基于ZigBee的矿井电网漏电保护系统的研究

摘要

井下6kV高压供电系统发生最多的故障是单相接地故障，占总故障的80％以上。矿井供电系统发生漏电不仅会引起人身触电，而且还可能导致瓦斯、煤尘爆炸甚至使电气雷管提前引爆，所以，研究开发一套性能可靠、方便有效、安全稳定且性价比高的漏电保护系统相当有必要。 传统的漏电保护系统通常是有线的信息传输方式，存在着布线麻烦、灵活性不高、组网困难等弊端。因此，我们采用ZigBee技术来实现无线的网络组织以及无线的信息传输。 ZigBee无线传感器网络具有节点布置简易，方便移动，不易损坏，定位精度高、能量消耗小以及成本低廉等特点，通过在电网各支路上布置的无线传感器节点，自组形成多跳网络，节省了铺设电缆的麻烦并且可以随时简单方便地增减节点。 本文通过MATLAB对高压供电系统漏电故障进行仿真，分析了供电系统单相接地故障时的电气特性并根据零序电压电流的特点给出了故障判定和选线依据；使用了一种新的适合于漏电保护系统的加权质心定位算法—跳数加权质心定位算法(HWC)；最后采用了ATmega128L处理器和无线通信模块CC2420，结合无线通信协议与漏电故障特性，设计了基于ZigBee技术的漏电保护系统，应用测试结果表明：保护系统性能良好，完全能够满足井下电网漏电保护的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文研究的背景

1.2国内外研究现状分析

1.3无线传感器网络介绍

1.3.1无线传感器网络的结构体系

1.3.2无线传感器网络的特点

1.4课题研究的目的和意义

1.5论文的组织结构

2 ZiBee技术概述

2.1 ZiBee技术概述

2.2网络拓扑结构

2.3 IEEE802.15.4／ZiBee协议模型

2.4各层功能简介

2.4.1物理层

2.4.2媒体访问控制层

2.4.3网络层

2.4.4应用层

2.5 ZiBee协议关键概念

本章小结

3电网漏电故障分析及保护原理

3.1矿井供电系统

3.2单相接地故障分析

3.2.1漏电保护原理

3.2.2漏电故障的电气特征

3.3电网漏电故障特性仿真

3.4故障诊断与选线方法

3.4.1选线装置启动方案

3.4.2选线方法

本章小结

4无线网络节点定位

4.1无线传感器网络定位算法概述

4.1.1基本概念

4.1.2定位算法分类

4.2典型定位算法

4.2.1质心定位算法

4.2.2 DV-Hop算法及相关算法

4.2.3 Amorphous定位算法

4.2.4 APIT算法

4.3跳数加权质心定位算法(HWC)

4.3.1算法基本思想

4.3.2算法过程

4.3.3算法分析

本章小结

5保护系统软硬件设计

5.1基于ZiBee无线传感网络的保护系统总体结构

5.2节点的硬件设计

5.3处理器选择

5.3.1 ATMEGA128介绍

5.3.2射频芯片CC2420介绍

5.3.3 CC2420的使用

5.3.4节点硬件实物图

5.4系统软件设计

5.4.1节点监控程序设计

5.4.2无线通信

5.4.3无线自组网

5.4.4无线定位

5.5通信及组网测试

本章小结

结论

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文