【技術交流】10kV站所柜內(nèi)運行狀態(tài)及環(huán)境指標監(jiān)測管理平臺分析

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

1 引言

  10kV站所柜內(nèi)運行狀態(tài)及環(huán)境指標監(jiān)測管理平臺對分布在不同位置的動力設備、環(huán)境監(jiān)測設備和安保設備進行遙測、遙信采集，對各設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，同時就相關監(jiān)測數(shù)據(jù)展開記錄與處理，一時間向相關人員發(fā)出通知，便于及時處理各種異常事件或險情，實現(xiàn)配電室無人值守、少人值班、效管理的目的。

2 10kV站所柜內(nèi)運行狀態(tài)及環(huán)境指標監(jiān)測管理平臺設計

2.1站端設備集成系統(tǒng)

  為滿足配電室各設備各種信息的共享要求，建立動環(huán)系統(tǒng)勢在必行。動環(huán)系統(tǒng)主要包括設備的集成和軟件的集成，從而促進管理效率有效提升，*大化控制運行成本，避免多個系統(tǒng)分散維護、管理不便的弊端。通過動環(huán)系統(tǒng)的建立，使整個配電室形成一個完整的體系。

2.1.1設備集成

（1）溫濕度傳感器。實現(xiàn)對站房內(nèi)溫度、濕度的監(jiān)測功能。①溫濕度監(jiān)測傳感器借助RS485數(shù)字信號通訊上傳溫濕度數(shù)，通信協(xié)議為Modbus；②實現(xiàn)對智能配電房內(nèi)溫度濕度值實時監(jiān)測，溫濕度傳感器與動環(huán)系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)采用有線傳輸方式。

（2）氣體傳感器。實現(xiàn)對配電站內(nèi)六氟化硫濃度值和氧氣含量的實時監(jiān)測功能。①實現(xiàn)對智能配電房內(nèi)六氟化硫（SF6）氣體濃度值、氧氣含量實時監(jiān)測，氣體傳感器與動環(huán)系統(tǒng)之間采用有線傳輸方式；②隨主機配置安裝掛件，可方便固定于配電房墻面。

（3）煙霧傳感器。實現(xiàn)監(jiān)測配電站內(nèi)發(fā)生火災產(chǎn)生的煙霧狀況，并發(fā)出聲音等告警信號功能。①通過煙霧探測器，監(jiān)測站房、電箱內(nèi)煙霧狀況，并發(fā)出報警信號；②煙霧傳感器通過有線節(jié)點方式，接入系統(tǒng)；③當附近環(huán)境的煙霧濃度降至小于報警值時，探測器的工作狀態(tài)會自動恢復正常；④具有電源指示燈、運行燈，可直觀觀察設備的上電、運行的狀態(tài)。⑤隨主機配置安裝掛件。

（4）水浸傳感器。實現(xiàn)在線監(jiān)測配電站水浸狀態(tài)。可根據(jù)運維需求，按不同高度的水浸傳感器，以實現(xiàn)水浸預警和水浸停電等功能。①實時在線監(jiān)測配電房水浸狀態(tài)；②水浸傳感器通過有線節(jié)點信號，接入系統(tǒng)；③有電源指示燈、運行燈，可直觀觀察設備的上電、運行的狀態(tài)；④隨主機配置安裝掛件，可方便固定于配電房墻面。

（5）調(diào)溫除濕設備。實現(xiàn)配電站內(nèi)溫濕度的控制功能。①具備手動控制和自動控制功能，手動和自動控制功能，兩者相互獨立；②具有掉電自恢復功能，具備濕度數(shù)碼管顯示功能。

