胡冠楠

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定

 

摘要：隨著信息化水平的不斷發(fā)展，泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)提上日程，這對(duì)提升變電站電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)水平，推動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義。對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了研究，概括了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和特征。根據(jù)變電站電力設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)的需求，探索研究了紅外熱成像監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和變電站環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。指導(dǎo)變電站電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：信息化；泛在電力物聯(lián)網(wǎng)；電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)；紅外熱成像監(jiān)測(cè)；變電站環(huán)境監(jiān)測(cè)

 

0 引言

變電站作為電網(wǎng)能源輸送的樞紐，其智能化會(huì)直接影響整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化水平。對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行一致、準(zhǔn)確和頻繁的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)是預(yù)測(cè)故障的關(guān)鍵。

隨著電力系統(tǒng)信息化和智能化水平的快速發(fā)展，電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)類型和監(jiān)測(cè)手段越來(lái)越豐富多樣。研究人員開(kāi)發(fā)了一種視覺(jué)監(jiān)控系統(tǒng)，用于遠(yuǎn)程操控變電站，以便系統(tǒng)操作人員觀察環(huán)境。提出了一個(gè)變電站高壓設(shè)備的在線基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(61803219)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以提高變電站在線監(jiān)測(cè)水平，但因監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)類型多樣，數(shù)據(jù)處理速度無(wú)法保證。隨著故障監(jiān)測(cè)水平的不斷提升，設(shè)計(jì)了一種在電力系統(tǒng)故障條件下變電站接地電位上升的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，但因系統(tǒng)受環(huán)境影響較大，測(cè)量精度較低。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一種實(shí)時(shí)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)以檢測(cè)聯(lián)絡(luò)線上的低頻電源振蕩。將數(shù)據(jù)庫(kù)創(chuàng)新性地應(yīng)用于變電站變壓器的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，提高了變電站變壓器監(jiān)測(cè)的可靠性，但由于其數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性無(wú)法得以保證。現(xiàn)有的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法主要針對(duì)設(shè)備本身，基本不考慮設(shè)備故障對(duì)系統(tǒng)的影響，不能滿足智能電網(wǎng)對(duì)先進(jìn)資產(chǎn)管理的要求。并且，隨著用電信息采集業(yè)務(wù)規(guī)模的快速增長(zhǎng)，存儲(chǔ)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，對(duì)數(shù)據(jù)處理速度提出了更高的要求，現(xiàn)有狀態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制無(wú)法滿足該需求，其缺陷導(dǎo)致測(cè)量精度低、可靠性差。基于上述問(wèn)題，本文提出將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)，研究了基于電力物聯(lián)網(wǎng)的變電站傳感監(jiān)控系統(tǒng)，采用紅外熱成像監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)變電站溫度監(jiān)測(cè)，溫濕度傳感器、氣體傳感器等用于實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站運(yùn)行環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并通過(guò)無(wú)線中繼器將監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)絽f(xié)議轉(zhuǎn)換器，然后將數(shù)據(jù)發(fā)送到本地變電站監(jiān)控系統(tǒng)或遠(yuǎn)程調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)本地或遠(yuǎn)程控制，大大提高了系統(tǒng)的可靠性及可用性。

 

1、泛在電力物聯(lián)網(wǎng)概述

1.1 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的含義

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)是國(guó)家電網(wǎng)提出的“三型兩網(wǎng)"戰(zhàn)略中的第二張網(wǎng)，具體指的是圍繞電力系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，充分運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、智慧城市等先進(jìn)信息通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)各種信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)和電力通信專網(wǎng)的結(jié)合，從而形成具有自我標(biāo)識(shí)、感知和智能處理的物理實(shí)體，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬(wàn)物互聯(lián)、人機(jī)交互。

1.2 基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的變電站在線監(jiān)測(cè)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為智能電網(wǎng)輸變電系統(tǒng)的主要組成部分之一，能夠提高輸變電設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)能力，并降低設(shè)備維修的盲目性和風(fēng)險(xiǎn)性，對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理和優(yōu)化。從技術(shù)視角看，基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的變電站在線監(jiān)測(cè)體系包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、 平臺(tái)層和應(yīng)用層4 個(gè)層次。其基本架構(gòu)如圖1 所示。

 

