载进行试验,底板CS5460能够采集计量其电力参数,架在其上的CC2430无线收发器采用SMT(螺纹接口)天线。然后以两个终端节点、三个路由器、一个协调器进行上电组网,如图7所示:将协调器接入电脑后,可以在无线网络监控软件(将协调器的USB口模拟成串口com6)看到各节点之间无线连接的信号强度良好(比如路由器节点5和终端节点6的连接信号强度为156),最终通过操作台能够正确收发命令及保存数据。

参考文献

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无线电力监测 篇2

GSM短信系统在广播电视无线监测技术中主要工作流程为，依靠于接收天线发送回来的固定频率下的信号，通过一系列的场强模块测试后与系统所设置的门限值相对比，若数据高于系统设置的门限值即为正常，在此情况下系统将会对固定频率进行信号的测试；若出现数据低于系统所设门限值的情况，控制系统将会以短信传送的方式将发射机故障以及监测情况，反映到技术人员接收系统和相关控制中心服务器上，以提出故障警告。技术检测人员接收到警告短信后在第一时间回到故障现场进行检修，从而缩短因故障所导致的电视停播时间。另一方面，控制中心接收到警报短信后，及时将故障时间、故障原因等情况反馈至此区域负责人员，并在情况核实之后依据相关情况完成故障的上报和登记工作。

在整个检测工作流程中，GSM短信服务系统发挥着至关重要的作用。总结起来就是，GSM短息服务系统将所接收的发生故障时间、地点以及具体故障情况，以短信的方式发送至监测技术人员手机和控制中心短信池，控制中心则对相关短信进行处理之后发送至检测室显示屏幕上，如此一来工作人员可以明确掌握故障的，并结合实际情况进行准确的处理。由此可见，监测控制中心的信息来源主要依靠于GSM短息服务系统，通过接收到的短信清晰掌握不同区域的故障问题和详细时间，并作出准确的判断和处理，从而保障了整片区域的广播电视播放顺畅，满足了不同用户的收看要求，及时缓解或者改善了电视停播故障问题，因此，GSM短信服务系统在广播电视无线监测技术中起着举足轻重的作用。

2在广播电视无线检测技术中应用GSM短信的优势

（1）由于短信发送费用低廉且接收短信不需要收取费用，因此GSM短信服务在很大程度上缩减了系统运行所需成本费用，同时该系统的组网较为简单，所需建设周期较短，故具有投资小回报大等特点。另外，GSM短信在不同区域也能够实现短消息互联，所以在实际应用中较为方便和实惠，在电话资源和线路节省方面较之传统的拨号有线系统更胜一筹，完善地解决了部分地区因各种因素无法实现发射机数据连接的问题。GSM短信服务系统在实际应用中不需要设置天线，因而节省了一系列不必要的手续费用，该特点比一般无线网络更为经济。在广播电视无线监测技术中有效应用GSM短信系统，能够简化建设步骤降低投资成本，及时解决故障缓解播出风险。

（2）由于GSM短信服务系统具有覆盖范围广、应用资费少

可以跨区域发送、接收短信等特点，因而打破了传统数据接收系统对于发射数据地点的局限性，就目前来说，该系统信号覆盖的优越性是没有任何系统能够与之相提并论的。同时，该系统运营机构通过在一些偏远地区设置信号站等措施，全面解决了某些地区因为用户稀少或者地域限制而导致的信号较弱问题。

（3）通常情况下

发射机工作运行中所传输的数据大致在几个字节之间所需容量不大，然而GSM短消息服务系统能够支持发送140字节，因而为发射机的数据传输提供了有利条件。同时，由于GSM短息服务系统校验方式较多标准较为规范，因此有效降低了误码概率保证了系统数据传输中的准确度。

3结语

无线电力监测 篇3

电力系统中存在着众多高压设备触点。在长期运行过程中,多种原因可导致高压触点间接触电阻不断增大,其温度不断升高直至酿成事故[1]。因此监测高压触点的温度变化,实现温度在线监测是非常必要的。电力系统对高压触点温度测量目前尚无统一标准。但一般电力企业的具体要求是能够满足24 h室内外全天候工作,报警温度阈值设定在70℃左右,温度测量范围在-40℃~+120℃之间,测量精度控制在±5℃之内。

目前,电力系统测温技术的使用已经很普遍。近期研究较常用的测温方法主要有:红外测温[2]、光纤测温[3,4,5,6]和无线测温[7]。红外测温方法主要是根据物体相对辐射强度与温度之间存在一定的函数关系而制成的,为非接触式测温。光纤测温方法的原理主要是利用温度能引起光纤光栅布拉格波长的变化而设计的,是一种直接接触式的测温方法。

本文介绍了一种采用Zig Bee无线通信技术研发的无线测温系统。该无线测温方式采用电磁波传输信号,传感器安装在高压设备上,温度测量准确,可以彻底解决电气绝缘问题,且此法不受气候环境和开关柜体结构的影响,可以测量室内外任何高压带电体有温度事故隐患点的温度,并对监测点实现在线监测,很好地解决了高压触点温度在线监测的问题。

1 系统工作原理及整体结构

Zig Bee无线网络技术是一种近距离、低复杂度、低数据速率、低功耗、低成本的双向无线通信技术,其数据传输速率在10~250 kb/s之间,两个网络节点之间的单跳距离为10~75 m。Zig Bee网络具有节点容量大、自动组网、自动路由和自愈功能,并且工作在2.4 GHz的免执照频段,其射频发射功率低,若使用低功耗单片机,一节高能锂电池足以保证网络节点正常工作3年以上。因此它是实现高压触点无线温度监测系统的理想解决方案。

本系统结构如图1所示,主要包括三个部分:监测主机、无线遥测网络、无线温度传感器节点网络。系统底层由安装在母排接头表面、接近开关触头的触臂上或其他温度事故隐患点的无线温度传感器组成Zig Bee测温网络。这些无线温度传感器节点(以下简称节点)按安装位置就近划分子网,相邻子网采用不同的信道传输数据(Zig Bee协议在2.4GHz频段提供了16个信道,足够按蜂窝原理划分子网使用),这样可以简化网络管理,提高系统抗干扰能力。每个子网有一个主节点,即无线温度监测仪(以下简称监测仪)。监测仪负责接收、显示子网内各子节点采集的温度数据、子节点状态,并判断是否需要发出预警信号。它通过CAN工业总线互相连接,从而构成无线遥测网络。通过该网络,监测仪可将每个节点采集的温度数据转发给系统最高层的监测主机,监测主机也可以通过该网络设置每一个节点、监测仪的工作参数。监测主机的数据库中保存有各节点的关键温度数据,这些数据可以共享到企业内部网上。

监测主机与监测仪在线监测各高压触点的运行温度,当发生超温或温度变化率越限时,能够及时发出预警信号。

2 系统软硬件设计

2.1 无线温度传感器节点

节点的具体结构包括温度传感器、单片机、无线收发电路和编码开关等几部分,如图2所示。

温度传感器采用Dallas公司基于单总线的带隙数字式温度传感器DS18B20。它内置一个12位模数转换器,温度测量范围为-55℃~+125℃,分辨率达0.062 5℃。带隙数字式温度传感器是基于带隙结构,PN结增量电压正比于IC绝对温度(PTAT)的感温器件。它的测温精度较高,但存在着一定的误差。Dallas半导体的精密制造能力可以保证DS18B20在出厂时误差被校正到±0.5℃以内,满足测量要求。DS18B20可以工作于寄生电源模式,也可以工作于传统供电模式。不过在100℃以上时芯片漏电流加大,不能保证单总线的正常通信,所以宜采用传统供电模式(直接由锂电池供电),这样也同时节省了一个上拉MOSFET。节点休眠时DS18B20耗电仅有0.75μA。

