劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

摘要：變電站電力設(shè)備的溫度變化會(huì)影響設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)傳統(tǒng)變電站設(shè)備溫度監(jiān)測(cè)方式的弊端，提出了種基于ZigBee 協(xié)議的無(wú)線(xiàn)溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案。該系統(tǒng)采用星型結(jié)構(gòu)組建 ZigBee 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)，使用 SVG 矢量圖實(shí)現(xiàn)基于 B/S 的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)計(jì)考慮了數(shù)據(jù)模型的通用性和監(jiān)測(cè)平臺(tái)的可移植性，為變電站溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：變電站；溫度；在線(xiàn)監(jiān)測(cè)；ZigBee 協(xié)議；SVG

0 引言

在電力系統(tǒng)中，電力設(shè)備的溫度變化是個(gè)非常重要的指標(biāo)，它關(guān)系到電力設(shè)備能否穩(wěn)定運(yùn)行。在變電站運(yùn)行過(guò)程中，次設(shè)備的電接點(diǎn)由于設(shè)備制造、觸電氧化、電弧沖擊等原因，會(huì)導(dǎo)致電接點(diǎn)的接觸電阻變大，使其溫度上升。當(dāng)溫度上升到定程度后，設(shè)備的機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度將會(huì)出現(xiàn)下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致電氣設(shè)備的短路，甚至造成設(shè)備的損毀，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)電氣設(shè)備的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以幫助值班人員盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，隱患，確保電力系統(tǒng)的運(yùn)行。

傳統(tǒng)的變電站溫度監(jiān)測(cè)技術(shù)有紅外測(cè)溫法和蠟片法，這些方法都需要人工參與進(jìn)行設(shè)備的檢測(cè)，容易出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)、漏報(bào)，無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量，監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確度和實(shí)時(shí)性較差。無(wú)線(xiàn)測(cè)溫方式是利用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，如 ZigBee 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)[5-6]，將傳感器測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)接受主機(jī)上，實(shí)現(xiàn)溫度的測(cè)量。無(wú)線(xiàn)傳感器體積小，可以方便地安裝在變電站設(shè)備的表面，尤其是設(shè)備上容易發(fā)熱出現(xiàn)故障的地方。因此無(wú)線(xiàn)傳感器能較準(zhǔn)確地反映設(shè)備運(yùn)行時(shí)的溫度信息，并使測(cè)量到的溫度數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。通過(guò)觀(guān)察監(jiān)控機(jī)的監(jiān)測(cè)頁(yè)面，變電站運(yùn)行人員能夠及時(shí)了解變電站內(nèi)設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度信息。

本文以某 220 kV 無(wú)人值守變電站為原型，提出了種無(wú)人值守變電站無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，能夠全自動(dòng)地實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)溫度告警功能。

1 變電站溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

變電站溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，根據(jù)系統(tǒng)中各功能模塊的作用，將整個(gè)系統(tǒng)劃分為無(wú)線(xiàn)測(cè)溫模塊和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)模塊。

1）無(wú)線(xiàn)測(cè)溫模塊

無(wú)線(xiàn)測(cè)溫模塊包含測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)的實(shí)現(xiàn)。測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)基于ZigBee 通訊協(xié)議，通過(guò)RS485總線(xiàn)將數(shù)據(jù)傳輸至控制室主機(jī)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與采集部分說(shuō)明了設(shè)備溫度信息存儲(chǔ)模型的設(shè)計(jì)。

2）在線(xiàn)監(jiān)測(cè)模塊

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)模塊基于 B/S（Browser/Server）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)[7]，能夠有效簡(jiǎn)化在線(xiàn)監(jiān)測(cè)客戶(hù)端的接入。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)功能通過(guò)基于 SVG 的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖實(shí)現(xiàn)。

圖 1 變電站溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 無(wú)線(xiàn)測(cè)溫模塊的設(shè)計(jì)

2.1 無(wú)線(xiàn)協(xié)議

無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議有很不同的種類(lèi)。在各類(lèi)應(yīng)用中，無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議以藍(lán)牙與 ZigBee 協(xié)議為典型代表，表 1 給出了藍(lán)牙與 ZigBee 協(xié)議之間的比較。

