摘要:  介紹變電站內存在的各種干擾和無線傳感器網絡使用的直接序列擴頻技術，并對無線傳感器網絡應用于變電站中這種高電磁干擾環境中可行性進行論證。

關鍵詞:  無線傳感器網絡 電磁干擾 直接序列擴頻

0引言

目前，變電站系統自動化正成為一種不可改變的趨勢，其監控和通信系統的重要性日益凸顯。變電站現有測控系統多采用有線通信方式，但是，有線通信的弊端是顯而易見的，例如傳輸線鋪設復雜、不易檢修和維護，長距離傳輸線易受電磁千擾的影響等等。而無線通信則具有運行可靠、安裝靈活。成本低廉等優點，尤其是在需要實時監控變電站信息的情況下，無線通信更是具有極大的優勢。

現有無線通信方式主要有IEEE802.11b/g、藍牙、ZigBee.GPRS/GSM等。而ZigBee技術更是以安全性高、響應時間快、占用系統資源低、成本低以及能耗低等諸多優點成為變電站實時監控系統中首選的無線通信技術。ZigBee技術是專門針對無線傳感器開發的，無線傳感器網絡在變電站中的應用研究尚處于起步階段，其研究重點主要放在配電網自動化以及溫度、電能在線監測方面，然而，變電站高強電磁環境對無線傳感器網絡通信的影響的研究還相對缺失。因此本文對變電站的干擾和無線傳感器網絡的調制技術進行研究，對無線傳感器網絡在變電站中的應用的可行性進行論證。

1變電站中的電盛千擾

變電站內部具有復雜的電磁環境，因此必須對各種典型的電磁干擾源進行詳細的分析。變電站存在的典型的電磁干擾源有:50Hz工頻電磁場;設備出口短路引起的脈沖磁場;電暈放電;靜電放電;局部放電;空氣擊穿燃弧;SF6間隙擊穿燃弧;真空間隙擊穿燃弧等。其中工頻電磁場和脈沖磁場對無線信號基本不會產影響。

1.1靜電放電和局部放電

兩個具有不同靜定電位的物體，由于直接接觸或靜電場感應引起兩物體間的靜電電荷的轉移。靜電電場的能量達到一定程度后，擊穿其間介質而進行放電的現象就是靜電放電。當外加電壓在電氣設備中產生的場強，足以使絕緣區域發生放電，但在放電區域內未形成固定放電通道的這種放電現象，稱為局部放電。兩者都是小絕緣間隙、小能量放電的擊穿。

這兩種放電產生輻射干擾在幾百kHz以內，且能量低，衰減快，因此對無線通信不會造成影響。

1.2電暈放電和空氣擊穿放電電力導線在高壓強電場作用下，可能對周圍空間產生游離放電的電暈。導線表面的機械損傷、污染微粒或者導線附近的水滴、灰塵等，都會引起導線表面曲率變化，從而使得點位梯度達到空氣介質的擊穿介質。因此，在電力系統的實際運行中電暈的產生幾乎是不可避免的。

由圖1可見電暈放電的輻射信號主要集中在78MHZ和180MHZ附近的兩個包絡內，并且最大信號強度僅為一40dBmW。

由圖2可知空氣間隙擊穿產生的電磁場帶寬較寬，主要集中在600MHZ以下，并且干擾信號的強度很小，即使在580:MHZ頻率附近也只有-35dBmW。

1.3開關操作干擾

變電站內斷路器、隔離開關等一次設備在投切操作或開關故障電流時，由于感性負載的存在，開關觸頭開斷時，產生的電弧的熄滅和重燃可能在母線或線路上引起含有多個頻率分量的衰減振蕩波，通過母線或設備間的連線將暫態電磁場的能量向周圍空間輻射，形成輻射脈沖電磁場。設備操作干擾主要有SF6間隙擊穿和真空間隙擊穿所產生的輻射信號。

2無線傳感網網絡的擴頻技術

2.1ZigBee協議

無線傳感器網絡應用的ZigBee協議的框架是建立在IEEE802.15.4標準之上，IEEE802.15.4定義}ZigBee的物理層和媒體訪問層。IEEE802.15.4定義了兩個物理層標準，分別是2.4GHz物理層和868月I5MHz物理層。兩個物理層都基于直接序列擴頻(DSSS)技術，主要完成能量檢測、鏈路質量指示、信道選擇以及數據發送和接收等功能。無線傳感器網絡輸出2.4GHzISM頻段直接序列擴頻信號，輸出功率大于一17dBm，工作頻段2.405^2.480GHz。

2.2直接序列擴頻技術

擴頻是利用與信息無關的為隨機碼，通過調制的方法將己調制的頻譜寬度擴展到比原調制信號的帶寬寬得多的過程。常用的擴頻技術有調頻、混合擴頻和直接序列擴頻等。無線傳感器網絡采用直接序列擴頻技術。

直接序列擴頻系統就是用具有高碼率的偽隨機(PN)序列，在發送端擴展信號的頻譜，在接受端用相同的PN序列對信號進行解擴，還原出原始信號。