基于ZigBee技术的高压开关柜红外在线测温系统
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滤波处理电路、ZigBee 无线传感器、MCU 处理器、电源管理电 路等组成，如图 2 所示。
红外探测 传感器
电源管理 电路
信号滤波 处理电路
ZigBee 无 线传感器
Βιβλιοθήκη Baidu
MCU 处 理 器
图 2 测温单元模块化设计框图
3.2 红 外 线测 温 原 理
一切温度高于绝对零度（－273 ℃）的物体都在不停地向周
围空间辐射波长在 0.75～100 μm 的红外线，光谱辐射能量的
大小及波长与物体表面温度之间有十分密切的关系。因此，通
过对物体自身红外辐射的测量便能准确得到其表面的温度。本
方案采用全辐射测温法，公式为：
Vi4＝CεσT4
（1）
式中，C 为电路增益；ε 为红外发射率；σ 为波尔兹曼常数；T 为
物体表面温度；Vi 为红外探测传感器输出电压。 从式（1）可推导出：
无线测温单元支持适配器电源供电或电池供电 2 种方式， 使用电池供电时无需布线，以降低实施难度，测温单元安装对一 次设备不产生任何可靠性方面的影响。因变电站测温数据量少， 对无线通道效率要求不高，所以可将测温单元的 ZigBee 设备类 型全部设定为 FFD 类型。系统无线数据传输示意图如图 1 所示。
0 引言
随着无人值守管理模式在能源、通信、仓储等行业中的全面 推广，在供水领域中，无人值守泵站也相继建成。本设计以某泵 房为对象，采用计算机及可编程控制器 PLC 全方位监控系统， 实时掌握供水水压和水质，并实时记录水泵运行参数，以保证水 泵良好的工作状态。同时，还可降低故障率、检修时间以及停水 次数。在系统设计时，考虑选择高可靠性、强抗干扰能力、操作方 便、维护简单的设备，从而实现供水部门管理的信息化、现代化。
设计与分析◆Sheji yu Fenxi
基于 ZigBee 技术的高压开关柜红外在线测温系统研究
钱锡颖 1 倪时昌 2 郑 杰 3 彭家从 1
（1.宁海供电局，浙江 宁波 315600；2.浙江瑞瀛网络科技有限公司，浙江 杭州 310012；3.象山供电局，浙江 宁波 315700） 摘 要：从变电站高压设备触点测温实际需要出发，提出了一种基于 ZigBee 技术的在线红外测温系统，介绍了红外探头的结构及工 作原理、ZigBee 无线传感器网络的原理及优势，并阐述了抗干扰措施。 关键词：红外测温；无线通信；ZigBee
0 引言
电力行业经常发生电力电缆和设备因过热而引起火灾的 现象，导致大面积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。通过分析得知，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、接头压不紧、接触电阻过大，长期运行造成的电缆头过热、 烧穿绝缘等。电缆中间接头的压接质量好坏，只能在运行中发 现，运行时间越长越容易发生过热烧穿事故。变电站设备需要 监测温度的具体位置包括导电母排接头、高压开关柜触头、刀 闸开关、干式变压器、箱式变电站等设备的表面，这些测温位置 的特点是：（1）需要测温的检测点多，据统计，一个 220 kV 变电 站的各种电缆接头达数千个。（2）检测点的位置千差万别，有的 在室内，有的在室外，有的在控制柜内，有的裸露在高空。（3）检 测点的电压高达上万伏，电流几十安培甚至上百安培，设备周围 分布着极强的电磁场干扰。这些检测点无法使用常规有线方式 对其进行温度检测，因此本文提出使用 ZigBee 无线组网方式对 各个采集点进行数据采集与信息交流。ZigBee 作为新一代信息 通信技术，可应用于电力生产、传输的整个系统，提升电力系统 运行的安全性和经济性，帮助电力行业实现健康高效的转型。
2 整体设计方案
变电站内输电线接触头、母排、刀闸等属于一次设备，有高 压和高可靠性要求。为减少对这些设备电气特性的影响，本方 案设计的测温单元采用非接触式测温方式进行温度采集。非接 触式无线测温单元安装到开关柜内或室外与被测点保持一定
图 1 测温系统数据传输示意图
3 设计原理
3.1 无 线 测温 单 元 设计 无线测温单元主要由光学处理器、红外探测传感器、信号
网络 协调器
