基于分布式技術(shù)的環(huán)網(wǎng)柜溫升在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

【摘要】針對電力配網(wǎng)設(shè)備運行監(jiān)測的需要，設(shè)計一種在設(shè)備現(xiàn)場用于溫度在線監(jiān)測的系統(tǒng)。即在配網(wǎng)設(shè)備、電纜接頭等設(shè)備上安裝相關(guān)溫度傳感器，并通過溫度采集和數(shù)據(jù)無線傳輸裝置，將溫度等數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳至后臺服務(wù)器，并建設(shè)配網(wǎng)溫升在線監(jiān)測軟件系統(tǒng)。從而實現(xiàn)各類設(shè)備溫升在線監(jiān)測、傳輸、分析、告警等功能，可以及時發(fā)現(xiàn)和處理設(shè)備過溫現(xiàn)象，避免燒蝕造成嚴(yán)重的設(shè)備事故，將配網(wǎng)設(shè)備檢修從定期檢修向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變。

【關(guān)鍵詞】在線監(jiān)測系統(tǒng);分布式;溫度傳感器;GPRS;RS485

1.引言

本系統(tǒng)專門針對電力環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備溫升的監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了電纜接頭溫升、柜內(nèi)環(huán)境溫度監(jiān)測、傳輸、分析、告警等功能，有效解決了配網(wǎng)設(shè)備監(jiān)控、自動報警、故障定位、以及現(xiàn)場排查困難等問題。從而減少運行人員巡視次數(shù)和檢修人員檢修設(shè)備更換。

現(xiàn)有的在線監(jiān)測系統(tǒng)一般采用本地組網(wǎng)，在本地通過RS485有線傳輸方式組網(wǎng)來進(jìn)行溫度檢測和顯示。監(jiān)測裝置與后臺系統(tǒng)有一定距離限制，不具有分布式的特性。本文提出一種具有通過GPRS無線移動網(wǎng)絡(luò)上傳數(shù)據(jù)能力的分布式配網(wǎng)設(shè)備溫升在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程布控，并且監(jiān)測點可以分散布置，每個監(jiān)測點都具有無線傳輸裝置，通過后臺監(jiān)測系統(tǒng)軟件集中管理，并形成統(tǒng)一的溫度展示、設(shè)備管理、維修管理、溫度智能判斷、歷史數(shù)據(jù)分析等一系列管控后臺系統(tǒng)，較好的滿足了日益復(fù)雜的配電線路網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測需求。

2.系統(tǒng)架構(gòu)簡介

電力配網(wǎng)設(shè)備安裝的測溫傳感器采用高性能的溫度探頭來監(jiān)測接頭和導(dǎo)線的溫度。溫度探頭由溫度測量芯片、圓筒形金屬殼體和內(nèi)部填充物組成，殼體內(nèi)部填充物為絕緣性高和導(dǎo)熱性好的石英粉，殼體表面使用環(huán)氧樹脂固封。溫度探頭安裝在測溫傳感器的底部金屬面上，并由導(dǎo)熱膠或灌膠固定。溫度探頭的裸露部分套在導(dǎo)熱金屬板上，測溫傳感器安裝在母排、導(dǎo)線或電纜頭上時，導(dǎo)線會直接壓住金屬導(dǎo)熱板上，導(dǎo)線溫度經(jīng)過金屬導(dǎo)熱板直接傳導(dǎo)給溫度探頭。溫度探頭產(chǎn)生的電流信號經(jīng)過信號檢測電路，直接傳到低功耗單片機進(jìn)行A/D采樣，最后計算出溫度值。

溫度測量芯片的測溫范圍為-55～150℃，測溫精度為±1℃。測溫變送器讀取測量傳感器溫度等數(shù)據(jù)，每固定頻率測量一次，有報警時立即上報，無報警時每10～15分鐘主動上報一次。測溫變送器采集三相電纜接頭溫度及測溫傳感器供電電池電壓信息，通過RS485總線將采集數(shù)據(jù)發(fā)送到GPRS數(shù)據(jù)采集器。數(shù)據(jù)采集器完成各測溫變送器數(shù)據(jù)的集中及規(guī)約封裝，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)完成于測試主站的數(shù)據(jù)交互。

系統(tǒng)組成設(shè)計主要有：溫度傳感器、測溫變送器、數(shù)據(jù)采集器、無線傳輸設(shè)備、系統(tǒng)主站軟件。系統(tǒng)架構(gòu)示意圖如下：

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

3.硬件裝置主要技術(shù)指標(biāo)

1）接頭連接處測溫方式：固定式實時在線監(jiān)測。

2）溫傳感器安裝方式：簡便的表帶式固定安裝。

3）環(huán)網(wǎng)柜1個間隔配一組測溫變送器，測量A、B、C三相電纜接頭及一個環(huán)境溫度。

4）測溫范圍：-10℃～+150℃，測溫精度：±5%F.S。

5）使用環(huán)境：-10℃～+50℃≤95%RH。

6）連續(xù)工作壽命：≥100000h。

7）防護(hù)等級：IP55。

8）抗電強度：（接線端子對于外殼）gt;2000V 1min。

9）報警繼電器接點容量：AC220V/1A。

10）供電方式：開口CT感應(yīng)式供電（一次電流不小于為20A）或太陽能加蓄電池供電、市電220V輸入，三種供電方式選擇接入。

11）數(shù)據(jù)程數(shù)傳輸方式：GPRS無線通信。

12）數(shù)據(jù)采集器與測溫變送器之間可通過有線RS485方式傳送數(shù)據(jù)信息。

4.系統(tǒng)軟件主要功能簡介

通過頁面及數(shù)據(jù)庫設(shè)計，實現(xiàn)用戶管理、柜類設(shè)備、GPRS模塊、監(jiān)測終端的樹狀管理和查詢功能，同時具備對系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、溫度實時監(jiān)測、溫度異常報警、歷史數(shù)據(jù)查看分析等功能。