（6）視頻監(jiān)控單元。網(wǎng)絡高速球型攝像機或網(wǎng)絡固定攝像機：實現(xiàn)場景可視化的基本功能，具備遠程控制視頻功能，支持報警信號（環(huán)境、安防、設備狀態(tài)）及視頻預置位的聯(lián)動，可以和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)保持聯(lián)動，立足于環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的告警或預警區(qū)域，對特定區(qū)域情況進行查看，為人工確認提供方便，可實現(xiàn)與安防設備系統(tǒng)聯(lián)動；可實現(xiàn)與設備狀態(tài)系統(tǒng)聯(lián)動，對電力設備的運行狀態(tài)和操作展開錄像和拍照，以便于運維人員在對設備運行狀態(tài)進行判斷時有據(jù)可循。

（7）門狀態(tài)傳感器。實現(xiàn)采集門開啟、關閉的狀態(tài)信息的功能。①門狀態(tài)傳感器通過有線節(jié)點信號，將配電房門的開啟、關閉狀態(tài)信號上傳至采集系統(tǒng)的功能；②選擇帶有觸點的機械式限位開關或帶性的磁開關的傳感器；③門狀態(tài)傳感器采用無源設計，無需鋪設電源線或者外接電源。

（8）開關柜局放傳感器。①主要功能：暫態(tài)地電波/超聲波聯(lián)合技術在線監(jiān)測各種柜體局部放電狀態(tài)，記錄各種柜詳細歷史數(shù)據(jù)；②裝置分類：依據(jù)監(jiān)測技術指標分為暫態(tài)地電波及超聲波傳感器；③傳感器外殼絕緣防護罩的防護等級為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。

2.1.2軟件集成

  數(shù)據(jù)管理和高應用功能，以一個實時數(shù)據(jù)庫為核心，實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)處理、事件處理和通知、內(nèi)部運算和歷史數(shù)據(jù)存檔；各級操作員對系統(tǒng)的監(jiān)視和操作。

圖1為技術拓撲圖。

圖1技術拓撲圖

2.2SAAS版IT執(zhí)行

  因項目硬件均實地部署，而演示、調(diào)閱、管理在遠程辦公室，該項目的軟件運行端（邊緣側(cè)）就地部署，軟件總控部分須運行在電信機房（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“端設備”，形成“端-邊-云”的基礎構(gòu)架。當部署N個邊緣側(cè)時，云端軟件事實上須升級為SAAS版本軟件。

  一個客戶擁有一個或多個動環(huán)現(xiàn)場，在SAAS版本軟件中，分配一個賬號給該客戶，類似賬號也稱為“租戶”。按當前業(yè)務形態(tài)現(xiàn)狀，此階段的SAAS版本軟件初定按容納1000個租戶“動環(huán)站點”的標準執(zhí)行（如圖2所示）

圖2SAAS版本軟件

3 關鍵技術

3.1MQTT消息傳輸技術

  消息傳輸采用MQTT（消息隊列遙測傳輸協(xié)議，詳見圖3），其具有能用有限的寬帶以及少的代碼，為連接遠程提供更具可靠性和實時性的消息服務的優(yōu)點。

圖3MQTT消息傳輸技術

  MQ遙測傳輸（MQTT）是輕量級以代理的發(fā)布/訂閱為基礎的消息傳輸協(xié)議，在設計中秉持易實現(xiàn)、輕量、簡單、開放的原則。此特點決定了其在受限環(huán)境中適合運用。因為其屬于一種低寬帶、低開銷占用的即時通訊協(xié)議，因此其在移動應用、小型設備和物聯(lián)網(wǎng)等方面應用十分廣泛。

  MQTT協(xié)議為不可靠、低寬帶的網(wǎng)絡遠程傳感器以及控制設備通訊而設計的協(xié)議，其主要具有下述特性：

（1）借助發(fā)布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發(fā)布，將應用程序耦合解除。此點與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）傳輸負載內(nèi)容屏蔽的消息。

（3）運用TCP/IP提供網(wǎng)絡連接。常用的MQTT是以TCP連接為基礎推送數(shù)據(jù)，但同樣有以UDP為基礎的版本，被稱之為MQTT-SN。兩種版本因為連接方式有所區(qū)別，優(yōu)缺點也不一樣。

