電廠應(yīng)用ZigBee技術(shù)的必要性和可行性研究

作者：時間：2008-11-12 來源：網(wǎng)絡(luò)

加入技術(shù)交流群
- 掃碼加入
  和技術(shù)大咖面對面交流
  海量資料庫查詢

　　1 引言

　　隨著科技的發(fā)展，電廠運行維護對設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)提出更高要求。目前的監(jiān)測系統(tǒng)的檢測信息量和測試點安裝問題已經(jīng)出現(xiàn)不能滿足電廠安全、可靠、經(jīng)濟的運行要求的勢頭。當(dāng)前，電廠狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)基本上是在有線的基礎(chǔ)實施監(jiān)測的功能。有線方式受布線、供電電源、安裝場所和維修等的限制，如旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)動部分的狀態(tài)監(jiān)測、高電壓和大電流設(shè)備的狀態(tài)(溫度、絕緣)監(jiān)測等采用有線方式是無法完成的，更不可能保證數(shù)據(jù)的實時性、可靠性和完整性，也將限制對設(shè)備運行狀態(tài)的評估、判斷和決策。

　　現(xiàn)代監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器網(wǎng)絡(luò)組成，傳感器網(wǎng)絡(luò)是有線傳感器網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的集合。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于IEEE 802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而設(shè)計的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，他是用大量的具有多功能多信息信號獲取能力的傳感器，采用自組織無線接入網(wǎng)絡(luò)，與傳感器網(wǎng)絡(luò)控制器連接，構(gòu)成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。ZigBee技術(shù)是專門針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)而開發(fā)的，利用ZigBee技術(shù)組成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是電廠監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。

　　2 ZigBee技術(shù)

　　(1)概論

　　ZigBee技術(shù)是一種新興的近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本，工作在2.4 GHz和868／915 MHz的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，他是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍牙之間的技術(shù)方案，是一種雙向傳輸(two-way)的無線通信標(biāo)準(zhǔn)，主要用于中短距離無線系統(tǒng)連接，提供傳感器或二次儀表無線雙功網(wǎng)絡(luò)接入，能夠滿足對各種傳感器的數(shù)據(jù)輸出和輸入控制命令和信息的需求使現(xiàn)有系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、無線化。ZigBee技術(shù)采用一般IEEE 802.15.4收發(fā)器技術(shù)與嵌入ZigBee技術(shù)協(xié)議棧的組合；他依據(jù)IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個微小的傳感器之間相互協(xié)調(diào)實現(xiàn)通信。這些傳感器設(shè)計成只需要很少的能量的裝置，并以接力的方式將數(shù)據(jù)從一個傳感器無線傳到另一個傳感器，依次傳遞，以構(gòu)成一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。ZigBee技術(shù)的主要特征如表1所示。

　　(2)ZigBee技術(shù)與其他無線通信技術(shù)的比較

　　無線通信技術(shù)的特性比較如表2所示。

　　3 ZigBee技術(shù)應(yīng)用于電廠的可行性論證

　　電廠設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)首先為電廠監(jiān)控系統(tǒng)提供現(xiàn)場設(shè)備的各種參數(shù)、數(shù)據(jù)、圖表、曲線、開關(guān)量和模擬量等信息，根據(jù)這些信息分析設(shè)備狀態(tài)、執(zhí)行開環(huán)、閉環(huán)控制與調(diào)節(jié)，對設(shè)備故障和事故進行報警和相應(yīng)處理，保證設(shè)備最優(yōu)運行狀態(tài)；為設(shè)備狀態(tài)檢修提供分析長期的運行數(shù)據(jù)，以便形成狀態(tài)檢修決策；為遙測、搖訊、遙控、搖調(diào)等提供遠動數(shù)據(jù)等。

