任運(yùn)業(yè)

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：在整個(gè)電能管理系統(tǒng)中，配電室綜合監(jiān)控占據(jù)著極為重要的位置?，F(xiàn)階段，配電室通常均運(yùn)用無(wú)人值守、定時(shí)巡查制度，此方式不僅需要投入諸多的物力與人力，同時(shí)也不能實(shí)時(shí)監(jiān)控配電室的安全與環(huán)境。而配電室環(huán)境的可靠性與穩(wěn)定性直接影響著變壓器等設(shè)備的正常運(yùn)行。對(duì)此，主要對(duì)10 kV站所柜內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：配電室；監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)；關(guān)鍵技術(shù)

0 引言

10 kV站所柜內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)對(duì)分布在不同位置的動(dòng)力設(shè)備、環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備和安保設(shè)備進(jìn)行遙測(cè)、遙信采集，對(duì)各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)就相關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)展開(kāi)記錄與處理，第一時(shí)間監(jiān)測(cè)故障，并做出必要的控制，迅速開(kāi)啟報(bào)警預(yù)案，通過(guò)手機(jī)短信、聲光報(bào)警等方式第一時(shí)間向相關(guān)人員發(fā)出通知，便于及時(shí)處理各種異常事件或險(xiǎn)情，實(shí)現(xiàn)配電室無(wú)人值守、少人值班、高效管理的目的。

1 10 kV站所柜內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

1.1站端設(shè)備集成系統(tǒng)

為滿(mǎn)足配電室各設(shè)備各種信息的共享要求，建立動(dòng)環(huán)系統(tǒng)勢(shì)在必行。動(dòng)環(huán)系統(tǒng)主要包括設(shè)備的集成和軟件的集成，從而促進(jìn)管理效率有效提升，*大化控制運(yùn)行成本，避免多個(gè)系統(tǒng)分散維護(hù)、管理不便的弊端。通過(guò)動(dòng)環(huán)系統(tǒng)的建立，使整個(gè)配電室形成一個(gè)完整的體系。

1.1.1設(shè)備集成

1. 溫濕度傳感器。實(shí)現(xiàn)對(duì)站房?jī)?nèi)溫度、濕度的監(jiān)測(cè)功能。①溫濕度監(jiān)測(cè)傳感器借助RS485數(shù)字信號(hào)通訊上傳溫濕度數(shù)，通信協(xié)議為Modbus；②實(shí)現(xiàn)對(duì)智能配電房?jī)?nèi)溫度濕度值實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，溫濕度傳感器與動(dòng)環(huán)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)采用有線(xiàn)傳輸方式。

2. 氣體傳感器。實(shí)現(xiàn)對(duì)配電站內(nèi)六氟化硫濃度值和氧氣含量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能。①實(shí)現(xiàn)對(duì)智能配電房?jī)?nèi)六氟化硫（SF6）氣體濃度值、氧氣含量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，氣體傳感器與動(dòng)環(huán)系統(tǒng)之間采用有線(xiàn)傳輸方式；②隨主機(jī)配置安裝掛件，可方便固定于配電房墻面。

3. 煙霧傳感器。實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)配電站內(nèi)發(fā)生火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧狀況，并發(fā)出聲音等告警信號(hào)功能。①通過(guò)煙霧探測(cè)器，監(jiān)測(cè)站房、電箱內(nèi)煙霧狀況，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)；②煙霧傳感器通過(guò)有線(xiàn)節(jié)點(diǎn)方式，接入系統(tǒng)；③當(dāng)附近環(huán)境的煙霧濃度降至小于報(bào)警值時(shí)，探測(cè)器的工作狀態(tài)會(huì)自動(dòng)恢復(fù)正常；④具有電源指示燈、運(yùn)行燈，可直觀觀察設(shè)備的上電、運(yùn)行的狀態(tài)。⑤隨主機(jī)配置安裝掛件。

4. 水浸傳感器。實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)配電站水浸狀態(tài)?？筛鶕?jù)運(yùn)維需求，按不同高度的水浸傳感器，以實(shí)現(xiàn)水浸預(yù)警和水浸停電等功能。①實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)配電房水浸狀態(tài)；②水浸傳感器通過(guò)有線(xiàn)節(jié)點(diǎn)信號(hào)，接入系統(tǒng)；③有電源指示燈、運(yùn)行燈，可直觀觀察設(shè)備的上電、運(yùn)行的狀態(tài)；④隨主機(jī)配置安裝掛件，可方便固定于配電房墻面。