Internet 网
服务器
ZigBee 信号
无线测温探头
ZigBee 信号
1 ZigBee 技术介绍
ZigBee 技术是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率 下的各种电子设备之间的无线通信技术。ZigBee 技术具有如下 特 点 ：低 功 耗 、低 成 本 、低 速 率 、近 距 离 、短 时 延 、高 容 量 、高 安 全、免执照频段。在一个 ZigBee 网络中有 3 种设备类型：网络 协调器、全功能设备（FFD）、精简功能设备（RFD）。3 种设备类 型的主要功能如下：（1）网络协调器（COO）：发送网络信标，建 立一个网络，管理网络节点，存储网络节点信息，不断地接收信 息。（2）全功能设备（FFD）：担任网络协调者，形成网络，让其他 FFD 或是精简功能装置（RFD）连结，FFD 具备控制器的功能， 可使信息双向传输。（3）精简功能设备（RFD）：RFD 只能传送信 息给 FFD 或从 FFD 接收信息。这 3 种设备类型可组成星型、簇 状型或网状型的 ZigBee 网络。由于 ZigBee 设备易于安装和维 护，既可靠又安全，并能够提供较长的电池寿命和高度可扩展 的网络，同时可满足嵌入式设备较高的成本控制要求，因此越 来越多地被用于设备到设备的互联传输和控制应用中。
距离（约 0.5～1 m），测温探头指向母线接头、室内外刀闸开关等 接头处，测温单元每隔一定时间通过红外测温探头检测一次触 点温度，并通过 ZigBee 无线通信网络，作为 RFD 或 FFD 节点将 数据上报给网络协调器。网络协调器一般安装在变电站内墙壁 上，它可接收 RFD 或 FFD 传来的数据，并通过 Internet 网络将 数据发送到后台服务器软件。一般一个变电站需安装一台具有 Internet 通信功能的网络协调器，用于节点管理及数据转发。
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Sheji yu Fenxi◆设计与分析
无人值守泵站自动控制系统设计应用
叶彩霞 （安庆职业技术学院，安徽 安庆 246003） 摘 要：主要介绍了利用综合监控系统来管理无人值守泵站技术，分析了该自动控制系统的主要构成及运行方案设计。 关键词：自控系统；PLC；中心控制站；现场监控；GIS；泵房；通讯网络
红外探测 传感器
电源管理 电路
信号滤波 处理电路
ZigBee 无 线传感器
Βιβλιοθήκη Baidu
MCU 处 理 器
图 2 测温单元模块化设计框图
3.2 红 外 线测 温 原 理
一切温度高于绝对零度（－273 ℃）的物体都在不停地向周
围空间辐射波长在 0.75～100 μm 的红外线，光谱辐射能量的
大小及波长与物体表面温度之间有十分密切的关系。因此，通
过对物体自身红外辐射的测量便能准确得到其表面的温度。本
方案采用全辐射测温法，公式为：
Vi4＝CεσT4
（1）
式中，C 为电路增益；ε 为红外发射率；σ 为波尔兹曼常数；T 为
物体表面温度；Vi 为红外探测传感器输出电压。 从式（1）可推导出：
无线测温单元支持适配器电源供电或电池供电 2 种方式， 使用电池供电时无需布线，以降低实施难度，测温单元安装对一 次设备不产生任何可靠性方面的影响。因变电站测温数据量少， 对无线通道效率要求不高，所以可将测温单元的 ZigBee 设备类 型全部设定为 FFD 类型。系统无线数据传输示意图如图 1 所示。
0 引言
随着无人值守管理模式在能源、通信、仓储等行业中的全面 推广，在供水领域中，无人值守泵站也相继建成。本设计以某泵 房为对象，采用计算机及可编程控制器 PLC 全方位监控系统， 实时掌握供水水压和水质，并实时记录水泵运行参数，以保证水 泵良好的工作状态。同时，还可降低故障率、检修时间以及停水 次数。在系统设计时，考虑选择高可靠性、强抗干扰能力、操作方 便、维护简单的设备，从而实现供水部门管理的信息化、现代化。
设计与分析◆Sheji yu Fenxi
基于 ZigBee 技术的高压开关柜红外在线测温系统研究
钱锡颖 1 倪时昌 2 郑 杰 3 彭家从 1
