基于物联网的变电站运行环境监测系统如何完美的设计

1 系统简介

基于物联网的变电站运行环境监测系统就是把感应器嵌入变电站设备中，以采集原变电站综自系统没有涉及的环境参数，并将物联网与现有的电网信息系统整合起来，实现电网生产管理与物理系统的整合。

系统主要监测参数：开关柜温度、电缆接头温度、SF6气体浓度、蓄电池电压工况、机房及开关室温湿度、地下浸水量、设备局部放电量、故障溶解气体氢含量、变压器油中微水含量、氧化锌避雷器阻性电流分量。

2 系统设计

从物联网技术架构上来看，物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层，对应的结构体系为传感器采集层、数据传输层、数据应用及展示层，如图1所示。

图1 基于物联网的变电站运行环境监测系统结构示意图

感知层由各种传感器以及无线通信模块构成，包括SF6气体浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、蓄电池电压传感器等感知终端，负责识别物体、采集信息。

网络层由各种变电站综合数据网、互联网、无线通信网、网络管理系统等组成，负责传递和处理感知层获取的信息。

应用层实现物联网数据分析应用，同时提供与用户进行交互的界面、操作、报警、报表系统，实现物联网的智能应用。

2.1系统主站（应用层）

主站应用软件平台包括数据库软件、通信软件、人机接口软件、分布式管理和监视软件等。应用软件平台全面建立在开放的国际工业标准基础上，通用商业数据库的采用进一步提高了系统的开放性。应用软件平台是一体化系统的基础，承担整个系统的纵向和横向的集成任务，它为分布在网络各个节点的应用提供统一的运行环境和资源管理，并保证系统灵活的扩充性。

2.3 数据集中子站（网络层）

应用于变电站的物联网智能数据采集终端应该具备如下特点：

（1）采用高集成度微电子技术、RISC芯片计算机技术、现代通信网络技术等，终端集成度高、功能强、可靠性高、通信方式配置灵活、安装维护方便。

（2）采用LCD汉字显示，方便终端配置和告警管理;大容量的铁电存储器可长时间保存运行状态数据;提供了多个智能接口用于连接智能设备（空调、电源、油机等）。

（3）监控信息可以双向传输，采用2.4G无线射频网络、GPRS/CDMA 1x、RS-232、以太网、等多种方式实现。

（4）集中器完全支持环境远程监控的三遥 （遥控、遥测、遥信 ） 功能。遥测信号支持大于1000个，遥信大于200个，遥控大于100个。

（5）集中器采用图形化的操作系统，并具备现场维护、信息交互功能。

2.4 数据采集传感器（感知层）

本系统采用数字式传感器与有源无线射频传输结合的方式实现变电站环境信号的采集和传输。无线传感器设备由带有联网功能及应用软件的电路板、可检测温度、压力、湿度、光线、声音或者磁性变化的传感器界面以及可以汇报探测情况的无线电收发装置构成。

3系统功能

基于物联网的变电站运行环境监测系统具有如下功能：

（1）变压器综合安全。通过对变压器的故障溶解气体、变压器油中微水、变压器套管、变压器局部放电的连续监测，基本对变压器绝缘状况进行了综合的监测和诊断，实现变压器绝缘安全预警。

（2）变电站容性设备监测。反应容性设备绝缘的主要参量就是这些设备的介质损耗角以及等效电容。系统拟针对上述参量，连续不断对容性设备绝缘状况进行评估，实现容性设备绝缘性能测量与安全预警。

（3）变电站避雷器监测。系统拟采集避雷器泄漏电流的阻性分量，实时判断避雷器的绝缘裂化情况，及时预警。

（4）变电站SF6气体监测。通过对空气中SF6以及氧的含量情况，判断有限空间内的SF6气体浓度是否满足相关标准，同时可以判定该高压设备的绝缘状况。

（5）环境监测预警。环境监测预警系统可以实时监测某些重要场所和设备的工作环境（如温度、人员非法进入、电缆沟动物、电缆沟进水、烟雾、明火、空调工作状况等）。当工作环境出现异常时，可及时显示、报警，并可通过通信网络将数据上传。

（6）无线高压测温。无线高压测温系统采用先进成熟的传感技术和独特先进的无线通信技术进行高压隔离和信号传输，利用其固有的绝缘性和抗电磁场干扰性能，从根本上解决了高压开关柜内触点运行温度不易监测的难题。系统可以安装到每台高压开关柜触头和刀闸上，数据可以以无线方式传输至集中器，实现远程预警功能。

（7）电缆温度监测。电缆温度监测预警系统基于通信技术、微处理器技术，选用国外的新式传感器，采取接触式测量原理，实时监测电缆的运行温度。本系统可以通过数值、曲线、棒图、模拟图等形式显示温度的测量值及变化趋势。

（8）蓄电池电压监测。对蓄电池组的输出电压和充电电压进行实时监测，彻底解决了无人值班工作站，特别是通讯机房电源消失时，因电源故障得不到及时排除，最终造成蓄电池损坏，通讯网络中断，危及工作站安全运行的安全隐患，为工作站系统的安全运行提供了有效的保障。

4 结束语

按照建设基于物联网的变电站运行环境监测系统的设计思路， 2011年3月南充电业局在舞凤、保光110kV变电站实现了10kV开关柜的触头温度的无线采集，利用ZigBee技术采用2.4G频段将触头传感器上的温度数据实时上传到变电站子站，运行人员可通过综合数据网或移动数据网络查看各开关各项触头的温度情况，并实现了温度越限短信报警、温度历史数据分析等功能。无线测温系统的建设为实现基于物联网的变电站运行环境智能监测进行了实用性的探索，今后会在此基础上逐步将其它环境参数通过物联网方式进行集成，最终实现全面的变电站环境监测系统。