5. 調(diào)溫除濕設(shè)備。實(shí)現(xiàn)配電站內(nèi)溫濕度的控制功能。①具備手動(dòng)控制和自動(dòng)控制功能，手動(dòng)和自動(dòng)控制功能，兩者相互獨(dú)立；②具有掉電自恢復(fù)功能，具備濕度數(shù)碼管顯示功能。

6. 視頻監(jiān)控單元。網(wǎng)絡(luò)高速球型攝像機(jī)或網(wǎng)絡(luò)固定攝像機(jī)：實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景可視化的基本功能，具備遠(yuǎn)程控制視頻功能，支持報(bào)警信號(hào)（環(huán)境、安防、設(shè)備狀態(tài)）及視頻預(yù)置位的聯(lián)動(dòng)，可以和環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)保持聯(lián)動(dòng)，立足于環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的告警或預(yù)警區(qū)域，對(duì)特定區(qū)域情況進(jìn)行查看，為人工確認(rèn)提供方便，可實(shí)現(xiàn)與安防設(shè)備系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)；可實(shí)現(xiàn)與設(shè)備狀態(tài)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，對(duì)電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和操作展開(kāi)錄像和拍照，以便于運(yùn)維人員在對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷時(shí)有據(jù)可循。

7. 門(mén)狀態(tài)傳感器。實(shí)現(xiàn)采集門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉的狀態(tài)信息的功能。①門(mén)狀態(tài)傳感器通過(guò)有線(xiàn)節(jié)點(diǎn)信號(hào)，將配電房門(mén)的開(kāi)啟、關(guān)閉狀態(tài)信號(hào)上傳至采集系統(tǒng)的功能；②選擇帶有觸點(diǎn)的機(jī)械式限位開(kāi)關(guān)或帶極性的磁開(kāi)關(guān)的傳感器；③門(mén)狀態(tài)傳感器采用無(wú)源設(shè)計(jì)，無(wú)需鋪設(shè)電源線(xiàn)或者外接電源。

（8）開(kāi)關(guān)柜局放傳感器。①主要功能：暫態(tài)地電波/超聲波聯(lián)合技術(shù)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)各種柜體局部放電狀態(tài)，記錄各種柜詳細(xì)歷史數(shù)據(jù)；②裝置分類(lèi)：依據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù)指標(biāo)分為暫態(tài)地電波及超聲波傳感器；③傳感器外殼絕緣防護(hù)罩的防護(hù)等級(jí)為IP65；④傳感器裝置結(jié)構(gòu)合理、方便安裝、方便檢修接地使用。

1.1.2軟件集成

專(zhuān)用于數(shù)據(jù)管理和高級(jí)應(yīng)用功能，以一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、事件處理和通知、內(nèi)部運(yùn)算和歷史數(shù)據(jù)存檔；各級(jí)操作員對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)視和操作。

圖1為技術(shù)拓?fù)鋱D。

圖1 技術(shù)拓?fù)鋱D

1.2 SAAS版IT執(zhí)行

因項(xiàng)目硬件均實(shí)地部署，而演示、調(diào)閱、管理在遠(yuǎn)程辦公室，該項(xiàng)目的軟件運(yùn)行端（邊緣側(cè)）就地部署，軟件總控部分須運(yùn)行在電信機(jī)房（云側(cè)）。

“云側(cè)"協(xié)同“邊緣側(cè)"，“邊緣側(cè)"協(xié)同就地傳感與聯(lián)控“端設(shè)備"，形成“端-邊-云"的基礎(chǔ)構(gòu)架。當(dāng)部署N個(gè)邊緣側(cè)時(shí)，云端軟件事實(shí)上須升級(jí)為SAAS版本軟件。

