zigbee输电线安全监测系统应用.doc

Zigbee高压输电线安全监测系统应用方案

一、 项目背景
随着科技进步及工农业的现代化发展，人民生活水平不断提高，用电量大幅上升，对电网供电安全性、可行性提出了越来越高的要求。架空高压输电线路是电力系统的动脉，高压传输电缆、杆塔密布于各个角落，其运行状态直接决定电力系统的安全和效益。随着我国近年来煤矿的大量开采造成形态各异的地下采空区，引起地面沉降、断裂等一系列工程地质灾害，这些采空塌陷区，大多分布广，延伸远，输电线路在这些区域，轻者可造成基础倾斜、开裂、杆塔变形，重者造成基础沉陷、杆塔倾倒，严重威胁输电线路的安全运行。
当输电线路人工正常巡视时，不能及时发现地面沉降。当发现沉降时输电线路已处于危险状态。随着无线通信技术、计算机网络技术以及数字视频技术的飞速发展，对输电线路实行远程视频监控成为了可能，由于输电线路固有的分布范围广的特点，实施远程无线监控有其独到的优势，更是得到越来越广泛的应用。

二、 项目系统介绍
1， 系统概述
高压输电线路安全监测系统是用于监测输电杆塔姿态和所处环境的一些气象数据并能将相应数据向管理中心汇报上传的监测仪器。该仪器主要测量杆塔相对于水平面的倾角，杆塔所处周围环境的温度、湿度、风速、风向，测量所得数据通过无线传感网的方式上传至区域中心站，再通过GPRS的方式上传至企业网络管理中心。数据能够以定时的方式上传，系统在所监测的数据值（倾角、温度、湿度、风速、风向）超过预设的阀值时触发上传，向管理中心发出报警信号。
2， 系统原理图
（一）

（二）

3， 系统组成部分

3.1 输电线路视频监测系统

视频/图像监控系统使输电线路运行于可视监控之中。该系统利用数字视频压缩技术、低功耗技术、GPRS/CDMA/3G无线通讯技术、太阳能供电技术，实时监测现场周围环境情况，线路管理人员可以远程查看线路的监控图像或定时上传的图像信息，从而实现对输电线路全天候在线监测。

3.2输电线路微气象在线监测

主要针对输电线路走廊的微气象环境数据进行全天候监测，获取当地气象实时数据，如风速、风向、温度、湿度、气压、光辐射、雨量等，既可用于输电线路覆冰状态的分析和判决的依据，又可为灾害预测、状态检修等提供全面的信息。

3.3 输电线路覆冰在线监测

通过采集导线张力、倾角数据、气象数据，使用覆冰数据模型计算，定性分析覆冰状况，推算覆冰厚度和发展趋势，监测覆冰情况，并提供导线覆冰情况的预警和报警。

3.4 导线在线监测系统

导线弧垂，导线温度监测，导线振动、舞动、风偏监测。
通过采集导线倾角、对地距离数据，实时分析计算导线弧垂变化情况，并结合气象数据分析导线弧垂变化趋势，建立预警机制。对于山区和树木密集地区有比较重要的意义。通过温度传感器采集导线温度数据，对导线温度进行实时监测，为输电线路状态监测提供重要数据。

3.5 杆塔在线监测系统

杆塔振动、杆塔倾斜监测。
通过对杆塔动态响应(振幅、频率)和周围微气象参数的在线监测，运用数据分析软件，分析判断杆塔在风载等作用下的动态特性，对杆塔健康状态进行诊断，为杆塔安全运行提供依据。
通过安装在杆塔上的倾角传感器对杆塔的倾斜角进行实时监测，及时向系统主站上报角度数据，系统软件根据杆塔基本数据进行计算，可以发现杆塔倾斜微小变化，实现预警和报警，帮助运行部门及早发现隐患，及时排除故障，从而提高输电线路运行的可靠性。

3.6 绝缘子在线监测系统

绝缘子污秽、绝缘子风偏监测通过实时测量。
绝缘子的泄漏电流、脉冲电流、脉冲频次，统计其单位时间内放电脉冲数据，分析雷击闪络故障和工频闪络故障，并可综合温湿度等气象参数，利用专家分析系统，对绝缘子表面污秽（灰密、盐密）进行定量分析得出当前绝缘子表面的污秽程度，并提供准确的预警信息，让绝缘子表面污秽清洗工作更加准确有效。

3.7  超声波驱鸟器

超声波驱鸟器是利用进口单片机设计、制造的一种超低功耗的超声波发生系统。由它发出的超声波刺激鸟类的神经系统，破坏鸟类的生存环境，从而远离超声波覆盖的范围。由于该系统采用不断变化的超声波频率和不同的工作机制，所以鸟类无法适应，保证了驱鸟效果的持久性。其特点是：低电压、超低功耗、性能可靠、使用寿命长、维修量小。

三、Zigbee技术简介
zigbee是一种无线连接技术的商业化命名，该无线连接技术主要解决低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离的设备联网应用。
国际上，IEEE802.15.4工作组及zigbee联盟共同致力于该无线连接技术的推广工作，其中，IEEE802.15.4工作组主要负责制定zigbee物理层及MAC层的协议，其余协议主要参照和采用现有标准，以便于今后不同厂商设备的互联互通； zigbee联盟则负责高层应用及市场推广工作。而于2002年成立的zigbee联盟如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司的加入。目前，Freescale、TI等国际巨头都已推出了比较成熟的zigbee开发平台。
ZigBee标准基于802.15.4协议栈而建立，具备了强大的设备联网功能，它支持三种主要的自组织无线网络类型，即星型结构、网状结构(Mesh)和簇状结构(Cluster tree)，特别是网状结构，具有很强的网络健壮性和系统可靠性。

图一 ZIGBEE星型网络结构

星型网络结构特点
支持点对点、点对多点通信
中心节点为ZIGBEE协调器，终端节点为ZIGBEE终端设备
所有数据经过中心节点
适合圆形分散、距离较近的设备联网

图二 ZIGBEE网状网络结构

MESH网状网络结构特点
系统采用多跳式路由通信
网络容量很大
可以跨越很大的物理空间，适合距离较远比较分散的结构

MESH网状网络拓扑结构的网络具有强大的功能，网络的所有实体只有要通信范围之内，都可以互相通信，如果没有直接通路，还可以通过“多级跳”的方式来通信；该拓扑结构还可以组成极为复杂的网络；除此之外，网络还具备自组织、自愈功能。

四、Zigbee技术特点
设备省电
zigbee技术采用了多种节电的工作模式，可以确保两节五号电池支持长达6个月到2年左右的使用时间；
通信可靠
zigbee采用了CSMA－CA的碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突；MAC层采用了完全确认的数据传输机制，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息；
网络的自组织、自愈能力强
zigbee的自组织功能：无需人工干预，网络节点能够感知其他节点的存在，并确定连接关系，组成结构化的网络；
zigbee自愈功能：增加或者删除一个节点，节点位置发生变动，节点发生故障等等，网络都能够自我修复，并对网络拓扑结构进行相应地调整，无需人工干预，保证整个系统仍然能正常工作。
具备自组织、自愈能力的无线通信网络才是自动抄表系统最理想的通信方式。
成本低廉
设备的复杂程度低，且Zigbee协议是免专利费的，这些可以有效地降低设备成本；
Zigbee的工作频段灵活，为免执照频段的2.4GHz，就是没有使用费的无线通信。
网络容量大
一个ZigBee网络可以容纳最多254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在200多个ZigBee网络；
数据安全
ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用AES-128，同时各个应用可以灵活确定其安全属性。

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