　　ZigBee技術(shù)組成傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)本身具有以下特點：實時性：實時在線監(jiān)測；低功耗：采用鈕扣電池可運行2年以上；先進性：技術(shù)、器件、軟件先進，為系統(tǒng)的可靠性、先進性奠定了基礎(chǔ)；準(zhǔn)確性：溫度測量精度可達±0.1℃；靈活性：用戶可根據(jù)自己的需求，靈活、方便地設(shè)置參數(shù)；系統(tǒng)性：可與電力系統(tǒng)綜合自動化系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等融為功能更加強大的綜合系統(tǒng)，可與局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)、系統(tǒng)方便連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，便捷管理；真實性：實時數(shù)據(jù)記錄、分析，為運行、管理、檢修、調(diào)度等部門提供真實數(shù)據(jù)；安全性：ZigBee技術(shù)系統(tǒng)不論是產(chǎn)品、還是工程及其維護，都具有安全性。ZigBee技術(shù)提供數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，采用AES-128加密算法，使數(shù)據(jù)安全得到保障；效益性：電力系統(tǒng)故障多以溫度升高而引起，有了這一套系統(tǒng)，可以節(jié)約購置其他測溫儀器等設(shè)備支出(如紅外成像儀、點式測穩(wěn)儀等)；可以節(jié)省巡檢人員，提高數(shù)據(jù)獲取的工作效率；達到有的放矢地開展設(shè)備維修的目的，將減少設(shè)備維護工作量；減少事故，提高供電可靠性；實踐性：ZigBee技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于汽車電器中的測量高速轉(zhuǎn)動的輪胎氣壓和溫度，ZigBee技術(shù)無線測溫系統(tǒng)用于大港油剛的110 kV的變電站。

　　3.1 ZigBee技術(shù)通信可靠性保證

　　ZigBee技術(shù)通信可靠性保證：通信可靠機制；網(wǎng)絡(luò)的自組織、自愈能力強；在低信噪比的環(huán)境下ZigBee技術(shù)具有很強的抗干擾性能；在低信噪比的環(huán)境下ZigBee技術(shù)的性能超群(藍牙、FSK和WiFi B)。

　　3.2 ZigBee技術(shù)安全性論證：

　　3.2.1 ZigBee技術(shù)射頻信號對電氣一次設(shè)備的影響

　　ZigBee技術(shù)射頻信號，即高頻諧波影響電氣設(shè)備安全運行和電能質(zhì)量的性質(zhì)，因此，高頻諧波必須在允許的范圍內(nèi)?，F(xiàn)行數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的頻率范圍：9～3.53 GHz，而ZigBee技術(shù)的頻段868／915 MHz和2.4 GHz，即ZigBee技術(shù)射頻信號在移動通信網(wǎng)的頻率范圍內(nèi)，也就是說，無淪是否有ZigBee技術(shù)設(shè)備在場，其ZigBee技術(shù)的射頻已經(jīng)侵入電廠設(shè)備，而產(chǎn)生諧波。因此有必要測試電廠運行設(shè)備的諧波分量，即設(shè)備的高頻諧波電流、電壓分量，根據(jù)測試結(jié)果進行評估，只需設(shè)計測試數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)的射頻信號對電氣設(shè)備的影響就可以。

　　理論上，電廠設(shè)備均處在現(xiàn)行數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)包圍中，發(fā)電機的出口升壓變壓器高壓側(cè)分500 kV和220 kV兩個等級，測試主接線和測試點如圖1所示。

　　圖1中測點：A為發(fā)電機機端電壓、電流；B為升壓變壓器高壓側(cè)電壓；C為輸電線電壓、電流。

　　發(fā)電機變壓器組的測試：測試儀器：DZF-Ⅱ電能質(zhì)量儀2臺、PP1電力仕1臺(美國產(chǎn))；測試時間：2006年4月10日，4月21日；測試工況：發(fā)電機帶變壓器額定電壓空載(未并網(wǎng))；發(fā)電機并網(wǎng)后多種負荷。

　　數(shù)據(jù)歸納原則：三相中取諧波含量最嚴(yán)重的一相為代表值；現(xiàn)場測試為2～50次諧波，為突出重點下列有些數(shù)據(jù)表中僅列出諧波含量較大的幾次。

　　機端諧波(測試點A)(見表3)：

　　從測試數(shù)據(jù)(見表1)來看各測試工況諧波數(shù)據(jù)特性差不多，為全面、直觀起見，我們畫出額定負荷時的諧波含量(2～50次)柱狀圖(見圖2)，圖2中：橫坐標(biāo)為諧波次數(shù)，縱坐標(biāo)為諧波含有率(％)。

　　從上面數(shù)據(jù)表可以得出以下幾點：況機端線電壓諧波總畸變率均5％，無超標(biāo)情況；電機并網(wǎng)帶負荷后，與空載相比，諧波電壓總畸變率有所減小，主要表現(xiàn)在高次諧波含量有所減?。回摵汕闆r下機端諧波電壓總畸變率和各次諧波含有率變化不大并主要諧波成份為5次、3次；空載情況下機端主要諧波成份為5次、3次，14號機機端諧波電流見表4。