单片机采用TI/Chipcon公司的CC2430芯片,用以实现温度数据读取和无线通信。CC2430是一颗真正的系统芯片(So C)。该芯片能够提高性能,并满足以Zig Bee为基础的2.4 GHz ISM频段应用,以及设计中对低成本、低功耗的要求。它内含一个高性能2.4 GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051单片机控制器。在节点运行期间,单片机绝大部分时间都处于休眠状态(进入PM2模式),默认每隔1 min唤醒一次,然后启动DS18B20温度转换功能,读取当前最新温度测量值后经由2.4 GHz射频发送器发送给监测仪。然后再次进入休眠状态,依次循环。采集温度间隔时间可由监测仪或监测主机设置。节点休眠时CC2430耗电仅有0.9μA。CC2430内部集成有温度传感器,但为了安装方便,还是使用了DS18B20测温。

无线收发电路采用CC2430数据手册推荐的典型电路。考虑到节点工作于高压环境,采用低温共烧陶瓷(Low Temperature Co-fired Ceramic,LTCC)积层片式内置蓝牙天线。该天线体积小,信号辐射强度大。无外置天线可以有效防止在高压环境下产生尖端放电现象。

编码开关用于设置节点的发射频率、发射功率等工作参数,以方便设置相邻子网采用不同信道通信。

节点由3.6 V高能锂电池供电,彻底解决了测量高压设备时的电气绝缘问题。因单片机内置了所需的各种电压调理电路,所以电池可以直接连接CC2430供电引脚。单片机内部还具有监视电池电压的电路,可在电池电压下降到设置的警戒值时发送报警数据给监测仪。试验测定,节点运行于默认状态(每隔1 min唤醒一次)时每天耗电大约0.174 1 m Ah,见表1。

为使节点结构更加紧凑,易于安装,设计封装时采用一体化结构,用热缩外套封装,防水防尘。节点的一个侧面设计成感温面,用于检测温度,μSOP封装的DS18B20顶部被涂抹导热硅脂后粘贴到感温面上。安装时将节点感温面与发热点紧密接触,视情况可涂抹导热硅脂,再用高温尼龙扎带将节点固定在被测物体上,可保证温度测量的准确性。

软件上采用TI公司开发的Z-Stack 2006协议栈作为程序模板。节点首先调用DS18B20的驱动函数读取温度(12 bit数据),然后再调用Z-Stack协议栈应用层数据服务接口,便可将温度数据传输到Zig Bee网络主节点(监测仪)。节点发送的无线数据帧格式定义为:开始标志(AAH);传感器编号(4 Byte);温度数据(2 Byte);节点状态(1 Byte);CRC校验码(1 Byte);结束标志(55 H)。其中的节点状态表示节点是否有故障、故障的类型、电池电量等信息。

2.2 无线温度监测仪

监测仪的原理如图3所示。其中,单片机、无线收发电路和编码开关的型号与功能都和节点相同。开关电源模块就近采用220 V直流或交流电源供电,经电压调理电路输出5 V和3.3 V浮地直流电源供系统使用。

监测仪选用320×240点阵液晶触摸屏作为人机界面,用以显示各节点温度数据、电池电量等信息,输入运行、报警等参数。监测仪具有报警输出功能,提供一个无源继电器触点输出,常开、常闭触点各一个。系统默认节点报警温度阈值为70℃,温度变化率阈值为10℃。若节点温度或温度变化率越限,则报警继电器动作,同时触摸屏对应显示项目闪烁。

监测仪采用NXP半导体公司的CAN总线控制芯片SJA1000和收发器芯片PCA82C252与其他监测仪及监测主机联通,构成CAN工业总线网络。CAN总线较RS485总线更加先进。它在数据链路层就提供了CRC校验功能,配合屏蔽双绞线组成开环网络,再采用符合ISO11519-2标准的收发器芯片PCA82C252,不使用中继器,网络电气长度就可达1 km,其抗干扰性能极强。

监测仪一般安装于开关柜的二次侧柜门上,与所管理子节点组成星形拓扑结构,形成一个子网。为方便网络管理,采用了蜂窝网络结构,相邻子网所用通信频率不同,不相邻子网可以使用相同频率。

在节点控制软件基础上,监测仪的软件增加了触摸屏控制和CAN总线通信部分。触摸屏模块控制较简单,这里不再赘述。监测仪收到节点发送的有效数据后,马上返回一个响应帧给对应节点,然后将温度数据转发到CAN总线网络上。CAN总线协议规定每帧的数据最多为8个字节,因此监测仪转发的数据帧格式定义为:传感器编号(4 Byte);温度数据(2 Byte);节点状态(1 Byte);LRC校验码(1 Byte)。其中LRC为纵向冗余校验,即前7个字节的异或。若CAN总线网络上存在监测主机,则自动接收这帧数据,校验无误后,用于显示、判断、存储等工作,程序流程如图4所示。

2.3 监测主机

监控软件安装在具有PCI CAN接口卡的PC机上,称为监测主机。其主要功能是通过CAN总线网络、Zig Bee无线网络与所有节点进行通信,读取被监测的高压触点温度数据,实现对电力高压触点温度在线实时监测的功能。

通过该软件还可以了解每一个节点的当前运行状态、电池电量,若长时间未收到某一节点的数据,则可以判定该节点出现了故障。监控软件还具有独立设置每一个节点运行参数、对历史数据的记录和对比分析、温度超限预警及报警、运行状态全程记录以及给监测仪校时等功能。其软件界面如图5所示。

3 现场应用结果

为检验系统测量温度是否准确,分别在实验室环境和现场运行环境作了温度测量对比试验,数据如表2所示。在实验室中,任取一节点,令其处于连续工作模式,每隔3 s发送一次测量数据,然后将其感温面浸入水中(节点有热缩外套保护,可以防水),控制水温在6℃~85℃之间变化,记录节点传回的温度数据。对比仪器采用M180988铂电阻精密数字温度计,在-50℃~+150℃范围内该机测量精度高达±0.03℃,并具有每隔3 s打印一次测量数据的功能。对比二者的试验数据发现,因热缩套有一定的隔热效应,节点所测温度值与15 s之前的M180988所测温度值近似,可确定节点的温度时延为15 s左右。

在某35 k V变电站安装本系统后,任取一节点做温度测量对比试验,对比仪器采用美国Raytek公司的ST20XB便携式红外测温仪,在常温环境下其测量精度可达±1℃,ST20XB所测温度与15 s后节点所测温度数据作对比。

测量误差的出现有三方面的原因:(1)传感器DS18B20本身就有±0.5℃测量误差;(2)与被测物体接触不良造成热传导需要一定时间;(3)对比仪器本身就有测量误差,红外测温仪甚至达到±1℃。实验室测定节点测量误差不超过±1℃。

由于现场一般要求高压触点温度小于70℃,温度变化率小于20℃/min,而温度的变化又是缓慢而连续的,可见本系统最大±1℃测量误差的测量精度与15 s的测量速度都满足现场要求。

