基于多天线无线局域网的变电站地线监测系统研究摘要：提岀了一种基于多天线无线局域网的变电站地线监测系统的设计与实现方法介绍了 系统结构、软件和硬件构成，以及所采用的多天线通信的原理其优良的结构保证了电磁干 扰环境及条件下系统的稳定和可靠性，完全适用于电力系统场合的需要关键词：多天线，无限局域网，组态软件，客户机/服务器体系结构0.引言随着我国变电站自动化水平不断提高，变电站的监测技术在电网运行中显示了重要 的作用，许多关系到电网安全生产运行的重要数据，诸如：地刀、地线（临时地线）、刀闸、 开关气体变化等等，采用监测技术，保证电网的安全运行，尤其是变电站地线监测在电 网安全运行中具有重大意义电力系统对高压设备进行停电检修时需要装设地线（临时地线），其作用包括：防止工 作地点突然来电；释放停电设备的剩余电荷；消除由于邻近线路及雷电引起的感应电压，使 工作地点始终在“低电位”的保护中，确保人身安全对地线操作是电力生产运行过程中经常 进行的工作，易发生操作事故，且后果严重，如“带地线合刀闸”，“带电接地线”等对此电 力系统采取了多种防止误操作措施电力系统的操作票制度可以约束电气运行工作人员的操作行为，减少地线误操作。
但因 受人员素质、精神状态、客观环境等因素的影响，不严格执行规章制度，习惯性违章现象时 有发生，经常造成操作事故并且因缺少必要的强制监督机制操作票制度不能很好的得以执 行为了更好的防止地线误操作，国内很多厂家分别研制生产各种相关防误装置，如电磁闭 锁，机械闭锁它们各有特色，在一定程度上可以减少地线误操作但因科技含量较低，维 护量大，管理能力差，缺少监督的实时性和统计管理功能例如，如何在远方实时观测地线 的连接状态因此本文提出了变电站地线监测系统来完善地线防误装置，它是基于先进的计算机局域网络 的变电站地线监测系统1. 地线监测系统的基本结构系统由监测器——接收服务器——终端（微机）三部分组成系统构成如图1所示系 统采用基于客户机/服务器模型，可实现地线状态实时显示，状态信息有效共享，数据及数 据显示准确、形象，信息处理能力强，且系统监测点多监测器由通信部分，控制部分和监测部分组成通信部分可采用嵌入式双芯片方案, 与接收模块一同采用简化的TCP/IP协议实现在网络中的数据传输；数据监测部分采用 超低功耗的系统完成数据输入端采用光电耦合器监测部分通过光电耦合器将地线的 状态模拟量装换为数字量，该数字量由单片机系统监测到后，由单片机系统采用简化的 TCP/IP协议格式进行打包成帧，数据帧形成后发送到通信芯片，采用约定的数据传输格式 向外发送。
接入服务器接入端使用安装在户外的无线接入点（AP）进行数据接收，接收到数据后接 入点将信息通过有线网络送入负责信息处理的工控机中终端（微机）将接入点发送的数据帧接收，采用约定的协议格式进行帧解包，将监测端的地 线状态信息还原出来，通过局内的光纤网络实现数据的共享，按照局内用户的授权提供相 应的数据检索，同时完成用户管理功能可以将地线监测从接入服务器端实时检索出来，并 且显示在终端用户显示器上，以便掌握前端地线状态，进行有效的管理并可通过光纤网络 实现各个变电站间的互连，将数据送至调度室系统监测器与接收服务器间的数据传输通信链路可采用IEEE802.11b无线局域网标准它具 有良好的抗射频干扰性，灵活移动性以及完善的安全机制，它具有与有线以太网速率相当的 11Mbps的高数据吞吐量，同时系统软件还可以提供准确、可靠的开关数据和可视界面2. 地线监测系统的设计实现2.1硬件实现监测系统硬件设计的关键是监控数据采集模块部分，它主要由连接检测器、光电耦合器、 低功耗单片机组成其结构图如图2所示其核心部分是单片机部分欢迎访问http：//www. 51kai £a. com连接检测器——►光电耦合器——►单片机基于多天线无线局域网的变电站地线监测系统研究发布日期:2005-10-18作者:王雪平刘建辉刘超来源:微计算机信息 TQ2440+3. 5寸寸TFT触摸屏摘要：提出了一种基于多天线无线局域网的变电站 地线监测系统的设计与实现方法。
