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

1 系統(tǒng)簡介

基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站運行環(huán)境監(jiān)測系統(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，實現(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)測參數(shù)：開關(guān)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(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

從物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)上來看，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)的變電站運行環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

感知層由各種傳感器以及無線通信模塊構(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)用層實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析應(yīng)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(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)用軟件平臺包括數(shù)據(jù)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(yīng)用軟件平臺全面建立在開放的國際工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，通用商業(yè)數(shù)據(jù)庫的采用進一步提高了系統(tǒng)的開放性。應(yīng)用軟件平臺是一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，承擔(dān)整個系統(tǒng)的縱向和橫向的集成任務(wù)，它為分布在網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點的應(yīng)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(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：

（1）采用高集成度微電子技術(shù)、RISC芯片計算機技術(shù)、現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，終端集成度高、功能強、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(shù)據(jù);提供了多個智能接口用于連接智能設(shè)備（空調(diào)、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(wǎng)絡(luò)、GPRS/CDMA 1x、RS-232、以太網(wǎng)、等多種方式實現(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、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(xiàn)場維護、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線射頻傳輸結(jié)合的方式實現(xiàn)變電站環(huán)境信號的采集和傳輸。無線傳感器設(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(gòu)成。

3系統(tǒng)功能

基于物聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)變壓器絕緣安全預(yù)警。

（2）變電站容性設(shè)備監(jiān)測。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)擬針對上述參量，連續(xù)不斷對容性設(shè)備絕緣狀況進行評估，實現(xiàn)容性設(shè)備絕緣性能測量與安全預(yù)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(yù)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(nèi)的SF6氣體濃度是否滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，同時可以判定該高壓設(shè)備的絕緣狀況。

（5）環(huán)境監(jiān)測預(yù)警。環(huán)境監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)可以實時監(jiān)測某些重要場所和設(shè)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(diào)工作狀況等）。當(dāng)工作環(huán)境出現(xiàn)異常時，可及時顯示、報警，并可通過通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)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(shù)和獨特先進的無線通信技術(shù)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(guān)柜內(nèi)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(guān)柜觸頭和刀閘上，數(shù)據(jù)可以以無線方式傳輸至集中器，實現(xiàn)遠(yuǎn)程預(yù)警功能。

（7）電纜溫度監(jiān)測。電纜溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)基于通信技術(shù)、微處理器技術(shù)，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(shù)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?fù)p壞，通訊網(wǎng)絡(luò)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(jié)束語

按照建設(shè)基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站運行環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計思路， 2011年3月南充電業(yè)局在舞鳳、保光110kV變電站實現(xiàn)了10kV開關(guān)柜的觸頭溫度的無線采集，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)實時上傳到變電站子站，運行人員可通過綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)或移動數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)查看各開關(guān)各項觸頭的溫度情況，并實現(xiàn)了溫度越限短信報警、溫度歷史數(shù)據(jù)分析等功能。無線測溫系統(tǒng)的建設(shè)為實現(xiàn)基于物聯(lián)網(wǎng)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(chǔ)上逐步將其它環(huán)境參數(shù)通過物聯(lián)網(wǎng)方式進行集成，最終實現(xiàn)全面的變電站環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。