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淺談10?kV站所柜內運行狀態及環境指標監測管理平臺分析
任運業
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘要：在整個電能管理系統中，配電室綜合監控占據著極為重要的位置。現階段，配電室通常均運用無人值守、定時巡查制度，此方式不僅需要投入諸多的物力與人力，同時也不能實時監控配電室的安全與環境。而配電室環境的可靠性與穩定性直接影響著變壓器等設備的正常運行。對此，主要對10 kV站所柜內運行狀態及環境指標監測管理平臺進行了探討。
關鍵詞：配電室；監測管理平臺；關鍵技術
0 引言
10 kV站所柜內運行狀態及環境指標監測管理平臺對分布在不同位置的動力設備、環境監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進行實時監控，同時就相關監測數據展開記錄與處理，第一時間監測故障，并做出必要的控制，迅速開啟報警預案，通過手機短信、聲光報警等方式第一時間向相關人員發出通知，便于及時處理各種異常事件或險情，實現配電室無人值守、少人值班、高效管理的目的。
1 10 kV站所柜內運行狀態及環境指標監測管理平臺設計
1.1站端設備集成系統
為滿足配電室各設備各種信息的共享要求，建立動環系統勢在必行。動環系統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，避免多個系統分散維護、管理不便的弊端。通過動環系統的建立，使整個配電室形成一個完整的體系。
1.1.1設備集成
溫濕度傳感器。實現對站房內溫度、濕度的監測功能。①溫濕度監測傳感器借助RS485數字信號通訊上傳溫濕度數，通信協議為Modbus；②實現對智能配電房內溫度濕度值實時監測，溫濕度傳感器與動環系統之間數據采用有線傳輸方式。
氣體傳感器。實現對配電站內六氟化硫濃度值和氧氣含量的實時監測功能。①實現對智能配電房內六氟化硫（SF6）氣體濃度值、氧氣含量實時監測，氣體傳感器與動環系統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。
煙霧傳感器。實現監測配電站內發生火災產生的煙霧狀況，并發出聲音等告警信號功能。①通過煙霧探測器，監測站房、電箱內煙霧狀況，并發出報警信號；②煙霧傳感器通過有線節點方式，接入系統；③當附近環境的煙霧濃度降至小于報警值時，探測器的工作狀態會自動恢復正常；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。⑤隨主機配置安裝掛件。
水浸傳感器。實現在線監測配電站水浸狀態。可根據運維需求，按不同高度的水浸傳感器，以實現水浸預警和水浸停電等功能。①實時在線監測配電房水浸狀態；②水浸傳感器通過有線節點信號，接入系統；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；④隨主機配置安裝掛件，可方便固定于配電房墻面。
調溫除濕設備。實現配電站內溫濕度的控制功能。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，具備濕度數碼管顯示功能。
視頻監控單元。網絡高速球型攝像機或網絡固定攝像機：實現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（環境、安防、設備狀態）及視頻預置位的聯動，可以和環境監測系統保持聯動，立足于環境監測系統的告警或預警區域，對特定區域情況進行查看，為人工確認提供方便，可實現與安防設備系統聯動；可實現與設備狀態系統聯動，對電力設備的運行狀態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進行判斷時有據可循。
門狀態傳感器。實現采集門開啟、關閉的狀態信息的功能。①門狀態傳感器通過有線節點信號，將配電房門的開啟、關閉狀態信號上傳至采集系統的功能；②選擇帶有觸點的機械式限位開關或帶極性的磁開關的傳感器；③門狀態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：暫態地電波/超聲波聯合技術在線監測各種柜體局部放電狀態，記錄各種柜詳細歷史數據；②裝置分類：依據監測技術指標分為暫態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傳感器裝置結構合理、方便安裝、方便檢修接地使用。
1.1.2軟件集成
專用于數據管理和高級應用功能，以一個實時數據庫為核心，實現實時數據處理、事件處理和通知、內部運算和歷史數據存檔；各級操作員對系統的監視和操作。
圖1為技術拓撲圖。
圖1 技術拓撲圖
1.2 SAAS版IT執行
因項目硬件均實地部署，而演示、調閱、管理在遠程辦公室，該項目的軟件運行端（邊緣側）就地部署，軟件總控部分須運行在電信機房（云側）。
“云側"協同“邊緣側"，“邊緣側"協同就地傳感與聯控“端設備"，形成“端-邊-云"的基礎構架。當部署N個邊緣側時，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現場，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"。按當前業務形態現狀，此階段的SAAS版本軟件初定按容納1 000個租戶“動環站點"的標準執行（如圖2所示）。
圖2 SAAS版本軟件
2 關鍵技術
2.1 MQTT消息傳輸技術
消息傳輸采用MQTT（消息隊列遙測傳輸協議，詳見圖3），其具有能用有限的寬帶以及極少的代碼，為連接遠程提供更具可靠性和實時性的消息服務的優點。
圖3 MQTT消息傳輸技術
MQ遙測傳輸（MQTT）是輕量級以代理的發布/訂閱為基礎的消息傳輸協議，在設計中秉持易實現、輕量、簡單、開放的原則。此特點決定了其在受限環境中適合運用。因為其屬于一種低寬帶、低開銷占用的即時通訊協議，因此其在移動應用、小型設備和物聯網等方面應用十分廣泛。