1) 感知層：感知層是系統(tǒng)的底層，其主要的功能是負(fù)責(zé)信息采集和信號(hào)處理。通過(guò)溫濕度傳感器、振動(dòng)傳感器以及RFID 等感知識(shí)別技術(shù)對(duì)變壓器等一次設(shè)備進(jìn)行智能感知，實(shí)現(xiàn)終端標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一接入以及通信、計(jì)算等資源共享，在源端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)融通和邊緣智能，

2) 網(wǎng)絡(luò)層：通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)、低功耗廣域網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，接入并傳輸來(lái)自感知層的信息，成為感知層與系統(tǒng)平臺(tái)連接的紐帶。

3) 平臺(tái)層：平臺(tái)層作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，作用為將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)海量的泛在信息資源接入物聯(lián)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模終端統(tǒng)一物聯(lián)管理，挖掘海量采集數(shù)據(jù)價(jià)值，提升數(shù)據(jù)處理能力。

4) 應(yīng)用層：應(yīng)用層作為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的用戶接口，位于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)頂端，應(yīng)用層接收感知層感知的信息，依據(jù)業(yè)務(wù)需求并對(duì)信息進(jìn)行綜合分析處理，對(duì)站內(nèi)所有設(shè)備實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)，為用戶提供豐富的特定服務(wù)。

1.3 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要特征

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)與新一代電力系統(tǒng)深入融合，為電力系統(tǒng)提供信息通信基礎(chǔ)平臺(tái)和設(shè)施支撐，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一次采集處處應(yīng)用，推動(dòng)業(yè)務(wù)平臺(tái)從垂直結(jié)構(gòu)向水平化方向演進(jìn)，引導(dǎo)電力業(yè)務(wù)系統(tǒng)向著優(yōu)化架構(gòu)、決策智能、運(yùn)行高效、附加值高的方向發(fā)展，其主要特征包含以下四個(gè)方面。

1) 連接的泛在化：隨著電網(wǎng)的全聯(lián)接化，發(fā)電裝置呈分布式發(fā)展趨勢(shì)，輸電線路逐步實(shí)現(xiàn)全線路實(shí)時(shí)監(jiān)控，覆蓋從干線到全覆蓋，配網(wǎng)控制逐步從10 kV 走向0.4 kV， 聯(lián)接節(jié)點(diǎn)從萬(wàn)到億。微功率無(wú)線自組網(wǎng)、大容量電力光纖網(wǎng)、電力無(wú)線專網(wǎng)以及低功耗廣域窄帶物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用廣泛。

2) 終端的智能化：芯片處理能力的不斷提升促使終端向智能化方向迭代，軟件定義促進(jìn)終端軟硬件不斷解耦，使得電力業(yè)務(wù)終端和用能終端不斷向智能方向進(jìn)化，以此來(lái)滿足精控及調(diào)度業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性。

3) 數(shù)據(jù)的共享化：海量感知層數(shù)據(jù)匯聚于應(yīng)用層，成為重要的數(shù)據(jù)資源，數(shù)據(jù)模型的標(biāo)準(zhǔn)化打通了各個(gè)業(yè)務(wù)的“煙囪式"壁壘，實(shí)現(xiàn)了不同業(yè)務(wù)邏輯的橫向貫通，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的開(kāi)放、共享和共用。

4) 服務(wù)的平臺(tái)化：服務(wù)器接口與規(guī)約的標(biāo)準(zhǔn)化促進(jìn)了接入和連接的統(tǒng)一，通用水平化平臺(tái)和垂直專業(yè)化平臺(tái)得以結(jié)合，提升了平臺(tái)的開(kāi)放性和平臺(tái)的智能化服務(wù)水平。

 

2、電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)

電力設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遵循電力系統(tǒng)協(xié)議，采用先進(jìn)的通信技術(shù)和電力傳輸設(shè)備的智能信息處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行狀態(tài)、資產(chǎn)和電網(wǎng)運(yùn)行環(huán)境等的垂直集成和水平集成，此外，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備的識(shí)別、智能傳感、數(shù)據(jù)傳輸和動(dòng)態(tài)控制的全生命周期管理。實(shí)踐表明，使用基于電力物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)可以為電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供更好的決策。電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。

監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求。

1) 監(jiān)控精度：隨著電氣水平的不斷提高，變電站設(shè)備朝著規(guī)模化、復(fù)雜化的方向發(fā)展，其中一個(gè)設(shè)備故障可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)環(huán)節(jié)無(wú)法有效運(yùn)轉(zhuǎn)。因此，系統(tǒng)不僅要有效地運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)設(shè)備，還要準(zhǔn)確地知道設(shè)備中存在的問(wèn)題。