4.1 柜類設(shè)備管理

功能描述：柜類設(shè)備主要分為分段柜、環(huán)網(wǎng)柜、高分箱、配電站、配變這5種類型的柜子，分由不同的管理者進(jìn)行維護(hù)，查看柜類設(shè)備信息：

超級管理員：可以看到系統(tǒng)內(nèi)所有柜類設(shè)備信息;

普通管理員：僅能看到自己負(fù)責(zé)的柜類設(shè)備信息;

提供按條件篩選查詢功能，能夠迅速地查找到指定的柜類設(shè)備及其附屬設(shè)備的所有信息，功能用例圖如圖2所示：

圖2 柜類設(shè)備管理用例圖

4.2 管理GPRS模塊與監(jiān)測終端

當(dāng)GPRS終端上線或出現(xiàn)故障的時候，向ISP提供商對手機號停機或欠費等狀態(tài)進(jìn)行咨詢。具備了對GPRS模塊的查詢、修改、刪除、添加等功能。

對每個監(jiān)測終端（變送器）設(shè)置唯一編號。后臺軟件能夠接受來自多個廠家的測溫終端數(shù)據(jù)，而設(shè)備編碼不至于重復(fù)，具備對監(jiān)測終端信息的查詢、修改、刪除、添加等功能。該監(jiān)測終端信息的變更需要與柜類設(shè)備、GPRS模塊等信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并在頁面中提供方便的按條件查詢功能。

4.3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

功能描述：系統(tǒng)定時設(shè)置：為了實現(xiàn)定時監(jiān)控功能，需要對系統(tǒng)的定時參數(shù)進(jìn)行設(shè)置;報警決策的設(shè)置：

制定報警決策：根據(jù)異常分析管理總結(jié)的規(guī)則，制定不同季節(jié)的報警決策方案（設(shè)計環(huán)境溫度、ABC三相之間、絕緣層內(nèi)外的溫度關(guān)系函數(shù)，或給出具體的算法）;

選擇報警決策：根據(jù)季節(jié)變化選擇合適的決策方案;

修改報警決策：根據(jù)實際運行情況，對決策進(jìn)行修改;

刪除報警決策：刪除不符合實際情況的決策。

功能用例圖如圖3所示：

圖3 系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置用例圖

4.4 報警事項

顯示未處理的報警事項：當(dāng)數(shù)據(jù)庫中的報警處理數(shù)據(jù)實時的更新（即出現(xiàn)了報警信息且未處理）時，利用Ajax實時的監(jiān)聽數(shù)據(jù)庫的變化，傳遞給客戶端，動態(tài)的顯示未處理的報警記錄。在客戶端計算機上安裝短信發(fā)送模塊，并以短信方式將報警信息發(fā)送給指定的管理者;

對報警事項進(jìn)行處理：超級管理員或普通管理員根據(jù)報警給出的提示信息，對指定位置的設(shè)備進(jìn)行維修，然后在該頁面進(jìn)行確認(rèn)。

功能用例圖如圖4所示：

圖4 報警事項用例圖

4.5 系統(tǒng)監(jiān)控

系統(tǒng)監(jiān)控分為定時監(jiān)控和實時查看兩種。定時監(jiān)控：用戶自行設(shè)定監(jiān)測子站上傳到主站軟件的時間間隔，被動地接受監(jiān)測子站向主站發(fā)送的數(shù)據(jù)信息，在頁面中定時顯示當(dāng)前溫度變化情況及報警信息;

實時查看：主站軟件主動地向監(jiān)測子站發(fā)送請求，獲取當(dāng)前各設(shè)備的實時溫度及報警信息，并將獲取的數(shù)據(jù)信息顯示在當(dāng)前。

5.結(jié)束語

由于采用了分布式技術(shù)的配網(wǎng)設(shè)備溫升在線監(jiān)測系統(tǒng)，無論是系統(tǒng)監(jiān)測點的容量還是安裝布控點的位置選擇，都打破了傳統(tǒng)在線監(jiān)測方式的條件限制，使得系統(tǒng)兼容性、擴展性以及系統(tǒng)功能有較大幅度的提升，更加適應(yīng)了配網(wǎng)設(shè)備安全運行的發(fā)展需要，具有廣泛的應(yīng)用前景。

作者簡介：

孫明明（1984—），畢業(yè)于安徽師范大學(xué)電子信息工程專業(yè)，現(xiàn)供職于安徽南瑞繼遠(yuǎn)軟件有限公司，從事電力設(shè)備監(jiān)測裝置的設(shè)計工作。

周潔（1986—），2005年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電氣工程及其自動化專業(yè)，現(xiàn)供職于國網(wǎng)浙江省電力公司桐鄉(xiāng)供電公司，從事電網(wǎng)調(diào)度繼電保護(hù)（配網(wǎng)）專業(yè)管理工作。