1 引 言

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

　　現代監測系統由傳感器網絡組成，傳感器網絡是有線傳感器網絡和無線傳感器網絡的集合。無線傳感器網絡是基于IEEE 802.15.4技術標準和ZigBee網絡協議而設計的無線數據傳輸網絡，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絡，與傳感器網絡控制器連接，構成無線傳感器網絡。ZigBee技術是專門針對無線傳感器網絡而開發的，利用ZigBee技術組成無線傳感器網絡是電廠監測系統發展的必然趨勢。

2 ZigBee技術

　　(1)概論

　　ZigBee技術是一種新興的近距離、低復雜度、低功耗、低數據速率、低成本，工作在2.4 GHz和868／915 MHz的無線網絡技術，他是一種介于無線標記技術和藍牙之間的技術方案，是一種雙向傳輸(two-way)的無線通信標準，主要用于中短距離無線系統連接，提供傳感器或二次儀表無線雙功網絡接入，能夠滿足對各種傳感器的數據輸出和輸入控制命令和信息的需求使現有系統網絡化、無線化。ZigBee技術采用一般IEEE 802.15.4收發器技術與嵌入ZigBee技術協議棧的組合；他依據IEEE 802.15.4標準，在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信。這些傳感器設計成只需要很少的能量的裝置，并以接力的方式將數據從一個傳感器無線傳到另一個傳感器，依次傳遞，以構成一個無線傳感器網絡。ZigBee技術的主要特征如表1所示。

　　(2)ZigBee技術與其他無線通信技術的比較

　　無線通信技術的特性比較如表2所示。

3 ZigBee技術應用于電廠的可行性論證

　　電廠設備監測系統首先為電廠監控系統提供現場設備的各種參數、數據、圖表、曲線、開關量和模擬量等信息，根據這些信息分析設備狀態、執行開環、閉環控制與調節，對設備故障和事故進行報警和相應處理，保證設備最優運行狀態；為設備狀態檢修提供分析長期的運行數據，以便形成狀態檢修決策；為遙測、搖訊、遙控、搖調等提供遠動數據等。

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

3.1 ZigBee技術通信可靠性保證

　　ZigBee技術通信可靠性保證：通信可靠機制；網絡的自組織、自愈能力強；在低信噪比的環境下ZigBee技術具有很強的抗干擾性能；在低信噪比的環境下ZigBee技術的性能超群(藍牙、FSK和WiFi B)。

3.2 ZigBee技術安全性論證：

3.2.1 ZigBee技術射頻信號對電氣一次設備的影響

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

　　理論上，電廠設備均處在現行數字蜂窩移動通信網包圍中，發電機的出口升壓變壓器高壓側分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為發電機機端電壓、電流；B為升壓變壓器高壓側電壓；C為輸電線電壓、電流。

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

　　數據歸納原則：三相中取諧波含量最嚴重的一相為代表值；現場測試為2～50次諧波，為突出重點下列有些數據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)：

　　從測試數據(見表1)來看各測試工況諧波數據特性差不多，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：橫坐標為諧波次數，縱坐標為諧波含有率(％)。

　　從上面數據表可以得出以下幾點：況機端線電壓諧波總畸變率均<5％，無超標情況；電機并網帶負荷后，與空載相比，諧波電壓總畸變率有所減小，主要表現在高次諧波含量有所減小；負荷情況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。

　　從表4數據可以得出：機端主要諧波電流為5次、3次，5次在90 A左右，3次在50 A左右，并5次、3次諧波電流隨負荷的增大變化不大。

　　升壓變壓器高壓側(500 kV)諧波(測試點B)(見表5)。

　　從測試數據來看各測試工況諧波數據特性差不多，為全面、直觀起見，這里畫出額定負荷時的諧波含量(2～50次)柱狀圖(見圖3)。圖3中：橫坐標為諧波次數，縱坐標為諧波含有率(％)。

　　從表5數據中可以得出：各測試工況下升壓變壓器500 kV側諧波電壓總畸變率在2.3～2.5左右，主要諧波成份均為5次、3次。發電機并網前后該點諧波變化不大。

　　升壓變壓器高壓側(220 kV)諧波(測試點B)(見表6)：

　　從上表數據中可以得出鼎各測試工況下升壓變壓器220 kV側諧波電壓總畸變率和各次諧波電壓含有率均未超標，主要諧波成份為3次，發電機并網前后諧波變化不大。

　　從以上測試結果(見表3～6)看，13次以上的諧波成分很少，且隨著次數的增加諧波含量趨向于零，表明：被移動通信信號包圍的發電機變壓器組，在各測試工況下發電機變壓器組諧波電壓和諧波電流均在標準范圍內，諧波電壓總畸變率也未超標，同時測試過程中發電機變壓器組運行正常。也就是說移動通信信號，即ZigBee技術射頻信號沒有引起電網電能質量惡化，沒有威脅發電機變壓器組安全運行。證明ZigBee技術應用于發電機變壓器組的監測系統中是可行的。

　　輸電線(220 kV)諧波(測試點C)：220 kV GIS站葛鋁I回線電壓、電流諧波檢測結果；測量時間：2007年1月15日；測量工具：中元華電ZH-2故障錄波裝置；CT變比：1000／1 PT變比：220 kV／100 V；

在表7中：

　　(1)14次以上的諧波成分已經趨向零；葛鋁I回線負荷電流測量1次值為600 A，3次諧波電流最大一次值為3 A；葛鋁I回線電壓測量一次值為220 kV，5次諧波相電壓最大一次值為677 V；經比較表5，6，7可知：開關站500 kV和220 kV系統電壓、電流諧波與葛鋁I回線在同一水平。由上面數據分析出：ZigBee技術射頻信號沒有對輸電線路產生影響，說明ZigBee技術應用在電廠輸電系統中也是可行的。

　　測試數據分析：

　　發電機空載額定電壓時線電壓諧波總畸變率為2.01％<5％，發電機帶負荷后機端線電壓諧波總畸變率有所下降(見數據表3)，各負荷下機端線電壓諧波總畸變率變化不大，主要諧波成份為5次、3次。機端諧波電流以5次、3次為主(見數據表4)，各測試工況變化不大；

　　(2)該發電機并網前后及并網后各負荷下，升壓變壓器高壓側諧波電壓總畸變率變化