基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)如何完美的設(shè)計(jì)

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是把感應(yīng)器嵌入變電站設(shè)備中，以采集原變電站綜自系統(tǒng)沒(méi)有涉及的環(huán)境參數(shù)，并將物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)有的電網(wǎng)信息系統(tǒng)整合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)生產(chǎn)管理與物理系統(tǒng)的整合。

系統(tǒng)主要監(jiān)測(cè)參數(shù)：開(kāi)關(guān)柜溫度、電纜接頭溫度、SF6氣體濃度、蓄電池電壓工況、機(jī)房及開(kāi)關(guān)室溫濕度、地下浸水量、設(shè)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(shè)計(jì)

從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)上來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)可分為三層：感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層，對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)體系為傳感器采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、數(shù)據(jù)應(yīng)用及展示層，如圖1所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

感知層由各種傳感器以及無(wú)線通信模塊構(gòu)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(fù)責(zé)識(shí)別物體、采集信息。

網(wǎng)絡(luò)層由各種變電站綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線通信網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)等組成，負(fù)責(zé)傳遞和處理感知層獲取的信息。

應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用，同時(shí)提供與用戶進(jìn)行交互的界面、操作、報(bào)警、報(bào)表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的智能應(yīng)用。

2.1系統(tǒng)主站（應(yīng)用層）

主站應(yīng)用軟件平臺(tái)包括數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、通信軟件、人機(jī)接口軟件、分布式管理和監(jiān)視軟件等。應(yīng)用軟件平臺(tái)全面建立在開(kāi)放的國(guó)際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，通用商業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)的采用進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的開(kāi)放性。應(yīng)用軟件平臺(tái)是一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，承擔(dān)整個(gè)系統(tǒng)的縱向和橫向的集成任務(wù)，它為分布在網(wǎng)絡(luò)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用提供統(tǒng)一的運(yùn)行環(huán)境和資源管理，并保證系統(tǒng)靈活的擴(kuò)充性。

2.3 數(shù)據(jù)集中子站（網(wǎng)絡(luò)層）

應(yīng)用于變電站的物聯(lián)網(wǎng)智能數(shù)據(jù)采集終端應(yīng)該具備如下特點(diǎn)：

（1）采用高集成度微電子技術(shù)、RISC芯片計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，終端集成度高、功能強(qiáng)、可靠性高、通信方式配置靈活、安裝維護(hù)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(chǔ)器可長(zhǎng)時(shí)間保存運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù);提供了多個(gè)智能接口用于連接智能設(shè)備（空調(diào)、電源、油機(jī)等）。

（3）監(jiān)控信息可以雙向傳輸，采用2.4G無(wú)線射頻網(wǎng)絡(luò)、GPRS/CDMA 1x、RS-232、以太網(wǎng)、等多種方式實(shí)現(xiàn)。

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

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

2.4 數(shù)據(jù)采集傳感器（感知層）

本系統(tǒng)采用數(shù)字式傳感器與有源無(wú)線射頻傳輸結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)變電站環(huán)境信號(hào)的采集和傳輸。無(wú)線傳感器設(shè)備由帶有聯(lián)網(wǎng)功能及應(yīng)用軟件的電路板、可檢測(cè)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(bào)探測(cè)情況的無(wú)線電收發(fā)裝置構(gòu)成。

3系統(tǒng)功能

基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有如下功能：

（1）變壓器綜合安全。通過(guò)對(duì)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(cè)，基本對(duì)變壓器絕緣狀況進(jìn)行了綜合的監(jiān)測(cè)和診斷，實(shí)現(xiàn)變壓器絕緣安全預(yù)警。

（2）變電站容性設(shè)備監(jiān)測(cè)。反應(yīng)容性設(shè)備絕緣的主要參量就是這些設(shè)備的介質(zhì)損耗角以及等效電容。系統(tǒng)擬針對(duì)上述參量，連續(xù)不斷對(duì)容性設(shè)備絕緣狀況進(jìn)行評(píng)估，實(shí)現(xiàn)容性設(shè)備絕緣性能測(cè)量與安全預(yù)警。

（3）變電站避雷器監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)擬采集避雷器泄漏電流的阻性分量，實(shí)時(shí)判斷避雷器的絕緣裂化情況，及時(shí)預(yù)警。

（4）變電站SF6氣體監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)空氣中SF6以及氧的含量情況，判斷有限空間內(nèi)的SF6氣體濃度是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)可以判定該高壓設(shè)備的絕緣狀況。

（5）環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警。環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)某些重要場(chǎng)所和設(shè)備的工作環(huán)境（如溫度、人員非法進(jìn)入、電纜溝動(dòng)物、電纜溝進(jìn)水、煙霧、明火、空調(diào)工作狀況等）。當(dāng)工作環(huán)境出現(xiàn)異常時(shí)，可及時(shí)顯示、報(bào)警，并可通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳。

（6）無(wú)線高壓測(cè)溫。無(wú)線高壓測(cè)溫系統(tǒng)采用先進(jìn)成熟的傳感技術(shù)和獨(dú)特先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行高壓隔離和信號(hào)傳輸，利用其固有的絕緣性和抗電磁場(chǎng)干擾性能，從根本上解決了高壓開(kāi)關(guān)柜內(nèi)觸點(diǎn)運(yùn)行溫度不易監(jiān)測(cè)的難題。系統(tǒng)可以安裝到每臺(tái)高壓開(kāi)關(guān)柜觸頭和刀閘上，數(shù)據(jù)可以以無(wú)線方式傳輸至集中器，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程預(yù)警功能。

（7）電纜溫度監(jiān)測(cè)。電纜溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)基于通信技術(shù)、微處理器技術(shù)，選用國(guó)外的新式傳感器，采取接觸式測(cè)量原理，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電纜的運(yùn)行溫度。本系統(tǒng)可以通過(guò)數(shù)值、曲線、棒圖、模擬圖等形式顯示溫度的測(cè)量值及變化趨勢(shì)。

（8）蓄電池電壓監(jiān)測(cè)。對(duì)蓄電池組的輸出電壓和充電電壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，徹底解決了無(wú)人值班工作站，特別是通訊機(jī)房電源消失時(shí)，因電源故障得不到及時(shí)排除，最終造成蓄電池?fù)p壞，通訊網(wǎng)絡(luò)中斷，危及工作站安全運(yùn)行的安全隱患，為工作站系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了有效的保障。

4 結(jié)束語(yǔ)

按照建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路， 2011年3月南充電業(yè)局在舞鳳、保光110kV變電站實(shí)現(xiàn)了10kV開(kāi)關(guān)柜的觸頭溫度的無(wú)線采集，利用ZigBee技術(shù)采用2.4G頻段將觸頭傳感器上的溫度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到變電站子站，運(yùn)行人員可通過(guò)綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)或移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)查看各開(kāi)關(guān)各項(xiàng)觸頭的溫度情況，并實(shí)現(xiàn)了溫度越限短信報(bào)警、溫度歷史數(shù)據(jù)分析等功能。無(wú)線測(cè)溫系統(tǒng)的建設(shè)為實(shí)現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站運(yùn)行環(huán)境智能監(jiān)測(cè)進(jìn)行了實(shí)用性的探索，今后會(huì)在此基礎(chǔ)上逐步將其它環(huán)境參數(shù)通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)方式進(jìn)行集成，最終實(shí)現(xiàn)全面的變電站環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。