2) 系統(tǒng)的可靠性：大多數(shù)監(jiān)測(cè)機(jī)械和設(shè)備都在高速運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)備一旦發(fā)生故障，可能造成重大財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，因此要求監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)十分可靠。

 

3) 監(jiān)控傳輸節(jié)點(diǎn)小型化：由于機(jī)械設(shè)備的復(fù)雜性，要求監(jiān)控設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)不影響其他設(shè)備。因此，系統(tǒng)監(jiān)控節(jié)點(diǎn)體積不能設(shè)置得過(guò)大，應(yīng)保證其長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

4) 響應(yīng)用戶數(shù)據(jù)查詢：在周期性傳輸數(shù)據(jù)的情況下，用戶(或基站)可以查詢一些特定節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)來(lái)估計(jì)特定設(shè)備或子系統(tǒng)的現(xiàn)有狀態(tài)。因此，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)需要具有終端循環(huán)的能力以供用戶查詢。

5) 信號(hào)處理和故障檢測(cè)：節(jié)點(diǎn)有一定的信號(hào)處理能力，當(dāng)檢測(cè)到故障時(shí)，應(yīng)將處理后的特征數(shù)據(jù)發(fā)送到基站，然后，節(jié)點(diǎn)可以中斷循環(huán)發(fā)送緊急警報(bào)。

6) 數(shù)據(jù)傳輸：監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)可以傳輸運(yùn)行設(shè)備狀態(tài)特征數(shù)據(jù)。

7) 降低系統(tǒng)成本：降低生產(chǎn)成本是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的根本途徑，監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)判斷設(shè)備的異常狀態(tài)并進(jìn)行預(yù)防和消除，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，降低電力設(shè)備生命周期成本。

3、基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的變電站監(jiān)控系統(tǒng)

電力設(shè)備監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，智能感知技術(shù)，現(xiàn)代通信技術(shù)，信息處理技術(shù)相結(jié)合，

利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集裝置和智能傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)采集各種狀態(tài)信息，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)同步管理，為電力設(shè)備的智能監(jiān)控提供了一種新的手段。

該監(jiān)控系統(tǒng)由兩個(gè)子系統(tǒng)組成：紅外熱成像監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和變電站環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。每個(gè)子系統(tǒng)既可以獨(dú)立監(jiān)控每個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景，也可以協(xié)同監(jiān)控。

3.1 紅外熱成像監(jiān)控子系統(tǒng)

在高壓裝置中，熱量起著關(guān)鍵作用，因?yàn)樗沂玖艘慌_(tái)設(shè)備的運(yùn)行狀況，基于組件的熱量檢測(cè)故障源，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)正確保護(hù)動(dòng)作。使用紅外熱成像(IRT)的溫度監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為一種成熟且被廣泛接受的技術(shù)，因?yàn)樗绕渌愋偷膫鞲衅鞅O(jiān)測(cè)具有許多優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)通過(guò)感測(cè)被檢查物體發(fā)出的紅外輻射，可以在安全距離上發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備中的熱點(diǎn)。紅外熱成像技術(shù)在電力設(shè)備監(jiān)測(cè)中主要針對(duì)線路、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)等外部設(shè)備故障。利用紅外熱像儀可以準(zhǔn)確采集設(shè)備的熱量信息，設(shè)備的熱量信息可以反應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)，將熱量信息生成直觀的溫度分布熱像圖，通過(guò)與設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的熱像圖進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

紅外熱成像監(jiān)控系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖如圖3 所示。

 

由圖3 可以看出，紅外熱成像監(jiān)控系統(tǒng)主要包含掃描系統(tǒng)和顯示單元兩大部分。

1) 掃描系統(tǒng)：主要由熱成像儀鏡頭、紅外探測(cè)器、探測(cè)器讀出電路、成像電路組件組成。熱像儀鏡頭用于采集傳入的紅外輻射并使之聚焦于探測(cè)器上，熱輻射可使探測(cè)器作出可測(cè)量的反應(yīng)，該反應(yīng)經(jīng)過(guò)電子處理生成電子熱圖像。