介绍了系统结 构、软件和硬件构成，以及所采用的多天线通信的 原理其优良的结构保证了电磁干扰环境及条件下 系统的稳定和可靠性，完全适用于电力系统场合的 需要580元送USB转串□线/服务器体系结构关键词：多天线，无限局域网，组态软件，客户机o.引言随着我国变电站自动化水平不断提高，变电站的监测技术在电网运行中显示了 重要的作用，许多关系到电网安全生产运行的重要数据，诸如：地刀、地线（临时地 线）、刀闸、开关气体变化等等，采用监测技术，保证电网的安全运行，尤其是 变电站地线监测在电网安全运行中具有重大意义电力系统对高压设备进行停电检修时需要装设地线（临时地线），其作用包括：防 止工作地点突然来电；释放停电设备的剩余电荷；消除由于邻近线路及雷电引起的感 应电压，使工作地点始终在“低电位”的保护中，确保人身安全对地线操作是电力生 产运行过程中经常进行的工作，易发生操作事故，且后果严重，如“带地线合刀闸”，“带 电接地线”等对此电力系统采取了多种防止误操作措施电力系统的操作票制度可以约束电气运行工作人员的操作行为，减少地线误操作 但因受人员素质、精神状态、客观环境等因素的影响，不严格执行规章制度，习惯性 违章现象时有发生，经常造成操作事故。
并且因缺少必要的强制监督机制操作票制度 不能很好的得以执行为了更好的防止地线误操作，国内很多厂家分别研制生产各种相关防误装置，如电 磁闭锁，机械闭锁它们各有特色，在一定程度上可以减少地线误操作但因科技含 量较低，维护量大，管理能力差，缺少监督的实时性和统计管理功能例如，如何在 远方实时观测地线的连接状态因此本文提出了变电站地线监测系统来完善地线防误装置，它是基于先进的计算机局 域网络的变电站地线监测系统1.地线监测系统的基本结构系统由监测器——接收服务器——终端（微机）三部分组成系统构成如图1所示 系统采用基于客户机/服务器模型，可实现地线状态实时显示，状态信息有效共享，数 据及数据显示准确、形象，信息处理能力强，且系统监测点多监测器由通信部分，控制部分和监测部分组成通信部分可采用嵌入式双芯片 方案，与接收模块一同采用简化的TCP/IP协议实现在网络中的数据传输；数据监 测部分采用超低功耗的系统完成数据输入端采用光电耦合器监测部分通过光 电耦合器将地线的状态模拟量装换为数字量，该数字量由单片机系统监测到后，由单 片机系统采用简化的TCP/IP协议格式进行打包成帧，数据帧形成后发送到通信芯片， 采用约定的数据传输格式向外发送。
接入服务器接入端使用安装在户外的无线接入点（AP）进行数据接收，接收到数据 后接入点将信息通过有线网络送入负责信息处理的工控机中欢迎访问http: //www. 51kai fa. com图1系统构成终端（微机）将接入点发送的数据帧接收，采用约定的协议格式进行帧解包，将监 测端的地线状态信息还原出来，通过局内的光纤网络实现数据的共享，按照局内用户 的授权提供相应的数据检索，同时完成用户管理功能可以将地线监测从接入服务器 端实时检索岀来，并且显示在终端用户显示器上，以便掌握前端地线状态，进行有效 的管理并可通过光纤网络实现各个变电站间的互连，将数据送至调度室系统监测器与接收服务器间的数据传输通信链路可采用IEEE802.11b无线局域网标准 它具有良好的抗射频干扰性，灵活移动性以及完善的安全机制，它具有与有线以太网 速率相当的11Mbps的高数据吞吐量，同时系统软件还可以提供准确、可靠的开关数 据和可视界面2.