基于Zigbee的密集型母线槽温升及振动无线监测研究与实现

发布时间：2020-04-05 17:45

【摘要】：母线槽已逐渐取代电缆广泛应用于室内变电站、高层建筑和工厂厂房,安装数量规模越来越大。母线槽的温升直接涉及导体的载流能力和安全隐患问题,其振动则会引起连接固件松动导致拉弧现象产生火灾隐患。如果缺乏长期深入的监测维护,无法评估母线槽状态,容易造成难以控制的突发灾难。母线槽的异常状态往往伴随着温升迅速升高、温升超过安全指标和剧烈振动的现象,通过对母线槽温升和振动情况的监测,可以及时了解母线槽状态,为母线槽的维护和灾害预防提供依据。为了大规模监测密集型母线温升信号与振动信号,设计了一种基于Zigbee的无线传感节点。但随之带来三个问题:第一,大规模的母线槽无线监测会生成大量传感数据,而Zigbee的传输速率为250Kbps左右,制约了Zigbee无线网络中传感节点的数量,限制了监测范围;第二,当多个传感节点同时向路由器发送传感数据时,会造成数据的错乱和丢失,导致错误评估母线槽状态;第三,Zigbee的路由算法盲目选择通讯延时最低的路径,并且建立路由的过程伴随着大量的报文广播,两者分别造成了网络节点负载不均和能量浪费,从而缩短网络寿命。针对上述问题做了以下工作:(1)为了在Zigbee低传输速率的限制下尽量降低传感数据的冗余,设计了一种基于时间相关性的动态采样策略,利用母线槽温升信号及振动信号的时间相关性,自适应地调整采样频率捕获异常信号并选择性上传数据,通过仿真分析了采样策略各项参数对采样结果的影响,证明了该策略能够有效减少冗余数据,缩减数据量。(2)为了决解多个节点同时向路由器发送数据引起的数据错乱和丢失,引入了状态变量描述母线槽状态,设计了一种以状态变量为依据的加权轮询,使路由器按一定顺序依次接收传感数据,通过仿真证明了加权轮询能够缓和数据波动,减少对网络的冲击。(3)为了限制Zigbee的AODVir路由算法中路由路径选择的盲目性造成的负载不均和能量浪费,根据无线传感网络中数据分布特点优化了Zigbee路由算法,引入数据路由和邻居表,引导了RREQ报文的转发方向。通过仿真证明了优化后的路由算法能够减少平均跳数和RREQ转发次数,平衡路由节点的负载。(4)融合上述三种方法设计了基于Zigbee的无线传感网络结构,使用Java模拟了网络中传感数据的传输过程,以Matlab随机生成的模拟传感数据,在特定参数设置下得到了单节点平均上传速率为108bps,平均偏移2个单位长度和负载平衡率为0.14的结果,在理论上证明了方案的可行性。最后制作调试了传感节点,实现了密集型母线槽温升信号的采集,并通过实验证明了动态采样策略和加权轮询的有效性,也简要设计了密集型母线槽Zigbee传感网络的综合实验,为进一步研究提供参考。
【图文】：

究背景及意义槽作为高效输送电流的配电装置，已广泛运用于各个方面，比如大型建筑电力等方面。现代化工程设施和装备的涌现，各行各业的用电量迅增对电出了更高的要求，母线槽作为高效输送电流的配电装置，满足了越来越高规模工厂配线的要求。然而，母线槽长期处于高温状态会加快绝缘材料强烈振动则会导致连接固件松动进而引发拉弧现象，从而造成线路故障甚如果对母线槽缺乏长期深入稳定的监测，容易造成难以控制的突发灾难

图 1.2 烧毁的母线槽连接处Fig. 1.2 Burnt busway junction国内外研究现状用 Zigbee 实现数据传输和通讯的已是一项成熟的技术，文献[1-3]阐述了特点和应用范围；文献[4]设计了基于 Zigbee 的温度采集系统；文献[5]将体温数据的传输；文献[6]提出了利用 Zigbee 监测电力系统设备温度的方前国内外对于母线槽的监测处于初步的信号采集和传输阶段，并没有进一据的精简和传感网络的优化。文献[7]使用现场总线传输数据，布设难度大献[8-13]均使用 Zigbee 网络传输数据，实现了对单个母线槽的无线监测，，扩大带来传感数据量的激增并没有提供应对方法，也并未提出 Zigbee 传感案。了减少无线传感网络中的数据量，文献[14]提出了环境感知采样策略，利集某种环境里相互关联的不同信号以形成一个系统，达到信息共享实现采整，但要求信号之间关联性强，且硬件成本较高；文献[15]采用 Wright’s
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM645.11;TN92

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本文编号：2615325