MQTT協議為不可靠、低寬帶的網絡遠程傳感器以及控制設備通訊而設計的協議，其主要具有下述特性：
借助發布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發布，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在數據傳遞中采用的是XML格式文本。
（2）傳輸負載內容屏蔽的消息。
（3）運用TCP/IP提供網絡連接。常用的MQTT是以TCP連接為基礎推送數據，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別，優缺點也不一樣。
（4）有3種消息發布服務質量：①“至多一次"，借助底層TCP/IP網絡發布消息。會有消息重復或丟失的問題出現。此級別可以在下述情況中運用：環境傳感器數據，丟失一次讀記錄關系不大，其原因是不久之后還會再發送一次。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網，沒有收到推送的消息，重新聯網也無法接收到了。②“至少一次"，保證消息達到，但可能出現消息重復的現象。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中，可以對這一級別進行運用。在計費系統中，消息丟失或重復造成結果有誤。此類*高質量的消息發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），協議交換*小化，以促使網絡流量降低。這就是說它“在物聯網領域，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議。
（6）使用Last Will以及Testament特性通知相關各方客戶端異常中斷的機制。
Last Will：也就是遺言機制，在對同主題下的其他設備發出通知，發送設備已斷開了連接。
Testament：也就是遺囑機制，功能和Last Will相似。
2.2 Web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，網頁瀏覽器的用戶可以在服務器上執行一個程序，同時與接受靜態的內容一樣對動態的內容予以接受。程序員借助腳本語言對這些程序進行創建，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，系統設計人員經常將這些腳本語言叫作膠水語言。
2.3 RESTful架構
RESTful架構的核心規范與約束：統一接口分為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地標明該資源；②消息的自描述性；③資源的自描述性；④HATEOAS Hypermedia As The Engine Of Application State（超媒體作為應用狀態引擎）。
3 安科瑞配電室環境監控系統
3.1概述
配電室綜合監控系統包括智能監控系統屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監控子系統（云臺球機、槍機）、環境監測子系統（溫度、濕度、水浸、煙感）、控制子系統（燈光、空調、除濕機、風機、水泵）、門禁監控子系統（讀卡器、開門按鈕、磁力鎖）、安防監控子系統（雙鑒檢測器）。
3.2應用場所
適用于軌道交通，工業，建筑，學校，商業綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統工程設計、施工和運行維護。
3.3系統結構
3.4系統功能
3.4.1實時監測
能夠顯示配電室設備的運行狀態，實時監測配電室環境參數信息，實時顯示有關故障、告警等信息。
3.4.2數據查詢
在人機界面中，可以直接查看配電室中各個設備的運行數據。
3.4.3曲線查詢
可以直接查看各電參量曲線。
3.4.4運行報表
查詢配電室內設備的運行數據報表。
3.4.5實時告警
具有實時告警功能，系統能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發出告警。
3.4.6歷史事件查詢
能夠對產生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統事件和進行歷史追溯、查詢統計、事故分析。
3.4.7用戶權限管理
設置了用戶權限管理功能，可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。
3.4.8網絡拓撲圖
支持實時監視并診斷各設備的通訊狀態，能夠完整的顯示整個系統網絡結構。
3.4.9遙控功能
可以對整個配電系統范圍內的設備進行遠程遙控操作。
3.5系統硬件配置
4 結束語
10 kV站所柜內運行狀態及環境指標監測管理平臺可以對開配電室的工作狀態與環境進行實時監控，第一時間發出警報，使配電室無人值守、少人值班、高效管理的目的順利實現，促進配電室可靠性和安全性有效提升。對此，相關人員應充分認識10 kV站所柜內運行狀態及環境指標監測管理平臺的優勢，同時積極運用此平臺高效開展工作。
參考文獻：
陳偉凡,陳曉亮,高偉,等.變電站10KV開關柜運行環境監控系統設計［J］.電氣技術,2016,17（9）：83-87.
郭和川,任小勇,潘豪蒙,周威,黃沙熠.10?kV站所柜內運行狀態及環境指標監測管理平臺分析.
安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.
作者簡介：
任運業，男，現任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電室在線監控系統相關產品的研發及應用。
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