本文介绍的电力高压触点无线温度监测系统已在某35 k V变电站投入试运行。监测仪每75 s读取一次节点温度值,并通过CAN总线发往监测主机。系统在不更换节点电池的前提下,已经连续正常工作了6个月,预计可以继续正常工作3~5年。图6为该系统在现场的安装实例图片。

4 结语

本文基于Zig Bee无线通信技术、CAN总线技术,研发了电力高压触点温度无线监测系统。该系统由Zig Bee节点测量高压触点温度,上传给主节点(监测仪),再通过CAN总线将温度数据发送到监测主机,完全解决了测量高压设备时的绝缘问题,形成了一套可靠性高、测量准确、价格合理、易于安装、易于管理、易于维护的解决方案,为电力系统的安全运行提供了有力支持。

摘要：基于电力系统中对高压触点温度测量的实际需求,研发了一套高压触点温度无线监测系统。该系统由无线温度传感器节点网络、无线遥测网络和监测主机三个部分组成。无线温度传感器节点采用DS18B20测量温度,CC2430单片机读取温度数据并实现ZigBee无线通信技术的灵活组网。无线遥测网络是由无线温度监测仪经CAN工业总线互联而成。无线温度监测仪作为ZigBee子网内的主节点,负责接收各节点温度数据,并向监测主机转发。监测主机完成对所有节点温度的显示、判断、存储等工作。系统已在现场投入试运行,性能良好,为电力系统的安全运行提供了有力支持。

关键词：高压触点,无线监测系统,ZigBee无线通信技术,CAN工业总线

参考文献

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无线电力传输讲座知识总结 篇4

1889: 尼古拉•特斯拉提出无线电力传输的构想。无线电力传输方式： 电磁感应式 谐振耦合式

辐射式（无线电波、微波、激光方、超声波等方式）

电磁感应式

定义：(非接触感应式)电能传输电路的基本特征就是 原副边电路分离。原边电路与副边电路之间有一段空隙，通过磁场耦合感应相联系。特点: 较大气隙存在，使得原副边无电接触，弥补了传统接触式电能的固有缺陷； 较大气隙的存在使得系统构成的耦合关系属于松耦合，使得漏磁与激磁相当，甚至比激磁高； 传输距离较短，实用上多在mm级。缺点：

电磁感应方式传输控制不好，在其范围内的金属都会产生电磁感应消耗电源能量，另外还会使设备的线路感应发热，严重时会损坏设备。谐振耦合式传输

谐振耦合方式（WiTricity技术）：系统采用两个相同频率的谐振物体产生很强的相互耦合，能量在两物体间交互，利用线圈及放置两端的平板电容器，共同组成谐振电路，实现能量的无线传输。)输电线中的电能传入用铜制造的天线中； 2)天线以9.90MHz的波长振动，产生电磁波； 3)天线发出的能量传播到2米(6.5英尺)外；

4)同样以9.90MHz的频率震动的接收线圈，能量充入设备中

5)没有转换成能接收的能量不会被线圈重新吸收。不能产生9.90MHz共振的人和其他物体不会对它产生干扰。

2008年8月，Intel西雅图实验室的Joshua R.Smith研究小组基于磁谐振耦合无线能量传输技术开发出可为小型电器充电的无线传能装置能够实现在1m距离内给60W灯泡提供电能，效率可达75%。特点：

• 利用磁场通过近场传输，辐射小，具有方向性。中等距离传输，传输效率较高。能量传输不受空间障碍物（非磁性）影响。•

传输效果与频率及天线尺寸关系密切。缺点：

• 谐振耦合方式安全实现问题比较严重，要想更好的实现谐振耦合，需要传输频率在几兆到几百兆赫兹之间，而这一段频率又是产生谐振最困难的波段。

辐射式传输

无线电波式：主要由微波发射装置和微波接收装置组成，接收电路 可以捕捉到从墙壁弹回的无线电波能量，在随负载 作出调整的同时保持稳定的直流电压。

微波和激光的无线能量传输技术

微波无线能量传输技术目前尚处于研发阶段，其技术优点是成本较低，技术瓶颈是效率太低，而且容易发热，损坏设备。

2009年，Lasermotive使用激光二极管，在数百米的距离传输了1千瓦以上的功率，打破了多项世界纪录，并赢得了美国航空航天局（NASA）的大奖。无线电方式问题主要在于其在能量传输过程中能量损耗太大，传输效率太低。

如果辐射是全方向性的，则能量传输效率会十分的低；如果是定向辐射，也要求具有不间断可视的方位和十分复杂的追踪仪器设备。应用及前景 1.医疗

2.游戏，娱乐

3电动汽车的无线充电

待解决的问题： 电磁辐射安全问题 电磁兼容问题

系统整体性能的提高 产品推广中的标准统一 电力公司如何计费、收费 电磁辐射安全：

传统供电：传输路径上，能量可控。无线通讯：微小功率。

无线电力传输：①路径上能量不易控；②能量功率较大。危害机理：

1.热效应：人体是导体，接受电磁波而产生涡流，发热。

2.非热效应：人体组织和器官存在微弱电磁场，受电磁波而破坏平衡，影响人体机能。

3.积累效应：高能电磁辐射造成的危害未来得及自我修复之前再次受到辐射，伤害程度就会积累。

高能量的能量密度势必会对人身安全及健康带来影响。如：

地磁场50-60μT，核磁共振0.5-4T； 阳光的功率密度一般为100mW/cm2。

所以采用无线输电时要考虑避免对人身的伤害。电磁耦合共振中程传输

 “中程”距离：可达感应线圈半径8倍的距离。

 发射装置与能量源相连，并不向外发射电磁波，而是利用振荡器产生高频振荡电流，在发射线圈周围形成一个非辐射磁场，即将电能转换成磁场；  当接收装置的固有频率与收到的电磁波频率相同时，接收电路中产生的振荡电流最强，完成磁场到电能的转换，从而实现电能的高效传输。

 电磁耦合共振中程传输

能量的传输是在一个共振系统内部进行，对系统外的物体（非共振频率）不会产生影响。

一般情况，其磁场强度与地磁场相似，50-60μT 微波/激光远程传输

无线电波波长越短，其定向性越好，弥散越小；

电力通过振荡器变换成微波/激光电力，从送电的天线向远处以微波/激光形式无线送电；

接收天线由半波长的偶极天线、整流二极管、低通滤波器及旁路电容组成，可接收微波/激光并转为直流电力。微波/激光远程传输

微波：频率为300MHz~300GHz的电磁波 ；

现有的研究中，两种频率比较常用：2.45GHz、5.8GHz，可穿越云层。激光：3.846*10^(14)Hz到7.895*10^(14)Hz。

障碍物会影响激光与接收装置之间的能量交换，穿越云层能量损耗大。在接收整流天线口径面以外的区域基本都是符合辐射安全标准的，在接收天线口径面内的辐射相对较强，需要在接收系统外围建立保护禁区。目前一般采用的微波功率密度约为5mW/cm2

无线能量传输系统在工作时周围空间会存在高频电磁场，这就要求系统本身具有较高的电磁兼容指标。电磁兼容性问题三个因素： 电磁干扰源； 耦合途径； 敏感设备。

从这三个因素入手，对症下药，消除其中某一个因素，就能解决电磁兼容问题。因此采取有效的抗干扰措施、屏蔽技术、合理使用电磁波不同的频段、避免交叉、重叠等造成不必要的电磁干扰。微波电磁兼容问题

