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摘 要：电力变压器结构相对复杂，而且电力变压器是电力系统中的高压电气设备，不同故障所表现出的征兆有时具有相同性、随机性和人为的因素干扰以及现在的故障诊断手段存在的误差等因素，所以，一般的电力变压器故障诊断方法是不能满足现代故障诊断的要求。本文通过利用无线传感器技术对变压器故障进行远程数据监控，通过这一技术手段，设计监测系统。
关键词：无线传感器网络；变压器；监测系统
无线传感器网络的体系结构是由3个部分组成。1个采集层，通过各种传感器装置，现场采集粮库压力、液位、温度、液体表面的气体浓度等参数，存储到无线测控装置；2个传输层，无线测控装置将数据远程发送到智能网关，智能网关通过GPRS、TCP/IP、WiFi等方式，将数据上传到监控中心。3个应用层监控中心的监控软件把数据解析出来，按照客户的要求显示在屏幕上。以及组态软件、触摸屏等配套设备，并将相关信息通过多跳中继发送到汇聚节点；汇聚节点是一种特殊节点，拥有相对较强的处理器和较大的存储器空间，具有更大的处理能力和发送范围。
1 ZigBee技术及通讯技术
（1）ZigBee一种介于无线及标记和蓝牙技术之间的技术提案，主要用于近距离的无线连接和低功率且传输率不高的电子设备之间进行数据传输应用。ZigBee传输距离为10～100m范围内，使用频段为免费的2.4GHz波段，采用跳频技术和扩频技术，传输速率为20～250kb/s，网络架构具备Master/Slave属性，并可达到双向通信功用。ZigBee是为建立一种可靠的、高性价比的、低功耗的，可以实现监测和控制的无线网络而制定的，是一套完整的、开放的、全球统一的标准。被全球公认的具有互操作性的解决方案。其技术优势包括协议简单、功耗低、时延短、可靠、成本低、网络容量大、安全、工作频段灵活。
（2）GPRS是一组采用无线分组交换的高效率数据传输，是一种新的承载业务，主要是为GSM用户以分组形式提供数据业务。该新型的分组数据信道与目前的电路交换语音业务信道基本一致，而现有的基站子系统直能够提供全面的覆盖。GPRS允许用户以端到端的分组转移模 式发送与接收信息，因此不需要利用电路交换模式中的网络资源。為用户提供了高效廉价的通用分组无线业务，尤其适合于突发性的、少量的、间断的、和频繁的信号传输。利用GPRS技术实现无线分组数据传输，用户上网可以免受断线的痛苦并且永远在线是按流量计费，大大地减少了使用成本。
2 通信体系结构
无线传感器网络的协议栈结构分为四层：物理层、数据链路层、网络层和高层的应用。建议增加的传输层的作用是确保与其他外部网络的连接。物理层主要用于提供数据发送和接收的物理通道，完成信道能量检测、频率选择以及实现信号调制解调等功能。物理层使用动态功率管理、调整信号的频率和调制方法、动态电压调度等途径来满足WSN的要求。数据链路层是建立可靠的点到点或点到多点的通信链路，保证物理层传输的数据尽量正确，同时提高系统频谱效率。网络层的功能包括分组路由、拥塞控制，完成路由的发现和维护等。传输层主要用于提供可靠的额外开销合理的数据传输服务。应用层提供各种具体的增值业务应用，同时也提供时间同步和节点定位功能。考虑通信效率、实时性等因素，协议结构可简化。针对无线传感器网络节点资源有限这一特点对协议进行优化设计。
（1）能源管理
负责控制节点对能量的使用。在WSN中，电池供给的能源是有限的，为了延长网络寿命，各个节点都必须有效地利用能源。
（2）拓扑管理
负责保持网络连接和有效传输数据。由于大量传感器节点密集的部署于监控区域，为了节约能源和延长WSN的生存时间。拓扑管理的目的就是在保持网络连接和有效数据传输的前提下，协调WSN中各个节点的工作和休眠状态的转换。
（3）网络管理
负责网络维护、诊断，并向用户提供网络管理服务接口，一般包含数据收集、数据分析、数据处理和故障处理等功能。需要根据WSN的能量受限、自组织、节点易损坏等特点设计新型的分布式管理机制。
（4）Qos支持与网络安全机制
QoS是指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，是网络的一种安全机制。由于WSN中的传感器节点随机部署，网络拓扑的动态性以及信道的不稳定性，使传统的安全机制无法适用，因此需要设计新型的网络安全机制来满足WSN的应用。
3 监测系统的软总体设计
通过对无线传感器网络节点的各种不同场合下的应用分析及制作工艺，总结了基本设计原则如下：
（1）扩展性在设计中是必须考虑的问题。节点应当在具备通信模块和通用处理器的基础上拥有规范、完整的外部接口，与不同的组件相适应。
（2）微型化是无线传感网络追求的最终目标。节点本身足够小，才会对目标系统环境不产生影响；在战争侦查等特定的环境下，微型化也是首必须考虑的问题。
（3）成本的是衡量无线传感器网络节点设计好坏的指标重要之一。要保证节点的广泛使用，这就要求无线传感器节点的各个模块和设计成本不能过高。
4 结语
变压器状态在线监测系统已经在一些化工配电和电力生产企业中得到大范围的应用，但在其数据的传输方法和手段还有一定差距。ZigBee凭借其在线监控数据传输的稳定性、安全性、功耗低、使用寿命长等特点，即使传输速率不是很高，但完全能够满足高速数据采集和实时数据通讯的要求，但是针对检测与控制领域的应用，还是有较大的发展潜能和前景。
参考文献
[1]李文仲，段朝玉.ZigBee2006无线网络与无线定位实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008：41-73.