2) 顯示單元：主要包括紅外圖像信號(hào)處理與顯示設(shè)備和計(jì)算機(jī)服務(wù)器兩大部分。主要負(fù)責(zé)圖像的處理和診斷算法的實(shí)現(xiàn)，為工作人員處理判斷故障提供有效信息。檢測(cè)終端首先將采集到的圖像進(jìn)行壓縮，然后通過(guò)傳輸系統(tǒng)將其傳輸?shù)接?jì)算機(jī)服務(wù)器中，計(jì)算機(jī)服務(wù)器負(fù)責(zé)處理圖片信息，并存儲(chǔ)圖片以及故障信息。

結(jié)合故障類型的特征，可依據(jù)故障溫度值與閾值的比較以及設(shè)備的相對(duì)溫差來(lái)判別故障，具體診斷流程圖如圖4 所示。

 

使用紅外熱像儀進(jìn)行溫度測(cè)量需要將測(cè)量的紅外輻射轉(zhuǎn)換為溫度，特別是現(xiàn)場(chǎng)被檢查對(duì)象的興趣點(diǎn)的溫度。變電站高壓電氣設(shè)備在故障發(fā)生前受熱、溫度升高，發(fā)射肉眼無(wú)法察覺(jué)的紅外光譜熱輻射，紅外熱像儀將這種輻射轉(zhuǎn)化為清晰的熱圖像，這種非接觸式熱數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)顯示在監(jiān)測(cè)器上，也可以發(fā)送到數(shù)字存儲(chǔ)裝置中以便進(jìn)行分析。目前采用較多的是在C++中開(kāi)發(fā)的溫度監(jiān)控的TempMon 組件，利用OpenCV 進(jìn)行圖像處理和熱點(diǎn)檢測(cè)，并用eBUS

SDK 從長(zhǎng)波紅外攝像機(jī)Flir A310 獲取紅外圖像，熱圖像上面的不同顏色代表被測(cè)物體的不同溫度。通過(guò)查看熱圖像，可以觀察到被測(cè)目標(biāo)的整體溫度分布狀況。用于部署的紅外攝像機(jī)Flir A310 能夠以每秒30 幀的速度獲取圖像。變電站監(jiān)測(cè)紅外熱成像圖如圖5 所示。

3.2 變電站環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)中變電站環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)主要的功能包括以下幾個(gè)方面：

1) 監(jiān)測(cè)變電站的溫濕度環(huán)境：由于不同變電站的環(huán)境參數(shù)差別較大，因此選用大量程、高精度型的溫濕度傳感器 DHT21。

 

2) 監(jiān)測(cè)變電站煙霧情況：火災(zāi)對(duì)電力設(shè)備的影響很大，所以選用靈敏度高、響應(yīng)快的MQ-2 型煙霧傳感器對(duì)變電站煙霧情況進(jìn)行必要監(jiān)測(cè)。

3) 監(jiān)測(cè)變電站氣體：主要用于監(jiān)測(cè)變電站氣體種類、濃度以及成分，以此判斷電力設(shè)備是否存在故障，選用MQ-8 型氫氣傳感器。

4) 監(jiān)測(cè)電力設(shè)備局部放電產(chǎn)生的超聲波：電力設(shè)備易發(fā)生局部放電故障，用超聲波傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而可以測(cè)定局部放電的大小和位置信息，選用HC-SR04 超聲波傳感器。

5) 監(jiān)測(cè)電力設(shè)備泄露電流：用電流傳感器對(duì)電力設(shè)備的泄露電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備絕緣缺陷，選用ACS712 電流傳感器。

變電站環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)主要由傳感器組成的終端節(jié)點(diǎn)、中繼器節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)監(jiān)測(cè)中心組成。

1）終端節(jié)點(diǎn)：傳感器定時(shí)自動(dòng)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并及時(shí)上傳給無(wú)線中繼器，經(jīng)由無(wú)線專網(wǎng)傳送至上位機(jī)監(jiān)測(cè)中心，分析數(shù)據(jù)并發(fā)出自動(dòng)預(yù)警信號(hào)。終端節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

 

2）中繼器節(jié)點(diǎn)作為終端節(jié)點(diǎn)與監(jiān)測(cè)中心溝通的橋梁，負(fù)責(zé)接收各傳感器采集的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)，并將其傳送至后臺(tái)設(shè)備監(jiān)測(cè)中心，使系統(tǒng)成為一個(gè)有機(jī)運(yùn)行的整體。中繼器節(jié)點(diǎn)的結(jié)構(gòu)如圖7 所示。