（1.宁海供电局，浙江 宁波 315600；2.浙江瑞瀛网络科技有限公司，浙江 杭州 310012；3.象山供电局，浙江 宁波 315700） 摘 要：从变电站高压设备触点测温实际需要出发，提出了一种基于 ZigBee 技术的在线红外测温系统，介绍了红外探头的结构及工 作原理、ZigBee 无线传感器网络的原理及优势，并阐述了抗干扰措施。 关键词：红外测温；无线通信；ZigBee
0 引言
电力行业经常发生电力电缆和设备因过热而引起火灾的 现象，导致大面积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。通过分析得知，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、接头压不紧、接触电阻过大，长期运行造成的电缆头过热、 烧穿绝缘等。电缆中间接头的压接质量好坏，只能在运行中发 现，运行时间越长越容易发生过热烧穿事故。变电站设备需要 监测温度的具体位置包括导电母排接头、高压开关柜触头、刀 闸开关、干式变压器、箱式变电站等设备的表面，这些测温位置 的特点是：（1）需要测温的检测点多，据统计，一个 220 kV 变电 站的各种电缆接头达数千个。（2）检测点的位置千差万别，有的 在室内，有的在室外，有的在控制柜内，有的裸露在高空。（3）检 测点的电压高达上万伏，电流几十安培甚至上百安培，设备周围 分布着极强的电磁场干扰。这些检测点无法使用常规有线方式 对其进行温度检测，因此本文提出使用 ZigBee 无线组网方式对 各个采集点进行数据采集与信息交流。ZigBee 作为新一代信息 通信技术，可应用于电力生产、传输的整个系统，提升电力系统 运行的安全性和经济性，帮助电力行业实现健康高效的转型。
2 整体设计方案
变电站内输电线接触头、母排、刀闸等属于一次设备，有高 压和高可靠性要求。为减少对这些设备电气特性的影响，本方 案设计的测温单元采用非接触式测温方式进行温度采集。非接 触式无线测温单元安装到开关柜内或室外与被测点保持一定
图 1 测温系统数据传输示意图
3 设计原理
3.1 无 线 测温 单 元 设计 无线测温单元主要由光学处理器、红外探测传感器、信号
网络 协调器
Internet 网
服务器
ZigBee 信号
无线测温探头
ZigBee 信号
1 ZigBee 技术介绍
ZigBee 技术是一种应用于短距离范围内，低传输数据速率 下的各种电子设备之间的无线通信技术。ZigBee 技术具有如下 特 点 ：低 功 耗 、低 成 本 、低 速 率 、近 距 离 、短 时 延 、高 容 量 、高 安 全、免执照频段。在一个 ZigBee 网络中有 3 种设备类型：网络 协调器、全功能设备（FFD）、精简功能设备（RFD）。3 种设备类 型的主要功能如下：（1）网络协调器（COO）：发送网络信标，建 立一个网络，管理网络节点，存储网络节点信息，不断地接收信 息。（2）全功能设备（FFD）：担任网络协调者，形成网络，让其他 FFD 或是精简功能装置（RFD）连结，FFD 具备控制器的功能， 可使信息双向传输。（3）精简功能设备（RFD）：RFD 只能传送信 息给 FFD 或从 FFD 接收信息。这 3 种设备类型可组成星型、簇 状型或网状型的 ZigBee 网络。由于 ZigBee 设备易于安装和维 护，既可靠又安全，并能够提供较长的电池寿命和高度可扩展 的网络，同时可满足嵌入式设备较高的成本控制要求，因此越 来越多地被用于设备到设备的互联传输和控制应用中。
距离（约 0.5～1 m），测温探头指向母线接头、室内外刀闸开关等 接头处，测温单元每隔一定时间通过红外测温探头检测一次触 点温度，并通过 ZigBee 无线通信网络，作为 RFD 或 FFD 节点将 数据上报给网络协调器。网络协调器一般安装在变电站内墙壁 上，它可接收 RFD 或 FFD 传来的数据，并通过 Internet 网络将 数据发送到后台服务器软件。一般一个变电站需安装一台具有 Internet 通信功能的网络协调器，用于节点管理及数据转发。
136
Sheji yu Fenxi◆设计与分析
无人值守泵站自动控制系统设计应用
叶彩霞 （安庆职业技术学院，安徽 安庆 246003） 摘 要：主要介绍了利用综合监控系统来管理无人值守泵站技术，分析了该自动控制系统的主要构成及运行方案设计。 关键词：自控系统；PLC；中心控制站；现场监控；GIS；泵房；通讯网络