1、Zigbee 高壓輸電線安全監測系統應用方案一、項目背景隨著科技進步及工農業的現代化發展,人民生活水平不斷提高,用電量大幅上升,對電網 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的動脈, 高壓傳 輸電纜、 桿塔密布于各個角落, 其運行狀態直接決定電力系統的安全和效益。 隨著我國近年 來煤礦的大量開采造成形態各異的地下采空區, 引起地面沉降、 斷裂等一系列工程地質災害, 這些采空塌陷區, 大多分布廣, 延伸遠, 輸電線路在這些區域, 輕者可造成基礎傾斜、 開裂、 桿塔變形,重者造成基礎沉陷、桿塔傾倒,嚴重威脅輸電線路的安全運行。當輸電線路人工正常巡視時, 不能及時發現

2、地面沉降。 當發現沉降時, 輸電線路已處于危 險狀態。 隨著無線通信技術、 計算機網絡技術以及數字視頻技術的飛速發展, 對輸電線路實 行遠程視頻監控成為了可能, 由于輸電線路固有的分布范圍廣的特點, 實施遠程無線監控有 其獨到的優勢,更是得到越來越廣泛的應用。二、項目系統介紹1, 系統概述高壓輸電線路安全監測系統是用于監測輸電桿塔姿態和所處環境的一些氣象數據并能 將相應數據向管理中心匯報上傳的監測儀器。 該儀器主要測量桿塔相對于水平面的傾角, 桿 塔所處周圍環境的溫度、 濕度、 風速、 風向, 測量所得數據通過無線傳感網的方式上傳至區 域中心站,再通過 GPRS 的方式上傳至企業網絡管理中心。

3、數據能夠以定時的方式上傳,系 統在所監測的數據值(傾角、溫度、濕度、風速、風向超過預設的閥值時觸發上傳,向管 理中心發出報警信號。2, 系統原理圖(一 (二3, 系統組成部分3.1 輸電線路視頻監測系統視頻 /圖像監控系統使輸電線路運行于可視監控之中。該系統利用數字視頻壓縮技術、低功 耗技術、 GPRS/CDMA/3G無線通訊技術、太陽能供電技術,實時監測現場周圍環境情況,線 路管理人員可以遠程查看線路的監控圖像或定時上傳的圖像信息, 從而實現對輸電線路全天 候在線監測。3.2輸電線路微氣象在線監測主要針對輸電線路走廊的微氣象環境數據進行全天候監測, 獲取當地氣象實時數據, 如風速、 風向、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的分析和判決的依 據,又可為災害預測、狀態檢修等提供全面的信息。3.3 輸電線路覆冰在線監測通過采集導線張力、傾角數據、氣象數據,使用覆冰數據模型計算,定性分析覆冰狀況,推 算覆冰厚度和發展趨勢,監測覆冰情況,并提供導線覆冰情況的預警和報警。3.4 導線在線監測系統導線弧垂,導線溫度監測,導線振動、舞動、風偏監測。通過采集導線傾角、 對地距離數據, 實時分析計算導線弧垂變化情況, 并結合氣象數據分析 導線弧垂變化趨勢, 建立預警機制。 對于山區和樹木密集地區有比較重要的意義。 通過溫度 傳感器采集導線溫度數據,對導線溫度進行實時監測,為輸

5、電線路狀態監測提供重要數據。3.5 桿塔在線監測系統桿塔振動、桿塔傾斜監測。通過對桿塔動態響應 (振幅、頻率 和周圍微氣象參數的在線監測,運用數據分析軟件,分析 判斷桿塔在風載等作用下的動態特性, 對桿塔健康狀態進行診斷, 為桿塔安全運行提供依據。 通過安裝在桿塔上的傾角傳感器對桿塔的傾斜角進行實時監測, 及時向系統主站上報角度數 據,系統軟件根據桿塔基本數據進行計算,可以發現桿塔傾斜微小變化,實現預警和報警, 幫助運行部門及早發現隱患,及時排除故障,從而提高輸電線路運行的可靠性。3.6 絕緣子在線監測系統絕緣子污穢、絕緣子風偏監測通過實時測量。絕緣子的泄漏電流、 脈沖電流、 脈沖頻次, 統計