微波：频率为300MHz~300GHz的电磁波 ；

现有的研究中，两种频率比较常用：2.45GHz、5.8GHz，这两个频率已经分配给ITUR无线广播、工业和医学当中使用。同频率间的电磁干扰是必须考虑的。

电磁感应式：

包括输入整流、高频逆变、可分离变压器和输出整流滤波等环节。可分离变  

 

  

 压器按其原边与副边的相对运动状况又可分为：静止、旋转和相对运动三种形式。

电磁感应式：

 满足要求的前提下，缩短传输距离，提高效率；  提高原边与副边的横向位置精确度；

 避免金属异物进入传输线圈之间引起局部发热现象。

由RF电路产生与谐振线圈固有频率相同的高频正弦信号，经过线性功率放大之后，注入到发送端LC谐振线圈，经过非辐射性高频磁场耦合，能量传递到接收端谐振线圈，经过输出整流滤波之后为负载供给能量。传输距离一般为8倍线圈距离。缩小铜线圈；增大传输距离。微波式：

高性能天线；微波源；微波接收整流设备。

微波式-微波源：

 微波电子管在高电压下可以放大较高功率的微波，具有较高的效率（70%）；  半导体放大器通常只放大低功率微波，其所需要的电压也比较低，然而它的成本却较高。

微波式-整流设备：

 硅整流二极管天线：由一个天线及高频整流电路所构成，高频整流电路能够将微波信号经由肖特基二极管整流成直流电源。

如：一个微波吸收效率为85%的硅整流二极管天线，其覆盖直径为5km。Qi标准—产生背景

设备使用的充电器千差万别，电源插口形式、设备插口形式、电压等级、电流容量均存在较大差异，因此往往每台设备都配有专用的电源转换器，这既产生了极大的浪费和污染。

一个充电设备可供各种不同企业、不同品牌的便携终端充电，Qi应运而来。Qi 标准的组成及基本原理

目前WPC 确定的Qi 标准1.0 版本是低功率技术规范，针对不超过5 瓦特的电子设备。针对不超过120 瓦特的中等功率技术规范制定工作也已于2010 年10 月启动。

 第一部分对无线充电器及接收器的界面进行定义；

 第二部分和第三部分是对产品的表现要求和认证测试的要求。只有获得认证的产品才能允许使用Qi 标识。

无线电力监测 篇5

关键词：电力远程监测,TCP网络连接,集中管理

0 引言

近几年,无线数字电视在国内发展异常迅速,主要运用在城市的公交、铁路、户外广告和移动多媒体等,由于城区建筑比较密集,对信号的衰减影响比较大,同时为了提高信号在郊区或者偏远小镇的覆盖质量和面积,就需要通过建立单频网、差转台或者直放站来解决信号的覆盖问题,这些基站可能分布在城市、乡镇,甚至是人际罕至的山区,数目较多,地域分布广。为了保证机房内的服务器、交换机、路由器、发射机、UPS和空调等的设备正常工作,稳定和持续的供电是其正常工作的基本保证[1]。目前国内外很多发射基站都是主要通过人工巡检方式了解供电运行情况,经常是当信号出现中断报修后,运维人员才发现故障,不仅增大了运维人员的工作量,而且对于提高客户服务质量等方面都会造成一定的影响。为适应减员增效和现代化管理的要求,设计了无线数字电视发射机房电力远程监测系统,通过对各设备支路电流、电压以及运行状态等参数的测量来实时监测和记录各设备运行状况。

1 系统功能和监测终端平台

无线数字电视发射机房电力远程监测系统集采集、处理、报警、管理于一体,内建完善的TCP网络功能,灵活组网。为了系统便于维护,采用标准模块化的设计方法,充分保证系统的适应性和可靠性,也便于扩充。

1.1 电力远程监测系统功能

系统分三层设计:监测终端、通信层和远程监测中心。监测终端主要通过采集各电力支路的参数和工作状态,并根据预设值判断故障,具有本地显示、报警和日记查询等功能;远程监测中心是一台多功能的智能监测服务器,内置了一套管理系统软件,能够对各种现场数据进行采集和自动化处理,主要收集从各个发射机房回传的数据,并通过数据库对数据进行存储和管理,同时具有数据分析、告警提示、报表打印等功能;通信层采用C/S架构设计,远程监测中心作为服务端,通过TCP传输协议与各机房的客户端通信[2]。

1.2 监测终端平台

发射机房的配电箱有多个支路,终端主要监测市电输入、空调、UPS蓄电池输出、机柜、发射机和室内照明等支路,通过监测母线电压和电流就可以实时掌握各单元的供电情况。

1.2.1 监测终端硬件结构

发射机房电力监测终端以微控制器C8051F340为处理核心,通过SM系列电流变送器将0~5 V的电压信号送给控制器的ADC口,通过SPI接口与网络模块W5100实现接入Internet;LCD用于显示机房现场监测结果及告警情况。监测终端结构如图1所示。

发射机房电力监测终端提供了多路模数字量传感器的设备接入接口,可以通过这些接口对现场的各种数据进行有效的远程监测和管理,当系统监测到被监测对象的情况发生异常时,系统会发出报警,及时地通知相关的管理人员。同时,还可以通过系统预设的应急程式,自动地启动对应的应急措施,帮助管理人员排除故障,避免或减轻故障带来的损失[3]。

1.2.2 支路电压和电流监测方法

主电力系统为了传输电能,往往采用交流、大电流回路把电力送往设备,无法与控制器C8051F340的ADC口直接相连进行测量。故采用了互感器解决这个问题,它可以将交流大电流按比例降到用控制器端口直接测量的数值。SM系列电流变送器结构如图2所示。

系统采用的是SM系列线性交流电流变送器SML50ACE-12/24,它灵敏度高,快速响应,初级与次级高度隔离;单电源供电,电源电压范围为12~24 V;测量电流范围为0~50 A;交流输入,输出0~5 V的直流电压。SM系列电流传感器的电流输出可通过外接电阻转换为电压输出。

2 客户端软件

客户端软件采用C语言设计,由于结构不复杂,故采用了一个循环的结构,在这个过程中通过调用不同的功能子函数实现,子函数包括各模块初始化、建立网络连接、数据采集处理、日志操作、数据格式的处理等。

2.1 程序流程

终端上电后首先进行系统初始化,包括网络配置、设置扫描间隔等,然后主动与服务器端建立TCP网络连接。通信正常后,终端开始依次采集各支路的电流和电压值,并对每组采集到的数据进行分析,处理后得出最后的结果,再对这个数值进行判断。如果是正常状态,就直接将数据按照事先规定的协议打包并发送至服务器端;如果监测到的数值异常,则写入日志,启动本地报警,并将告警原因显示到LCD上,向服务器发送数据时需要一并发送告警报错类型,以便工作人员及时查清原因。接着根据设定的扫描时间,延时N s,再次进入下一个循环[4]。扫描周期的设计要比较快,但不能太快,考虑到电流和温度变化,在1/10 s量级,扫描周期设计100~200 ms为最佳。软件流程如图3所示。