 

3）后臺(tái)設(shè)備監(jiān)測(cè)中心實(shí)時(shí)處理收集的信息，進(jìn)行故障的事件記錄及自動(dòng)告警等。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議采用用戶定義的形式，采用半雙工通信方式，每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址。單個(gè)通信節(jié)點(diǎn)和無(wú)線中繼器之間的通信鏈路的建立和終止由節(jié)點(diǎn)的工作模式確定。正常工作模式下，建立通信鏈路并由通信節(jié)點(diǎn)釋放，按照既定規(guī)則進(jìn)行處理；維護(hù)模式下，通信鏈路建立和終止由無(wú)線中繼器進(jìn)行處理；原則上，無(wú)線中繼器應(yīng)主動(dòng)規(guī)避通信節(jié)點(diǎn)的上傳時(shí)間。各個(gè)傳感器利用RTC 和EEPROM 實(shí)現(xiàn)喚醒、數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功能，并通過(guò)內(nèi)置安全芯片實(shí)現(xiàn)安全認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密解密等功能。 數(shù)據(jù)被傳輸?shù)街欣^器節(jié)點(diǎn)中，數(shù)據(jù)的完整性和安全性得以保證。變電站環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖8 所示。

3.3 軟件設(shè)計(jì)

協(xié)議轉(zhuǎn)換器通過(guò)通信協(xié)議接收無(wú)線中繼器上傳的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)集中處理后轉(zhuǎn)發(fā)到上級(jí)調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)或本地顯示，同時(shí)協(xié)議轉(zhuǎn)換器接收調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)發(fā)出的遠(yuǎn)程控制命令并發(fā)送給節(jié)點(diǎn)設(shè)備，通過(guò)無(wú)線中繼器實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的控制。系統(tǒng)軟件流程圖如圖9 所示。

 

4、安科瑞配電系統(tǒng)智能運(yùn)維產(chǎn)品選型及介紹

近兩年來(lái)，安科瑞已經(jīng)陸續(xù)參與各縣市電力公司的用戶端能源管理平臺(tái)、云南省網(wǎng)綜合能源服務(wù)平臺(tái)、上海嘉定區(qū)147所學(xué)校電力運(yùn)維平臺(tái)等相關(guān)平臺(tái)的建設(shè)，提供了包括云平臺(tái)、智能網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備等產(chǎn)品，各類用戶端云平臺(tái)在全國(guó)各地運(yùn)行案例700多套，并且根據(jù)用戶需求不斷完善產(chǎn)品功能，這些都是未來(lái)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的一部分。

綜合能源服務(wù)是以電為中心，把電力系統(tǒng)與天然氣網(wǎng)絡(luò)、供熱網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)系統(tǒng)、交通系統(tǒng)、建筑系統(tǒng)等緊密結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)電、氣、冷、熱、可再生能源等多能互補(bǔ)和“源-網(wǎng)-荷-儲(chǔ)"各環(huán)節(jié)高度協(xié)調(diào)優(yōu)化，生產(chǎn)和消費(fèi)雙向互動(dòng)，集中與分布相結(jié)合的能源服務(wù)。

4.1安科瑞智能網(wǎng)關(guān)、終端設(shè)備選型

 

4.2 安科瑞智能運(yùn)維平臺(tái)介紹

 

平臺(tái)結(jié)構(gòu)

變配電站通過(guò)安裝多溫濕度傳感器，水浸傳感器，煙霧傳感器，門磁開(kāi)關(guān)等傳感器，通過(guò)網(wǎng)關(guān)經(jīng)無(wú)線（3G/4G）或有線的方式將數(shù)據(jù)上傳云服務(wù)器上，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理。具有權(quán)限的用戶可通過(guò)PC、PAD、手機(jī)等各類終端設(shè)備訪問(wèn)數(shù)據(jù)、接收?qǐng)?bào)警信息，監(jiān)控變配電站環(huán)境狀態(tài)。