一個(gè)客戶(hù)擁有一個(gè)或多個(gè)動(dòng)環(huán)現(xiàn)場(chǎng)，在SAAS版本軟件中，分配一個(gè)賬號(hào)給該客戶(hù)，類(lèi)似賬號(hào)也稱(chēng)為“租戶(hù)"。按當(dāng)前業(yè)務(wù)形態(tài)現(xiàn)狀，此階段的SAAS版本軟件初定按容納1 000個(gè)租戶(hù)“動(dòng)環(huán)站點(diǎn)"的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行（如圖2所示）。

圖2 SAAS版本軟件

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 MQTT消息傳輸技術(shù)

消息傳輸采用MQTT（消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸協(xié)議，詳見(jiàn)圖3），其具有能用有限的寬帶以及極少的代碼，為連接遠(yuǎn)程提供更具可靠性和實(shí)時(shí)性的消息服務(wù)的優(yōu)點(diǎn)。

圖3 MQTT消息傳輸技術(shù)

MQ遙測(cè)傳輸（MQTT）是輕量級(jí)以代理的發(fā)布/訂閱為基礎(chǔ)的消息傳輸協(xié)議，在設(shè)計(jì)中秉持易實(shí)現(xiàn)、輕量、簡(jiǎn)單、開(kāi)放的原則。此特點(diǎn)決定了其在受限環(huán)境中適合運(yùn)用。因?yàn)槠鋵儆谝环N低寬帶、低開(kāi)銷(xiāo)占用的即時(shí)通訊協(xié)議，因此其在移動(dòng)應(yīng)用、小型設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)等方面應(yīng)用十分廣泛。

MQTT協(xié)議為不可靠、低寬帶的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳感器以及控制設(shè)備通訊而設(shè)計(jì)的協(xié)議，其主要具有下述特性：

1. 借助發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對(duì)多的消息發(fā)布，將應(yīng)用程序耦合解除。此點(diǎn)與XMPP很相似，但MQTT的信息冗余更小，其原因是XMPP在數(shù)據(jù)傳遞中采用的是XML格式文本。

（2）傳輸負(fù)載內(nèi)容屏蔽的消息。

（3）運(yùn)用TCP/IP提供網(wǎng)絡(luò)連接。常用的MQTT是以TCP連接為基礎(chǔ)推送數(shù)據(jù)，但同樣有以UDP為基礎(chǔ)的版本，被稱(chēng)之為MQTT-SN。兩種版本因?yàn)檫B接方式有所區(qū)別，優(yōu)缺點(diǎn)也不一樣。

（4）有3種消息發(fā)布服務(wù)質(zhì)量：①“至多一次"，借助底層TCP/IP網(wǎng)絡(luò)發(fā)布消息。會(huì)有消息重復(fù)或丟失的問(wèn)題出現(xiàn)。此級(jí)別可以在下述情況中運(yùn)用：環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)，丟失一次讀記錄關(guān)系不大，其原因是不久之后還會(huì)再發(fā)送一次。此方式主要是普通的APP的推送，如果智能設(shè)備在推送消息的過(guò)程中沒(méi)有聯(lián)網(wǎng)，沒(méi)有收到推送的消息，重新聯(lián)網(wǎng)也無(wú)法接收到了。②“至少一次"，保證消息達(dá)到，但可能出現(xiàn)消息重復(fù)的現(xiàn)象。③“只有一次"，保證消息到達(dá)一次。在部分具有嚴(yán)格要求的計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中，可以對(duì)這一級(jí)別進(jìn)行運(yùn)用。在計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中，消息丟失或重復(fù)造成結(jié)果有誤。此類(lèi)*高質(zhì)量的消息發(fā)布服務(wù)還可以在即時(shí)通訊類(lèi)的APP推送中使用，保證用戶(hù)可以接收到，同時(shí)只能接收一次。

（5）小型傳輸，成本較低（固定長(zhǎng)度的頭部是2字節(jié)），協(xié)議交換*小化，以促使網(wǎng)絡(luò)流量降低。這就是說(shuō)它“在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，服務(wù)器和傳感器的通訊以及信息的收集"中十分適合的原因，要了解到嵌入式設(shè)備的元代以及運(yùn)算能力均不強(qiáng)，因此在傳遞消息中十分適合運(yùn)用此類(lèi)協(xié)議。