2.2 数据处理

考虑到坏数据处理和合理报警都是因为通道或传感器受到了干扰引起的,为了使提出的方法具有普适性,在数据采集底层就要进行处理。每个监测量定义都要对应这样一组数据,可以根据先验知识或后验知识人工设定。每个监测量在取得数值以后,经过评估,得到实时状态。结合数据处理,数据采集流程如下:1)从模块读数据,采样,得到数据;2)在时钟控制下,连续5次采样,平滑处理,去掉最大和最小,3次平均值作为实时数据;3)评估。如果不合理,废弃此数据,继续采样。如果依然不合理,放弃该点数据,记录状态为“故障”[5]。

3 集中监测管理中心

监测管理软件采用VC++6.0作为开发平台,由于系统要管理的机房数量多,而且涉及到的数据庞杂,为了方便分类、管理和查询等,引入了Access2003为后端数据库,采用开放数据库互连ODBC对数据库进行操作,它提供了一组对数据库访问的标准应用程序编程接口API,这些API利用SQL来完成增、删、改、查和维护等操作等大部分任务[6]。

程序运行在监测管理中心的PC机上,通过以太网实现与各监测节点的通信,主要使用Socket编程完成TCP的连接与数据的收发,并实现数据处理、实时显示、数据备份、历史查询、数据统计、分析预测、故障报警和报表导出等功能[7]。

3.1 数据传输协议

系统的客户端与服务器端的上下行数据交互主要包括两大类:上传数据和下行指令。为了使系统的数据传输更稳定可靠,定义了数据传输协议,将数据打包成帧的格式再通过建立的TCP连接发送出去,数据帧协议结构如表1所示。

为了区分每个帧数据,协议规定每个帧都以#DVB#开始,以#END#结束。在系统规划初期给每个机房的监测终端指定固定的IP地址,并录入到监测中心的管理系统中。

3.2 报警类型

本地报警功能在控制器上直接实现声光报警,并记录报警信息和处理措施,同时传送给监测后台。远程报警可通过监测后台实现,会在人机交互上弹出相应界面,给出是哪个机房的设备出现故障以及故障原因。故障报错种类分成8类,如表2所示。

通道故障包括某个通道数据异常、开路或者短路。模块故障包括某个模块无通信回应、掉电、接触不良或者模块损坏。通信线路故障指所有模块都没有响应。其中,干扰是指由于受电磁环境的影响,偶尔出现无效的坏数据,如果有坏数据出现,发送最近一次测量数据作为替代并存储来消除干扰;如果是有连续的坏数据,就认为是通道或者电流变送器有缺陷。

4 结论

采用C/S架构设计的无线数字电视发射机房电力远程监测系统,采用了SM电流变送器实现了对大电流的准确测量,通过微控制器C8051F340实现了数据采集、处理、网络接入和数据传送等功能,从而完成了对市电输入、UPS蓄电池、空调、发射机等设备的实时监测。该系统适用于网络规模大、用户数量多和分布较广的基站电力监测管理,可对大量分布式的数字电视发射机房的电力的电源进行集中统一管理,真正做到电源管理的实时化、智能化和网络化,省去了频繁的机房巡查,大幅度降低了运维人员的工作强度,对于推进的无人值守基站管理模式具有重要意义。同时也变“报障→维护”的被动运维模式为主动和自动的运维模式,及时发现故障,将隐患消灭在萌芽中。

参考文献

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[2]张慧熙,孙亚萍.实时远程电源和UPS监控网络节点机硬件设计与实现[J].计算机测量与控制,2010,18(1):142-144.

[3]卢刚,程显蒙.基于GPRS和AT89C52的远程电力监测系统设计[J].自动化仪表,2008,29(11):40-42.

[4]白云州.基于W5100的网络化温室大棚环境监测系统[J].制造业自动化,2011,33(3):20-21.

[5]姜印平,刘江江,李杰.基于MSP430单片机的智能电池监测仪[J].仪器仪表学报,2008,29(5):1040-1043.

[6]顾东袁,杨东勇,徐杨法.智能坐便器嵌入式控制系统设计与实现[J].计算机工程与应用,2008,44(31):98-100.

无线电力监测 篇6

在供配电线路中,10kV 线路占据了我国变配电线路总长度的80%以上,据中国电器工业协会变压器分会统计,目前我国在网运行35kV 及以下电压等级配电变压器在市场的容量份额占比达到了40%。我国10kV 电压等级配电变压器销量在变压器行业中所占比重约为三分之一。

电力变压器是供配电系统中不可缺少的重要部件,其工作正常与否直接影响着下级用电系统的安全。目前10kVA以下的变压器大多为无人值守配电变压器,通常每年只做定期检测一次,不能实现实时运行监测,这样难免会出现误判、遗漏等情况,由此常常造成变压器存在故障不能及时排除而导致设备损坏和停电事故频繁发生。针对配电变压器监测量多、面广和实时性的要求,提出了一种维护成本低、性价比高的变压器温度监测系统。

1 变压器无线温度监测系统的工作原理

变压器无线温度监测系统是通过在变压器终端安装特殊的信号采集仪器进行不间断的自动采集变压器绕组温度及对变压器内部的温度状态进行不间断的监测,并通过无线传输技术将变压器终端的运行情况通过以太网及时反馈到监测中心,实现监测中心对变压器发生的故障现象、异常情况、故障地点等的及时发现,再通过短消息的形式通知监测人员,以第一时间到达现场对变压器故障进行处理,从而实现系统的远程联网监测和无人值守功能。

电力变压器无线温度监测系统的工作过程如图1所示:通过温度传感器A采集变压器信息,然后把信息传递到无线发送模块A,该模块通过无线方式把探测到的电力变压器温度数据发送给无线接收模块A,再通过中央处理器A处理后传送到以太网数据处理器A CP2200进行处理。以太网接口处理器CP2200把中央处理器A传过来的数据进行处理转换成以太网兼容的数据向服务器A传送,依此类推将多台变压器数据A、B、C、D、E、F、…X传送到相应的服务器,再将不同的变压器进行地址编码,指挥中心就能准确读出和显示被监测变压器的温度数据,及时发现故障变压器的具体位置,作出准确的处理。

2变压器无线温度监测系统能够实现的功能

(1)该装置能对变压器的铁芯温度、线圈温度等实时数据进行监测中心现场显示 ,并同时发送到非现场监测人员手机上。

(2)装置能实现变压器温度数据的远程监测,让监测人员及时了解变压器现场运行情况。

(3)自动报警功能。装置能将变压器故障、异常运行等情况及时以短消息的形式报告监测人员,实现了系统与设备的无人值守功能。

(4)实现打印、抄收报表及各类分析图表功能。

3 变压器无线温度监测系统的总体设计

3.1 变压器温度监测与故障判断的依据

变压器通常由器身(铁芯和绕组)、绝缘部分、分接开关、保护装置和冷却装置等部件组成。正常工作时,如干式变压器温度达到80-90℃左右,绕组温度最高限值为95-100℃(绕组温度一般比上层油温高10-15℃,若按上层油温达85℃作为上限值,则绕组温度按95-100℃作为上限值),通常设置90-95℃报警。对冷却系统的监测一般通过测量冷却器在空气等介质的温度来完成。通过对测量值进行估算,就能及时发现冷却器表面或空气入口处的滤网上是否有污物;同样的原理也能发现变压器油泵及风扇的故障;另外还可以通过测量变压器高压套管上电流、电压值或调压开关分接点的实际位置,来确定变压器的实际负荷;通过计算气体传感器的输出信号就能确定绝缘材料的工况;变压器运行时的温度一般会随环境和负荷的变化而变化。设备温度过高会加速绝缘老化、缩短使用寿命。同时温度过高也表明设备工作不正常或已经出现了故障,需要及时检修维护,否则会扩大故障。因此,我们可以通过监测电力变压器的温度变化数据,及时发现变压器存在的隐患,做出快速准确的判断。