運(yùn)維平臺(tái)功能：

安科瑞變電所運(yùn)維云平臺(tái)（AcrelCloud-1000）根據(jù)市場(chǎng)需求反饋，運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，為電力運(yùn)維公司提供配套線上運(yùn)維服務(wù)。該平臺(tái)作為連接運(yùn)維單位和用電企業(yè)的紐帶，監(jiān)視用戶配電系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和電量數(shù)據(jù)，為客戶提供更好的運(yùn)維服務(wù)，平臺(tái)提供系統(tǒng)總覽、電力數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量分析、用電統(tǒng)計(jì)分析和日/月/年電能統(tǒng)計(jì)報(bào)表、異常預(yù)警、事故報(bào)警和事件記錄、運(yùn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)、運(yùn)維巡檢派單等功能，并支持多平臺(tái)、多終端數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

?電力監(jiān)測(cè)

通過(guò)矢量配電圖監(jiān)測(cè)變電所用電情況，畫(huà)面響應(yīng)遙信變位、遙測(cè)越限報(bào)警，點(diǎn)擊某個(gè)配電回路后可以查詢?cè)撆潆娀芈返母黝愒敿?xì)用電參數(shù)，包括實(shí)時(shí)值、平均值；

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行情況，包括功率、負(fù)荷率、需量、繞組溫度等。

提供多種類型的查詢報(bào)表，可以查詢各配電回路的各類電力參數(shù)(電壓、電流、功率、頻率、諧波、三相不平衡度等),系統(tǒng)可以對(duì)某電力參數(shù)按照天、月進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

 

可實(shí)現(xiàn)漏電監(jiān)測(cè)、線纜及母排溫度監(jiān)測(cè)。

?故障報(bào)警

平臺(tái)可配置遙信變位報(bào)警（水浸、煙霧、門磁、開(kāi)關(guān)跳閘等）、遙測(cè)越限報(bào)警（過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、線纜溫度過(guò)高、繞組溫度過(guò)高等）、運(yùn)行報(bào)警（儀表離線、網(wǎng)關(guān)離線等），并將接收到的報(bào)警通過(guò)短信、網(wǎng)頁(yè)推送，報(bào)警上下限可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況靈活配置。

?能效分析

按照配電回路、區(qū)域、部門、分項(xiàng)（照明、空調(diào)、動(dòng)力等）統(tǒng)計(jì)每時(shí)、每天、每月、每年用電數(shù)據(jù)，并進(jìn)行同環(huán)比分析；

按尖、峰、平、谷統(tǒng)計(jì)各配電回路的用電量及用電金額； 

統(tǒng)計(jì)四象限電能并計(jì)算每天、每月的平均功率因數(shù)；

按月統(tǒng)計(jì)每個(gè)回路的需量及發(fā)生值，為需量申報(bào)提供依據(jù)。

?設(shè)備檔案

系統(tǒng)可配置每個(gè)變電所內(nèi)變壓器、進(jìn)線柜、出線柜、計(jì)量柜、高壓電纜等設(shè)備信息，記錄設(shè)備的廠家、型號(hào)、投運(yùn)日期等，并可靈活定義設(shè)備的巡檢項(xiàng)、缺陷類別等信息。

?巡檢消缺 

通過(guò)系統(tǒng)編制巡檢計(jì)劃，并將計(jì)劃下發(fā)到巡檢人員手機(jī)上，巡檢人員在變電所現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)巡檢要求執(zhí)行巡檢任務(wù)，如果在巡檢過(guò)程中發(fā)現(xiàn)缺陷，可記錄缺陷并在系統(tǒng)中生成消缺任務(wù)。

?用戶報(bào)告

?手機(jī)APP

通過(guò)手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)配電圖查看、視頻監(jiān)視及回放、電力參數(shù)查詢、需量統(tǒng)計(jì)、用能分析，并可通過(guò)手機(jī)接收?qǐng)?bào)警、執(zhí)行巡檢、記錄缺陷.

 

5、結(jié)論

本文將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)。探究了紅外熱成像監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和變電站環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)的構(gòu)成，對(duì)原有的電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以滿足監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的新需求，為快速配置、應(yīng)用程序部署和在線服務(wù)生成提供解決方案。該研究將自動(dòng)化監(jiān)控方法與分布式全局體系結(jié)構(gòu)相結(jié)合，可應(yīng)用于大型工業(yè)組織中管理的變電站。

 

參考文獻(xiàn)

【1】陳振曉, 劉前進(jìn), 林健雄. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變電站在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

【2】劉喜梅，馬俊杰. 泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制

【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用手冊(cè).2020.06版