地线监测系统的设计实现2.1硬件实现监测系统硬件设计的关键是监控数据采集模块部分，它主要由连接检测器、光电耦 合器、低功耗单片机组成其结构图如图2所示其核心部分是单片机部分欢迎访问http：〃www. 51kai fa. com连接检测器 ►光电耦合器——►单片机图2监测前端硬件结构图连接监测器将地线的状态信息通过光电耦合器装换位数字量，由于电力系统处于强 电压、强电流环境下，因此为了避免连接监测器所传信号混有强电压、强电流，单片 机部分不能直接和连接监测器相连，需要增加光电耦合器进行隔离，避免单片机被强 电压、强电流所损坏。
单片机将数字化的状态信号接收并传向道发送部分；发送部分 可采用嵌入式双芯片结构，完成数据的打包成帧和通信过程的完成接收端的接入点 在接收到数据帧后通过有线网络将其送到接入服务器端，接入服务器通过RS232或 RS485接口将数据还原，存入其存储器后供授权用户检索由于系统处于电力系统的高频、高压的强电磁干扰下，因此系统选用扩频通信方式 进行监测前端到中心的数据传送，由于直接序列扩频方式实现简单、成型产品多且安 装、维护方便，直接序列扩频采用伪随机码队所发送的数据进行异或运算，所得的结 果即为所要发送的序列，该信号在频域中得到与伪随机序列相应的扩展，接收端接收 到发送端的数据后通过相同伪随机发生器产生与发送端相同的伪随机序列，通过与接 收信号的异或运算，不但解得所传输信号，而且根据香农定理(Shannon Theroy),在 相同通信容量的情况下可将信道中的噪声信号弱化，只需较小的信噪比就可以使信息 得到较好的还原，因此在这种强电磁干扰的情况下采用这种方式非常合适由于系统不仅需要避免电磁的干扰，而且在信号发射端与接收端间由于建筑物的遮 挡，建筑物所引起的信号反射与折射等引起的多径衰减不可忽略，也必须采取有效措 施进行有效的抑制。
对抗多径衰落技术的研究一直倍受关注，已经有很多研究成果， 主要包括：自适应均衡、交织和分集技术等其中主要且行之有效的技术之一是分集 技术分集接收技术是将接收到的多径信号分离成不相关的多路信号，然后将这些信 号的按一定规则合并起来，使接收的有用信号能量最大，从而提高接收端的信噪比， 对数字信号而言，使误码率最小分集技术用来减小衰落的影响，在不增加发射机功率或信道带宽的情况下提高系统 的可靠性分集接收的基本思想，如果对同一信号做两个或多个采样，这些样本的衰 落是互不相关的这意味着所有样本同时低于一个给定电平的概率比任何一个样本低 于该值的概率要小得多如果其中单个样本低于给定值的概率是p,则L个样本同时低于该值的概率是卩‘，因此，在接收端将不同样本适当合并而成的信号比任何一个单个样本的衰落要小得多，从而改善了传输的可靠性由于在接收端获得相互独立的路径，可以通过空间分集方法来实现，且这种方法较 为简单空间分集，也称天线分集，其原理如图3所示发射端采用一副发射天线， 接收端采用多副接收天线接收端天线之间的间隔d应足够大，以保证各接收天线输出信号的衰落特性是相互独立的在理想情况下，接收天线的间隔宀=几/2就可以 保证各支路接收的信号是不相关的，但在实际系统中，接收天线之间的间隔要的根据 地形、地物等具体情况而定。
空间分集也可以是多个天线发射，比如在每个站都使用多个天线由于多径的影响, 在移动台很难得到直线到达的信号，通过基站天线的空间分集，可以减少支路间的相 关性基站天线之间的距离一般在几十个波长当然也可以在移动台使用多个天线以 达到空间分集的目的，当然，随着天线数量的增加，移动台的体积也得增加对于空 间分集而言，分集的支路数L越大，分集效果越好，但当L>3时，分集的复杂性增加, 分集增益的增加随着L的增大而变得缓慢因此本系统采用三天线系统欢迎访问http: //www. 51kai fa. com12。