3.2 电力变压器无线温度监测系统的组成

该系统由四个模块组成:数据采集和发送模块、数据接收和单片机处理模块、以太网接口模块和联网模块,如图1所示。下面简述各模块的工作过程。

(1)数据采集和发送模块

该系统使用无线通讯模块nRF905。nRF905采用Nordic公司的VLSI 技术。ShockBurst技术使nRF905能够提供高速的数据传输,而不需要昂贵的高速MCU来进行数据处理/时钟覆盖。通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内,nRF905提供给应用的微控制器一个SPI接口,速率由微控制器自己设定的接口速度决定。nRF905通过ShockBurst工作模式在RF以最大速率进行连接时降低数字应用部分的速度来降低在应用中的平均电流消耗。在ShockBurst RX模式中,地址匹配AM和数据准备就绪,DR信号通知MCU一个有效的地址和数据包已经各自完成接收。在ShockBurst TX模式中,nRF905自动产生前导码和CRC校验码,数据准备就绪DR信号通知MCU数据传输已经完成。总之,这意味着降低MCU的存储器需求也就是说降低MCU成本,又同时缩短软件开发时间。在电力变压器无线温度监测系统中使用了两个同样nRF905无线通讯模块,承担信息的发送和接收。

采用多个温度传感器对变压器进行温度探测,通过一块Nrf905无线发射模块发射,再通过另一块Nrf905无线接收模块接收数据传给中央处理器处理,系统采用模块可实现中短距离内(50-300米)的可靠通讯,所有的数据均以无线方式传送给主机。

(2)数据接收和单片机处理模块

数据接收和单片机处理模块,单片机采用89C52,它保留了80C51的原有功能,同时把芯片内的RAM扩展到8K字节,89C52片内有256B RAM,8KB程序存储器,3个定时器、时钟频率为0-33MH,8位外部数据总线。主频24MH,将新增加片内16位寻址ERAM扩展为RAM,全双工UART串行口新增硬件帧检错和地址自动识别电路。正是因为89C52具备上述良好的性能,所以我们用它完成接收到的无线数据的处理,与MAX1480 SJA1000 异步收发器芯片共同完成CAN总线与以太网的通信任务。无线接收模块A把接收到的数据通过中央处理器处理A89C52处理转送到以太网数据处理器A CP2200处理。以太网接口处理器CP2200把中央处理器处理A传过来的数据进行处理转换成以太网兼容的数据向服务器A传送。

(3)以太网接口模块

以太网控制器完全兼容100/1000 BASE-T网络;有全/半双工,自适应,自动极性检测和纠正功能,能够自动填充和CRC生成,支持广播和多播MAC寻址。并行主机接口(30Mbps 传输速率),8位复用或非复用方式,复用方式下仅需11个I/O引脚,Intel或Motorola总线方式,接收数据包中断和网络唤醒中断,8KB FLASH存储器。8192字节非易失性数据存储空间,工厂预编程的唯一48位MAC地址,不需外部EEPROM。它对具有良好的兼容性数据存储功能,如果相关的设施/设备具备数据输出口,就可定时上传运行数据。本系统中采用多种的数据传输方式,保证了数据得以有效、正确地得到传输。环境温度、设备内部/表面温度数据通过基于Zigbee的无线传感网络向报警主机进行传输。报警主机通过网络向位于互联网上的电力监测中心进行数据传输。

(4)联网模块

联网模块采用了基于信息编码调制解调、无线传输技术,在不降低变压器绝缘水平的前提下,监测变压器温度及环境温度以及超温报警。主机负责节点的数据采集、存储、处理,输出显示。无线接收模块A把接收到的数据通过中央处理器A处理后传送到以太网数据处理器A CP2200进行处理。以太网接口处理器CP2200把中央处理器A传过来的数据进行处理转换成以太网兼容的数据向服务器A传送,依此类推将多台变压器数据A、B、C、D、E、F、…传送到相应的服务器,再将不同的变压器进行地址编码,像这样的多个局域网信息送到指挥中心构成总的变压器无线温度监测系统。该系统具有温度采样、变送无需外部电源等特点,测量数据可远距离传送,组成多个变压器温度实时监测网络系统。

在报警发出时,能快速进行定位,做出及时决策;还可通过监测中心的大屏幕显示监测到的相应信息。

(5)电力变压器无线温度监测系统软件数据采集通信构架图

图2所示为变压器无线温度监测系统软件数据采集通信构架图,系统由人机交互界面系统、数据采集、数据预处理、中央数据库以及数据管理、数据分析、实时数据库、数据通信组件以及数据显示与存储组件库组成。传感器采集的数据首先送到单片机进行数据预处理,传到中央数据库进行数据处理。再通过无线发射模式远程和中央数据库进行数据传送,中央处理器能够完成数据管理、数据分析、数据查询、报表打印和远程通讯等功能。

如果采用了数据通迅组件库,系统将会把生成的有关参数以及实时参数通过数据通讯组件进行传送,从而实现对设备进行监测。数据采集硬件组件库应具有适合不同采样要求的硬件功能,同时能为用户的设置提供方便。实时数据库存有系统的一些配置信息、系统的策略信息以及信号特征信息。系统根据用户设定的策略,自动生成用户策略库、元件前导库及后续库,其中用户策略库主要记录用户选择的功能模块信息、元件前导库及后续库则记录模块之间的逻辑关系以及数据流的传递。

数据采集系统的数值计算可分为两步进行。若数据采集系统的中心单元从所采集的数据中装置鉴别出极限值,即一个采集的数据超出定义极限值,数据采集系统的中心单元将发出报警信号,同时将报警信号传给计算机,该计算机则通过设定的数据通道向更高一级的计算机发出信号。所有实测数据都不断传输给计算中心作进一步计算,并构成一个时间与实测值的平面坐标系统。而坐标系统的时间则以实测数据进入设定的数据库的时间为准,因此对程序而言,最重要的一点是能够长时间稳定运行。采用用户策略编辑组件库进行编译最后可生成实际应用系统,能够自动报警:将故障、异常等情况及时通过短消息的形式通知监测人员,以便监测人员能在第一时间到达现场,在一定程度上实现了系统的无人值守功能。

变压器无线温度监测系统可根据实际情况进行开发,系统主要用于监测电力变压器的温度变化情况。监测系统不受距离和变压器数量限制、不受气候影响。如把安装有该监测系统的电力变压器全部上传到网络,便可以通过电脑与互联网对运行中的变压器进行监测。从而节约电力变压器的运行成本,缩短变压器的检修和维护时间。

图3为变压器无线温度监测系统局部样机。该装置目前已经在南宁市科园变电站进行试用,效果良好。变压器无线温度监测系统可根据实际情况进行开发,系统主要用于监测电力变压器的温度变化情况。监测系统不受距离和变压器数量限制、不受气候影响。如把安装有该监测系统的电力变压器全部上传到网络,便可以通过电脑与互联网对运行中的变压器进行监测。从而节约电力变压器的运行成本,缩短变压器的检修和维护时间。

