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基于ZigBee的中压开关柜触头测温系统研究

向乾  
【摘要】:中压开关柜作为电力系统中一种重要的电气控制与保护设备,承担着关合及开断电力系统、保护系统安全的双重功效,其安全可靠的运行关乎着电网运行的安全性与可靠性。现阶段,随着电力系统用电负荷的迅速增加,开关设备出现故障的情况时有发生。对于中压开关柜而言,其长期运行在高电压、强磁场、大电流的环境中,开关触头因长时间运行引起的松动、老化使触头间接触电阻变大,致使触头温升而导致的事故时有发生,这对电力系统的安全稳定运行构成了极大的威胁。因开关柜多采用封闭式结构,加之柜体内情况复杂,所以对触头温升的监测一直未能得到很好的解决。为解决中压开关柜触头温升不易监测的难题,论文在综合比较了国内外现存的几种开关柜触头测温方式的基础上,分析了现有触头测温技术所存在的缺陷,设计了一种以ZigBee无线传感网络技术为基础的中压开关柜触头温度在线监测系统,并解决了高压侧温度采集器取电的难题。整个系统在硬件方面,分别完成了ZigBee核心板、温度采集器以及协调器的设计。其中ZigBee核心板是以片上系统芯片CC2530为主控芯片进行的设计,重点介绍了核心板的外围电路和天线设计;温度采集器的设计主要包括DS1 8B20接口电路、USB转串口电路以及高压自具电源电路的设计;协调器的设计主要包括JTAG调试接口电路、RS485接口电路、协调器电源转换电路、液晶显示电路以及蜂鸣报警等外围接口电路。除此之外,还针对硬件的设计给出了具体的抗电磁干扰措施。软件设计是在IAR Embedded Workbench集成开发环境下,以TI开发的Z-Stack协议栈为基础,通过移植添加相应的程序代码,完成了系统各个节点的软件编写。此外,还深入讨论了Z-Stack协议栈的运行机理和系统网络拓扑结构的实现过程,并重点对ZigBee网络的建立和节点加入过程进行了解析。最后运用LabVIEW实现了上位机软件的开发。论文最后对所设计系统进行了实验测试,包括高压自具电源取电测试、系统节点间通信距离测试、组网测试和上位机与温度监测装置的整体运行测试,并在测试过程中利用Packet Sniffer工具对组网过程进行了数据抓包和分析论证。实验结果表明,所设计的系统能够稳定有效的实现温度数据的的采集、传输和处理,误差范围在±1℃以内,达到了预期的结果,具有一定的实际应用价值。


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