（4）有3種消息發(fā)布服務質(zhì)量：①“至多一次”，借助底層TCP/IP網(wǎng)絡發(fā)布消息。會有消息重復或丟失的問題出現(xiàn)。此級別可以在下述情況中運用：環(huán)境傳感器數(shù)據(jù)，丟失一次讀記錄關系不大，其原因是不久之后還會再發(fā)送一次。此方式主要是普通的APP的推送，如果智能設備在推送消息的過程中沒有聯(lián)網(wǎng)，沒有收到推送的消息，重新聯(lián)網(wǎng)也無法接收到了。②“至少一次”，保證消息達到，但可能出現(xiàn)消息重復的現(xiàn)象。③“只有一次”，保證消息到達一次。在部分具有嚴格要求的計費系統(tǒng)中，可以對這一別進行運用。在計費系統(tǒng)中，消息丟失或重復造成結(jié)果有誤。此類*高質(zhì)量的消息發(fā)布服務還可以在即時通訊類的APP推送中使用，保證用戶可以接收到，同時只能接收一次。

（5）小型傳輸，成本較低（固定長度的頭部是2字節(jié)），協(xié)議交換*小化，以促使網(wǎng)絡流量降低。這就是說它“在物聯(lián)網(wǎng)領域，服務器和傳感器的通訊以及信息的收集”中十分適合的原因，要了解到嵌入式設備的元代以及運算能力均不強，因此在傳遞消息中十分適合運用此類協(xié)議。

（6）使用LastWill以及Testament特性通知相關各方客戶端異常中斷的機制。

LastWill：也就是遺言機制，在對同主題下的其他設備發(fā)出通知，發(fā)送設備已斷開了連接。

Testament：也就是遺囑機制，功能和LastWill相似。

3.2Web應用軟件組合技術

  “LAMP包”的腳本組件中涉及了CGIweb接口。基于此技術，網(wǎng)頁瀏覽器的用戶可以在服務器上執(zhí)行一個程序，同時與接受靜態(tài)的內(nèi)容一樣對動態(tài)的內(nèi)容予以接受。程序員借助腳本語言對這些程序進行創(chuàng)建，其原因是其可以對文本流進行有效操作，甚至當這些文本流并不是從程序自身而來時也一樣。正因如此，系統(tǒng)設計人員經(jīng)常將這些腳本語言叫作膠水語言。

3.3RESTful架構(gòu)

  RESTful架構(gòu)的核心規(guī)范與約束：統(tǒng)一接口分為4個子約束：①每個資源都擁有一個資源標識，所有資源的資源標識可以用來標明該資源；②消息的自描述性；③資源的自描述性；④HATEOASHypermediaAsTheEngineOfApplicationState（超媒體作為應用狀態(tài)引擎）。

4.安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

4.1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、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)（云臺球機、槍機）、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統(tǒng)（燈光、空調(diào)、除濕機、風機、水泵）、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監(jiān)控子系統(tǒng)（雙鑒檢測器）。

4.2應用場所

  適用于軌道交通，工業(yè)，建筑，學校，商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設計、施工和運行維護。

4.3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.4系統(tǒng)功能

4.4.1實時監(jiān)測

能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，實時顯示有關故障、告警等信息。

4.4.2數(shù)據(jù)查詢

在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設備的運行數(shù)據(jù)。

4.4.3曲線查詢

可以直接查看各電參量曲線。

4.4.4運行報表

查詢配電室內(nèi)設備的運行數(shù)據(jù)報表。

4.4.5實時告警

具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠?qū)ε潆娛覝囟取穸取⒂泻怏w、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。

4.4.6歷史事件查詢

能夠?qū)Ξa(chǎn)生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

4.4.7用戶權(quán)限管理

設置了用戶權(quán)限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)限。

4.4.8網(wǎng)絡拓撲圖

支持實時監(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

4.4.9遙控功能

可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。

4.5系統(tǒng)硬件配置