4 变压器无线温度监测系统的特点

本系统采用无线通信与现有以太网通讯技术结合,巧妙地利用了以太网分布广泛,成本低廉,通讯实时可靠,可实现区域内配电变压器组网监测,与传统人工监测相结合,可以进一步提高配电变压器运行的稳定性,使电力系统运行更为可靠,从而降低人力资源成本。同时中短距离无线模块采用315MHz(433MHz)免费无线频段,省去了无线电频率申请与频率占用开支,监测系统具有良好的实用性和经济性,应用应用前景广泛。

摘要：我国变配电用变压器数量众多、分布广泛,充分利用现有的无线电通讯技术、以太网等监测技术、可以构建一个安全可靠的变压器无线温度监测网。本文介绍了在配电变压器上安装无线温度监测系统,通过实时监测变压器的温度变化情况,及时发现变压器存在的缺陷或发生故障的位置,并通过中短距离无线网络转发方式,将信号传递至以太网,彻底解决现场监测配电变压器参数的困难,从而实现变压器数据的实时采集和传输,实现区域内乃至全国性的变配电变压器信息的汇集与监测体系。

关键词：变压器,温度监测,以太网

参考文献

[1]韩双霞,祝建军,余世明.变压器真空干燥监测系统的无线监测扩展[J].微计算机信息,2007(19)

[2]李涛,徐建政.基于GPRS无线技术的配电变压器监测系统[J].电测与仪表,2006(6)

无线电力监测 篇7

随着能源短缺问题日益严峻,供电可靠性要求不断提高,积极建设智能电网已成为世界电力发展的必然趋势。我国政府不仅将智能电网上升为国家战略,而且在产业政策支持、重大科技项目投入、示范工程建设等方面进行了全面部署。到2020年,我国将全面建成统一的坚强智能电网。在输电环节,智能电网需要对特高压线路、重要输电走廊、大跨越、灾害多发区的环境参数和运行状态参数进行集中实时监测,实现输电线路运行状态的可控、能控和在控目标[1]。

目前,电力线健康监测的研究主要分为以下两大类:第一类是对输电线路覆冰的研究,包括覆冰计算、导线冰风荷载计算及其对电力线断裂的影响。此类研究通过分析输电线路所处环境和气象参数对输电线路覆冰产生的影响,建立覆冰厚度模型,进而预测覆冰厚度。第二类是电力线覆冰和断裂的实时监测研究。通过对输电线路所处环境因素进行实时采集、处理,通过分析这些参数对电力线断裂的影响,实时监测、预测电力线的健康状况。当遇到非正常情况,则产生报警信息,以便实时处理异常状况。然而,目前的输电线路监测系统在信息采集的全面性和时效性等方面还存在着明显差距。随着通信技术和传感器技术的发展,设计有效的电力线健康监测系统,具有极为重要的意义。

1 现有解决方案的缺陷

人工定时巡检是最传统、使用最频繁的电力线健康监测方式。但是由于高压输电线的地理跨度远、所处环境变化大,往往需要经过山区、河流等,如果采用人工定时巡检的方式将会耗费大量的人力和物力资源,并且对于那些处于恶劣环境中的输电线,监测人员无法接近进行检测,将会产生检测盲区。尤其是随着电网覆盖范围的日益增大和信息技术的高速发展,这类监测方式正在逐步的被淘汰。

许多国家先后开展了利用小型无人驾驶飞机进行电力线健康状况监测的研究。在我国,中科院沈阳自动化研究所、武汉大学、山东大学等研究院所也开展了此类研究。但是,这种方式技术复杂、难度较大,系统总体成本较高,不利于在电力线健康监测的应用和推广。

随着通信网络技术的发展,GPRS/GSM技术已经逐渐在电力线健康监测中得到应用。文献[2]研制了基于GSM短信业务(SMS)的输电线路覆冰在线监测系统,文献[3]对输电线路绝缘子污秽进行在线遥测,利用GPRS网络将数据传输给处理中心。然而,采用GPRS/GSM数据业务方式需要在每个节点上附带GSM/GPRS模块,而GSM/GPRS模块的硬件成本比较高。同时,GPRS/GSM数据业务是收费的,这将会使监测系统的成本额外增加。

2 无线传感网络在电力线健康监测中的应用

随着无线通信、传感器、微电子技术的发展,无线传感网络(WSN,Wireless Sensor Networks)越来越受到关注。无线传感网络是由大量的传感节点组成,分布在其所要监测区域内,以自组织的方式构成无线网络。无线传感网络具有无中心控制节点、高抗毁性、微型灵活部署、自组织、自适应等显著优点,是《国家中长期科学与技术发展规划(2006-2020年)》重点发展的前沿技术之一,在智能电网中有着重要的应用价值[4]。

由于无线传感节点体积小、价廉,适宜于部署在输电线路和杆塔上,WSN逐渐成为监测输电线路运行状态的有效通信手段。尤其在光缆资源紧张、移动公网无法覆盖的区段,其作用就显得更为突出。因此,工业界和学术界已在面向输电线路监测的WSN这一领域做了许多有益的探索[5-10]。国家电力建设研究所已将Crossbow公司的WSN部署在高压输线电路和杆塔上,监测大跨越输电线路的应力、温度和震动等参数[5]。文献[6]实验研究了Mica 2节点所构成的WSN在长距离输电线路中的传输性能。文献[7]提出了以提高输电线路可靠性和利用率为目标的WSN初步架构,着重设计和实现了多功能输电线路传感器模块。文献[8]提出了层次型异构WSN,子网采用Zigbee网络,骨干网采用基于IEEE 802.11的多跳自组织网络。文献[9]利用Zigbee网络进行短距离数据采集,并通过移动公网把数据传回监测中心。文献[10]提出了基于Zig Bee的层次性网络拓扑结构,探讨了簇首集群路由协议、节点查询、数据传输速率和网络安全性等方面的问题。然而,以上研究成果主要探讨了WSN的基本概念和网络/节点的体系结构,未曾深入研究网络性能的改进策略。因此,还需要开展大量的研究工作,才能充分展示WSN在电力线健康监测的应用前景。

3 结束语

无线传感网络具有无中心控制节点、高抗毁性、微型灵活部署、自组织、自适应等显著优点。本文在分析现有电力线健康监测解决方案的缺陷的基础上,总结了已有无线传感网络在电力线健康监测中应用的研究成果。本文认为,无线传感网络在电力线健康监测中有着广泛的应用前景。

摘要：电力线运行状态的实时监控是智能电网的核心任务之一。无线传感网络具有无中心控制节点、高抗毁性、微型灵活部署、自组织等显著优点。因此,无线传感网络在电力线健康监测中有着广泛的应用前景。本文分析了现有电力线健康监测解决方案缺陷,总结了已有无线传感网络在电力线健康监测中应用的研究成果。

关键词：无线传感网络,电力线,监测,智能电网

参考文献

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无线监测“有限”风险 篇8

这起事故再次提醒我们:进入有限空间前, 必须采集实时信息, 并根据有限空间的实际环境, 采取适当的措施。

2015年, 美国职业安全与健康管理局 (OSHA) 通过了1部有限空间相关法规《建筑行业有限空间》 (Confined Spacein Construction) , 可为建筑工人提供格外保护。该法填补了建筑行业有限空间立法的空白, 据OSHA估计, 该法规每年可防止800名建筑工人受伤。这也表明, 监管部门更加重视工人的利益。