6、其單位時間內放電脈沖數據, 分析雷擊閃絡 故障和工頻閃絡故障, 并可綜合溫濕度等氣象參數, 利用專家分析系統, 對絕緣子表面污穢 (灰密、 鹽密 進行定量分析得出當前絕緣子表面的污穢程度, 并提供準確的預警信息, 讓 絕緣子表面污穢清洗工作更加準確有效。3.7 超聲波驅鳥器超聲波驅鳥器是利用進口單片機設計、 制造的一種超低功耗的超聲波發生系統。 由它發出的 超聲波刺激鳥類的神經系統, 破壞鳥類的生存環境, 從而遠離超聲波覆蓋的范圍。 由于該系 統采用不斷變化的超聲波頻率, 和不同的工作機制, 所以鳥類無法適應, 保證了驅鳥效果的 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 技術簡介zigbee 是一種無線連接技術的商業化命名,該無線連接技術主要解決低成本、低功耗、 低復雜度、低傳輸速率、近距離的設備聯網應用。要的自組織無線網絡類型,即星型結構、網狀結構 (Mesh和簇狀結構 (Cluster tree ,特別 是網狀結構,具有很強的網絡健壯性和系統可靠性。 圖一 ZIGBEE星型網絡結構星型網絡結構特點支持點對點、點對多點通信中心節點為 ZIGBEE 協調器,終端節點為 ZIGBEE 終端設備 所有數據經過中心節點 適合圓形分散、距離較近的設備聯網 圖二 ZIGBEE 網狀網絡結構MESH 網狀網絡結構特點 系統采用多跳式路由通信 網絡容

8、量很大可以跨越很大的物理空間,適合距離較遠比較分散的結構MESH網狀網絡 拓撲結構的網絡具有強大的功能, 網絡的所有實體只有要通信范圍之內,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; 該拓撲結構還可 以組成極為復雜的網絡;除此之外,網絡還具備自組織、自愈功能。四、 Zigbee 技術特點設備省電 zigbee 技術采用了多種節電的工作模式, 可以確保兩節五號電池支持長達 6個月到 2年左右的使用時間; 通信可靠 zigbee 采用了 CSMA CSMACA 的碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業務預留 同時為需要固定帶寬的通信業務預留 了專用時隙， 避

9、免了發送數據時的競爭和沖突； 避免了發送數據時的競爭和沖突 MAC 層采用了完全確認的數據傳輸 機制，每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息 每個發送的數據包都必須等待接收方的確認信息； 網絡的自組織、 網絡的自組織、自愈能力強 zigbee的自組織功能 自組織功能：無需人工干預，網絡節點能夠感知其他節點的存在 網絡節點能夠感知其他節點的存在，并確 定連接關系，組成結構化的網絡 組成結構化的網絡； zigbee自愈功能： ：增加或者刪除一個節點，節點位置發生變動， ，節點發生故障等 等，網絡都能夠自我修復 網絡都能夠自我修復，并對網絡拓撲結構進行相應地調整， ，無需人工干預， 保證整個系統仍然能正常工作。 保證整個系統仍然能正常工作 具備自組織、自愈能力的無線通信網絡才是自動抄表系統最理想的通信方式 自愈能力的無線通信網絡才是自動抄表系統最理想的通信方式。 自愈能力的無線通信網絡才是自動抄表系統最理想的通信方式 成本低廉 設備的復雜程度低， 設備的復雜程度低 且 Zigbee 協議是免專利費的， 這些可以有效地降低設備成本； 這些可以有效地降低設備成本 Zigbee 的工作頻段靈活 工作頻段靈活，為免執照頻段的 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。 網絡容量大 一個 ZigBe