[2]黄梅英.无线数据业务GPRS发展分析及研究[D].北京邮电大学，2002.
（作者单位：国网四川省丹棱县供电分公司）
关键词：无线传感器网络；变压器；监测系统
无线传感器网络的体系结构是由3个部分组成。1个采集层，通过各种传感器装置，现场采集粮库压力、液位、温度、液体表面的气体浓度等参数，存储到无线测控装置；2个传输层，无线测控装置将数据远程发送到智能网关，智能网关通过GPRS、TCP/IP、WiFi等方式，将数据上传到监控中心。3个应用层监控中心的监控软件把数据解析出来，按照客户的要求显示在屏幕上。以及组态软件、触摸屏等配套设备，并将相关信息通过多跳中继发送到汇聚节点；汇聚节点是一种特殊节点，拥有相对较强的处理器和较大的存储器空间，具有更大的处理能力和发送范围。
1 ZigBee技术及通讯技术
（1）ZigBee一种介于无线及标记和蓝牙技术之间的技术提案，主要用于近距离的无线连接和低功率且传输率不高的电子设备之间进行数据传输应用。ZigBee传输距离为10～100m范围内，使用频段为免费的2.4GHz波段，采用跳频技术和扩频技术，传输速率为20～250kb/s，网络架构具备Master/Slave属性，并可达到双向通信功用。ZigBee是为建立一种可靠的、高性价比的、低功耗的，可以实现监测和控制的无线网络而制定的，是一套完整的、开放的、全球统一的标准。被全球公认的具有互操作性的解决方案。其技术优势包括协议简单、功耗低、时延短、可靠、成本低、网络容量大、安全、工作频段灵活。
（2）GPRS是一组采用无线分组交换的高效率数据传输，是一种新的承载业务，主要是为GSM用户以分组形式提供数据业务。该新型的分组数据信道与目前的电路交换语音业务信道基本一致，而现有的基站子系统直能够提供全面的覆盖。GPRS允许用户以端到端的分组转移模 式发送与接收信息，因此不需要利用电路交换模式中的网络资源。為用户提供了高效廉价的通用分组无线业务，尤其适合于突发性的、少量的、间断的、和频繁的信号传输。利用GPRS技术实现无线分组数据传输，用户上网可以免受断线的痛苦并且永远在线是按流量计费，大大地减少了使用成本。
2 通信体系结构
无线传感器网络的协议栈结构分为四层：物理层、数据链路层、网络层和高层的应用。建议增加的传输层的作用是确保与其他外部网络的连接。物理层主要用于提供数据发送和接收的物理通道，完成信道能量检测、频率选择以及实现信号调制解调等功能。物理层使用动态功率管理、调整信号的频率和调制方法、动态电压调度等途径来满足WSN的要求。数据链路层是建立可靠的点到点或点到多点的通信链路，保证物理层传输的数据尽量正确，同时提高系统频谱效率。网络层的功能包括分组路由、拥塞控制，完成路由的发现和维护等。传输层主要用于提供可靠的额外开销合理的数据传输服务。应用层提供各种具体的增值业务应用，同时也提供时间同步和节点定位功能。考虑通信效率、实时性等因素，协议结构可简化。针对无线传感器网络节点资源有限这一特点对协议进行优化设计。
（1）能源管理
负责控制节点对能量的使用。在WSN中，电池供给的能源是有限的，为了延长网络寿命，各个节点都必须有效地利用能源。
（2）拓扑管理
负责保持网络连接和有效传输数据。由于大量传感器节点密集的部署于监控区域，为了节约能源和延长WSN的生存时间。拓扑管理的目的就是在保持网络连接和有效数据传输的前提下，协调WSN中各个节点的工作和休眠状态的转换。
（3）网络管理
负责网络维护、诊断，并向用户提供网络管理服务接口，一般包含数据收集、数据分析、数据处理和故障处理等功能。需要根据WSN的能量受限、自组织、节点易损坏等特点设计新型的分布式管理机制。
（4）Qos支持与网络安全机制
QoS是指一个网络能够利用各种基础技术，为指定的网络通信提供更好的服务能力，是网络的一种安全机制。由于WSN中的传感器节点随机部署，网络拓扑的动态性以及信道的不稳定性，使传统的安全机制无法适用，因此需要设计新型的网络安全机制来满足WSN的应用。
3 监测系统的软总体设计
通过对无线传感器网络节点的各种不同场合下的应用分析及制作工艺，总结了基本设计原则如下：
（1）扩展性在设计中是必须考虑的问题。节点应当在具备通信模块和通用处理器的基础上拥有规范、完整的外部接口，与不同的组件相适应。
（2）微型化是无线传感网络追求的最终目标。节点本身足够小，才会对目标系统环境不产生影响；在战争侦查等特定的环境下，微型化也是首必须考虑的问题。
（3）成本的是衡量无线传感器网络节点设计好坏的指标重要之一。要保证节点的广泛使用，这就要求无线传感器节点的各个模块和设计成本不能过高。
4 结语
变压器状态在线监测系统已经在一些化工配电和电力生产企业中得到大范围的应用，但在其数据的传输方法和手段还有一定差距。ZigBee凭借其在线监控数据传输的稳定性、安全性、功耗低、使用寿命长等特点，即使传输速率不是很高，但完全能够满足高速数据采集和实时数据通讯的要求，但是针对检测与控制领域的应用，还是有较大的发展潜能和前景。
参考文献
[1]李文仲，段朝玉.ZigBee2006无线网络与无线定位实战[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008：41-73.
[2]黄梅英.无线数据业务GPRS发展分析及研究[D].北京邮电大学，2002.
（作者单位：国网四川省丹棱县供电分公司）