与此同时, 设备生产商也随着立法工作的推进相继开发出许多新的无线监测设备, 极大方便了各单位遵守相关法规的要求。这些设备操作接近自动化, 可在单位内实时分享重要安全数据。

支持跨平台操作的无线气体监测系统, 是有限空间监测的最新手段。它可将空间气体读数传递给更多的人, 例如不在现场的安全经理或工厂负责人, 读数解析能力更高, 优势明显。

员工进入有限空间后, 其随身佩戴的无线监测器, 不仅可将数据转发至特定人员, 还能通过无线或专用无线网格 (mesh) 网络即时传送给所有人。通过与因特网相连的笔记本电脑或智能手机, 就可以看到有限空间的气体读数。对于不在查看平台现场上的重要利益相关方, 系统还会自动给其发送电子邮件或短信, 确保实现对重大事件的快速反应。

此外, 当移动通信出现故障时, 无线监测系统可以提供具有更大安全冗余度的数据传输服务, 即抗干扰能力更强的数据传输, 起到备用防护的作用。无线系统受安全网络的保护, 可在信号较弱时, 从无线切换到专门的网格无线协议。这种功能对于少数人员作业或偏远区域单独作业——例如中游油气行业、海运业、公用工程及其他行业的作业安全尤为重要。

特别关注海运业

据OSHA统计, 造船厂中有限空间作业的受伤率为普通建造行业的2倍。工人、安全经理、操作人员和应急救援人员必须要加强警惕, 确保有限空间内不含任何致命物质。

船舶中, 有限空间作业导致伤亡的风险非常大。而无线气体检测器将现场数据传送给不在现场的安全经理, 可以为风险评估, 消除事故提供必要的辅助。

在美国西北太平洋地区, 1艘一体化拖驳船曾发生惊险一幕。最初的爆炸下限显示结果表明, 作业现场不存在任何危险, 但工人们佩戴的无线光离子化检测器 (PIDs) 却检测到有危险物质存在。最终确认的情形是, 拖船的柴油燃料泄漏, 进入到了驳船的有限空间内, 而当时他们正打算在驳船上进行动火作业。

幸运的是, 现场作业人员使用了先进的气体检测技术, 否则将无法发现潜在问题。佩戴无线PIDs的操作人员发现问题后告知了相关的作业人员, 避免了伤亡事故。

根据OSHA和USCG (美国海岸警卫队) 的要求, 进入船坞和修理厂的有限空间前, 需要1名工业卫生师或其他有资质的人员对空间进行验证, 确保作业安全。但仅靠这一措施并不能削减所有风险。即使检验人员证明空间是安全的, 当他离开后或许会有其他情况发生。

此外, 在船只的日常作业时间, 可能有人会在船舱或有限空间内做一些其他辅助性工作。如果没有气体监测技术作为保障或相关作业人员未经过正确的培训, 可能引发伤亡事故。

德克萨斯州的维修设施曾发生1起事故。当时, 夜班作业人员要将喷涂设备和便携式照明设备搬到驳船内, 继续进行喷漆作业。此前, 已有1个作业班组在空间内工作了10 h, 但该班组并未对作业空间进行正确的通风, 也无危险气体监测设施, 此外, 他们使用的便携式照明设备也不防爆。在夜班班组作业时, 不明来源的火花将易燃涂料蒸气点燃, 导致所有作业人员死亡。

纵观这起事故, 首先应指定1名有资质的造船厂员工对空间和设备进行外观检查, 同时用校准过的、可靠的气体检测仪, 测量氧含量及爆炸下限。如果有人进行过这些操作, 就会发现空间内的危险, 从而立即让作业人员停止作业, 撤出空间。

路易斯安那州一造船厂也发生了1起事故。2名工人用溶剂对船舱进行清洗时, 被告知要对空间进行通风, 然后用空气软管进行稀释。其中1名工人所持的氧气软管已经在该空间内使用了3 h。另一名工人边抽烟边进入船舱内, 并用脚将烟蒂捻在甲板上。这个动作导致空间内燃起一个火球, 引燃工人的裤腿后引发火灾, 该员工最终因严重烧伤不治身亡。

在这起事故中, 工人不应该使用空气软管, 也不应该使用氧气来给空间通风。另外, 没有任何人员用经过校准的气体检测器来对船舱内的空气质量及其易燃性进行测试。被烧伤的人员不应该在该场所吸烟。

从此类事故中可以看出:不断进行安全培训有其必要性和内在价值。同时, 还要使用最适当的气体监测工具和技术, 让经过培训的人员对工作现场进行监测, 防止伤亡事故。当工业卫生师离开作业现场后, 使用带有PIDs的无线气体监测系统, 更能增强安全第一的理念。

走向无线

无线气体监测解决方案、生物感应设备、天气监测及其他无线工具, 为远程分析及行动情报提供了更多的数据。这些远程监测设施可检测并实时显示气体、员工的压力、心率、体态等的数据信息。

工业卫生师、工厂安全经理、组长及有限空间作业的人员均能从无线数据中受益。便携式、个人无线技术可每周7天、每天24 h的监测和收集数据, 为更好地保护作业人员、资产和社区奠定了情报基础。

由于指导行动的信息更可靠、更实时, 营救行为的成功也得到了保障。救援人员可根据无线监测器上的实时读数, 选择个人防护设备——例如可根据相应信号佩戴呼吸防护装备, 也可以防止假报警出现。总之, 不但减少了救援费用, 还为救援赢得了宝贵的时间。

除了可以检测到危险气体存在外, 有些无线监测设备还具有摔倒报警功能。当有人倒下后, 会对远程的监测人员或维修指挥站发出报警。有限空间作业法规一直都要求对进入有限空间作业的人员做好监控工作, 但当作业人员不在视线范围内时, 很难保证其安全。无线气体监测设备解决了这一难题, 为其提供了一个额外视线——远程可视性。

不可否认, 有限空间内的环境非常危险, 比如其中可能含有危险的挥发性有机化合物 (VOC) 、有毒物质, 也可能会出现氧气含量低及其他未知的威胁。

据美国消防协会 (NFPA) 工业与化学工程部的经理盖伊·克隆那介绍, 过去5年间, 美国每年约有92名工人在有限空间内丧生。

有限空间作业的重中之重是确保作业工人的生命安全。未张贴作业警示标志或未对员工进行安全作业培训的部门, 不但会受到法律的严惩, 如果人员发生伤亡, 也会给公司带来损失, 导致员工工作效率下降甚至缺勤。

德国开发动物健康无线监测系统 篇9

现今技术条件只支持人们通过咽部的探测器对反刍动物瘤胃的p H值进行测量。新型技术把微型传感器植入母牛的瘤胃中, 对动物的健康状况予以实时监控, 并在适当的时刻发出安全警报。这套系统可以测定母牛瘤胃的pH值以及内部温度。得到的数据将通过胶囊化的测量器无线传输到母牛所戴项圈内的接收机模型中, 再由传感网络继续将信号传递至中央数据库中。如果所读的数据高于或低于参考数值, 农夫即刻就能收到相关的安全警报。

德国弗朗霍夫微电子电路和系统研究所的科学家对新系统进行了进一步改进, 使其可适应农、林业领域的众多需要。网络节点中包含了连接传感器和发射器的所有部件。由于能量消耗极少, 这种无线传送系统的使用寿命极长。同时, 该系统也可实现独立联网, 不需要任何监控或特殊基础设备。