（6）使用Last Will以及Testament特性通知相關(guān)各方客戶(hù)端異常中斷的機(jī)制。

Last Will：也就是遺言機(jī)制，在對(duì)同主題下的其他設(shè)備發(fā)出通知，發(fā)送設(shè)備已斷開(kāi)了連接。

Testament：也就是遺囑機(jī)制，功能和Last Will相似。

2.2 Web應(yīng)用軟件組合技術(shù)

“LAMP包"的腳本組件中涉及了CGIweb接口。基于此技術(shù)，網(wǎng)頁(yè)瀏覽器的用戶(hù)可以在服務(wù)器上執(zhí)行一個(gè)程序，同時(shí)與接受靜態(tài)的內(nèi)容一樣對(duì)動(dòng)態(tài)的內(nèi)容予以接受。程序員借助腳本語(yǔ)言對(duì)這些程序進(jìn)行創(chuàng)建，其原因是其可以對(duì)文本流進(jìn)行有效操作，甚至當(dāng)這些文本流并不是從程序自身而來(lái)時(shí)也一樣。正因如此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員經(jīng)常將這些腳本語(yǔ)言叫作膠水語(yǔ)言。

2.3 RESTful架構(gòu)

RESTful架構(gòu)的核心規(guī)范與約束：統(tǒng)一接口分為4個(gè)子約束：①每個(gè)資源都擁有一個(gè)資源標(biāo)識(shí)，所有資源的資源標(biāo)識(shí)可以用來(lái)地標(biāo)明該資源；②消息的自描述性；③資源的自描述性；④HATEOAS Hypermedia As The Engine Of Application State（超媒體作為應(yīng)用狀態(tài)引擎）。

3 安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

3.1概述

配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機(jī)、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺(tái)球機(jī)、槍機(jī)）、環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統(tǒng)（燈光、空調(diào)、除濕機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵）、門(mén)禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器、開(kāi)門(mén)按鈕、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測(cè)器）。

3.2應(yīng)用場(chǎng)所

適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學(xué)校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶(hù)端供配電自動(dòng)化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)行維護(hù)。

3.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.4系統(tǒng)功能

3.4.1實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

能夠顯示配電室設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)配電室環(huán)境參數(shù)信息，實(shí)時(shí)顯示有關(guān)故障、告警等信息。

3.4.2數(shù)據(jù)查詢(xún)

在人機(jī)界面中，可以直接查看配電室中各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3.4.3曲線(xiàn)查詢(xún)

可以直接查看各電參量曲線(xiàn)。

3.4.4運(yùn)行報(bào)表

查詢(xún)配電室內(nèi)設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)報(bào)表。

3.4.5實(shí)時(shí)告警

具有實(shí)時(shí)告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟?、濕度、有害氣體、設(shè)備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

3.4.6歷史事件查詢(xún)

能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)事件和進(jìn)行歷史追溯、查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、事故分析。

3.4.7用戶(hù)權(quán)限管理

設(shè)置了用戶(hù)權(quán)限管理功能，可以定義不同級(jí)別用戶(hù)的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

3.4.8網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

支持實(shí)時(shí)監(jiān)視并診斷各設(shè)備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個(gè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3.4.9遙控功能

可以對(duì)整個(gè)配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。

3.5系統(tǒng)硬件配置

4 結(jié)束語(yǔ)

10 kV站所柜內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)可以對(duì)開(kāi)配電室的工作狀態(tài)與環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)，使配電室無(wú)人值守、少人值班、高效管理的目的順利實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)配電室可靠性和安全性有效提升。對(duì)此，相關(guān)人員應(yīng)充分認(rèn)識(shí)10 kV站所柜內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)積極運(yùn)用此平臺(tái)高效開(kāi)展工作。

參考文獻(xiàn)：

1. 陳偉凡,陳曉亮,高偉,等.變電站10KV開(kāi)關(guān)柜運(yùn)行環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)［J］.電氣技術(shù),2016,17（9）：83-87.

2. 郭和川,任小勇,潘豪蒙,周威,黃沙熠.10?kV站所柜內(nèi)運(yùn)行狀態(tài)及環(huán)境指標(biāo)監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)分析.

3. 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

作者簡(jiǎn)介：

任運(yùn)業(yè)，男，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電室在線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)及應(yīng)用。