基于物聯網的變電站運行環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)如何完美的設計

1 系統(tǒng)簡介

基于物聯網的變電站運行環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)就是把感應器嵌入變電站設備中，以采集原變電站綜自系統(tǒng)沒有涉及的環(huán)境參數，并將物聯網與現有的電網信息系統(tǒng)整合起來，實現電網生產管理與物理系統(tǒng)的整合。

系統(tǒng)主要監(jiān)測參數：開關柜溫度、電纜接頭溫度、SF6氣體濃度、蓄電池電壓工況、機房及開關室溫濕度、地下浸水量、設備局部放電量、故障溶解氣體氫含量、變壓器油中微水含量、氧化鋅避雷器阻性電流分量。

2 系統(tǒng)設計

從物聯網技術架構上來看，物聯網可分為三層：感知層、網絡層和應用層，對應的結構體系為傳感器采集層、數據傳輸層、數據應用及展示層，如圖1所示。

圖1 基于物聯網的變電站運行環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)結構示意圖

感知層由各種傳感器以及無線通信模塊構成，包括SF6氣體濃度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、蓄電池電壓傳感器等感知終端，負責識別物體、采集信息。

網絡層由各種變電站綜合數據網、互聯網、無線通信網、網絡管理系統(tǒng)等組成，負責傳遞和處理感知層獲取的信息。

應用層實現物聯網數據分析應用，同時提供與用戶進行交互的界面、操作、報警、報表系統(tǒng)，實現物聯網的智能應用。

2.1系統(tǒng)主站（應用層）

主站應用軟件平臺包括數據庫軟件、通信軟件、人機接口軟件、分布式管理和監(jiān)視軟件等。應用軟件平臺全面建立在開放的國際工業(yè)標準基礎上，通用商業(yè)數據庫的采用進一步提高了系統(tǒng)的開放性。應用軟件平臺是一體化系統(tǒng)的基礎，承擔整個系統(tǒng)的縱向和橫向的集成任務，它為分布在網絡各個節(jié)點的應用提供統(tǒng)一的運行環(huán)境和資源管理，并保證系統(tǒng)靈活的擴充性。

2.3 數據集中子站（網絡層）

應用于變電站的物聯網智能數據采集終端應該具備如下特點：

（1）采用高集成度微電子技術、RISC芯片計算機技術、現代通信網絡技術等，終端集成度高、功能強、可靠性高、通信方式配置靈活、安裝維護方便。

（2）采用LCD漢字顯示，方便終端配置和告警管理;大容量的鐵電存儲器可長時間保存運行狀態(tài)數據;提供了多個智能接口用于連接智能設備（空調、電源、油機等）。

（3）監(jiān)控信息可以雙向傳輸，采用2.4G無線射頻網絡、GPRS/CDMA 1x、RS-232、以太網、等多種方式實現。

（4）集中器完全支持環(huán)境遠程監(jiān)控的三遙 （遙控、遙測、遙信 ） 功能。遙測信號支持大于1000個，遙信大于200個，遙控大于100個。

（5）集中器采用圖形化的操作系統(tǒng)，并具備現場維護、信息交互功能。

2.4 數據采集傳感器（感知層）

本系統(tǒng)采用數字式傳感器與有源無線射頻傳輸結合的方式實現變電站環(huán)境信號的采集和傳輸。無線傳感器設備由帶有聯網功能及應用軟件的電路板、可檢測溫度、壓力、濕度、光線、聲音或者磁性變化的傳感器界面以及可以匯報探測情況的無線電收發(fā)裝置構成。

3系統(tǒng)功能

基于物聯網的變電站運行環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)具有如下功能：

（1）變壓器綜合安全。通過對變壓器的故障溶解氣體、變壓器油中微水、變壓器套管、變壓器局部放電的連續(xù)監(jiān)測，基本對變壓器絕緣狀況進行了綜合的監(jiān)測和診斷，實現變壓器絕緣安全預警。

（2）變電站容性設備監(jiān)測。反應容性設備絕緣的主要參量就是這些設備的介質損耗角以及等效電容。系統(tǒng)擬針對上述參量，連續(xù)不斷對容性設備絕緣狀況進行評估，實現容性設備絕緣性能測量與安全預警。

（3）變電站避雷器監(jiān)測。系統(tǒng)擬采集避雷器泄漏電流的阻性分量，實時判斷避雷器的絕緣裂化情況，及時預警。

（4）變電站SF6氣體監(jiān)測。通過對空氣中SF6以及氧的含量情況，判斷有限空間內的SF6氣體濃度是否滿足相關標準，同時可以判定該高壓設備的絕緣狀況。

（5）環(huán)境監(jiān)測預警。環(huán)境監(jiān)測預警系統(tǒng)可以實時監(jiān)測某些重要場所和設備的工作環(huán)境（如溫度、人員非法進入、電纜溝動物、電纜溝進水、煙霧、明火、空調工作狀況等）。當工作環(huán)境出現異常時，可及時顯示、報警，并可通過通信網絡將數據上傳。

（6）無線高壓測溫。無線高壓測溫系統(tǒng)采用先進成熟的傳感技術和獨特先進的無線通信技術進行高壓隔離和信號傳輸，利用其固有的絕緣性和抗電磁場干擾性能，從根本上解決了高壓開關柜內觸點運行溫度不易監(jiān)測的難題。系統(tǒng)可以安裝到每臺高壓開關柜觸頭和刀閘上，數據可以以無線方式傳輸至集中器，實現遠程預警功能。

（7）電纜溫度監(jiān)測。電纜溫度監(jiān)測預警系統(tǒng)基于通信技術、微處理器技術，選用國外的新式傳感器，采取接觸式測量原理，實時監(jiān)測電纜的運行溫度。本系統(tǒng)可以通過數值、曲線、棒圖、模擬圖等形式顯示溫度的測量值及變化趨勢。

（8）蓄電池電壓監(jiān)測。對蓄電池組的輸出電壓和充電電壓進行實時監(jiān)測，徹底解決了無人值班工作站，特別是通訊機房電源消失時，因電源故障得不到及時排除，最終造成蓄電池損壞，通訊網絡中斷，危及工作站安全運行的安全隱患，為工作站系統(tǒng)的安全運行提供了有效的保障。

4 結束語

按照建設基于物聯網的變電站運行環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計思路， 2011年3月南充電業(yè)局在舞鳳、保光110kV變電站實現了10kV開關柜的觸頭溫度的無線采集，利用ZigBee技術采用2.4G頻段將觸頭傳感器上的溫度數據實時上傳到變電站子站，運行人員可通過綜合數據網或移動數據網絡查看各開關各項觸頭的溫度情況，并實現了溫度越限短信報警、溫度歷史數據分析等功能。無線測溫系統(tǒng)的建設為實現基于物聯網的變電站運行環(huán)境智能監(jiān)測進行了實用性的探索，今后會在此基礎上逐步將其它環(huán)境參數通過物聯網方式進行集成，最終實現全面的變電站環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。