表 1 藍(lán)牙與 ZigBee 協(xié)議比較

在變電站中，測(cè)溫傳感器的安裝數(shù)量是不容忽視的問(wèn)題。本系統(tǒng)雖僅涉及母聯(lián)支路與 1 條主變支路，但仍需安裝 44 個(gè)測(cè)溫傳感器，如果監(jiān)視全部2條主變支路、2 條負(fù)載支路與母聯(lián)支路，則至少需要安裝 100 個(gè)測(cè)溫傳感器，如果再考慮支路末端的分段與其他輔助電氣設(shè)備，測(cè)溫傳感器的數(shù)量將進(jìn)步提升。從這個(gè)角度出發(fā)，使用 ZigBee 協(xié)議能夠有效降低測(cè)溫模塊的系統(tǒng)成本。

在無(wú)線(xiàn)測(cè)溫模塊中，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以控制信息、文本數(shù)據(jù)信息為主體，對(duì)通訊速率要求不高，和藍(lán)牙傳輸相比，ZigBee 雖然速率較低，但能夠很好地滿(mǎn)足該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸要求。

同時(shí) ZigBee 擁有更好的抗干擾特性并能夠支持 AES 加密技術(shù)，保證傳輸數(shù)據(jù)的。綜合以上考慮，ZigBee 協(xié)議在該溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建中具有更好的經(jīng)濟(jì)性和適用性。

2.2 測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

無(wú)線(xiàn)測(cè)溫模塊使用RS485總線(xiàn)來(lái)完善無(wú)線(xiàn)測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中的不足。表2給出了 RS485 與 ZigBee 無(wú)線(xiàn)協(xié)議的特點(diǎn)。

表 2 RS485 與 ZigBee 協(xié)議比較

無(wú)線(xiàn)通信具有信號(hào)隨距離衰減的特性，當(dāng)進(jìn)行長(zhǎng)距離通信時(shí)，需要設(shè)立無(wú)線(xiàn)中繼裝置，保證無(wú)線(xiàn)信號(hào)的有效覆蓋。在較大規(guī)模的變電站中，被監(jiān)測(cè)設(shè)備分布較廣，如要保證所有設(shè)備的正常監(jiān)測(cè)，將需要大量的無(wú)線(xiàn)中繼裝置來(lái)保證無(wú)線(xiàn)信號(hào)的有效覆蓋，無(wú)形中增加了系統(tǒng)成本。當(dāng)出現(xiàn)穿墻的無(wú)線(xiàn)傳輸情形時(shí)，將需要更多的無(wú)線(xiàn)中繼節(jié)點(diǎn)。為此考慮加入有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)來(lái)解決這問(wèn)題，在圖 1 中，即在變電站測(cè)溫區(qū)域與控制室主機(jī)之間使用 RS485 總線(xiàn)。

在每個(gè) ZigBee 無(wú)線(xiàn)測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)中，使用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，便于網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控與管理。如果設(shè)備數(shù)量種類(lèi)較多時(shí)，可以增設(shè)中間路由節(jié)點(diǎn)，擴(kuò)展成簇狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。并根?jù)定的方式將溫度傳感器進(jìn)行分組，如按照設(shè)備類(lèi)型分組等，能進(jìn)步加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)中傳感器的識(shí)別與管理，從而能使上述無(wú)線(xiàn)測(cè)溫網(wǎng)絡(luò)適用于不同規(guī)模的測(cè)溫區(qū)域。

當(dāng)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的路由節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時(shí)，路由節(jié)點(diǎn)的子節(jié)點(diǎn)，如終端的溫度傳感器節(jié)點(diǎn)，雖然能夠正常采集數(shù)據(jù)，但是無(wú)法將數(shù)據(jù)傳遞給網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)集中器。此時(shí)可以借助 ZigBee 的自組網(wǎng)特性，將這些子節(jié)點(diǎn)連接到附近其他正常工作的路由節(jié)點(diǎn)，通過(guò)新的路由節(jié)點(diǎn)將測(cè)量到的設(shè)備溫度數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器中，保證溫度數(shù)據(jù)的連貫性。

2.3 數(shù)據(jù)模型設(shè)計(jì)

對(duì)于同個(gè)電氣設(shè)備，可能存在多個(gè)溫度監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在進(jìn)行傳感器 ID 與設(shè)備 ID 關(guān)聯(lián)時(shí)，采用了面向?qū)ο蟮姆绞竭M(jìn)行關(guān)聯(lián)，把被監(jiān)測(cè)設(shè)備作為個(gè)對(duì)象來(lái)看待。以隔離開(kāi)關(guān)為例，由于隔離開(kāi)關(guān)具有兩個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)，因此安裝有 2 個(gè)溫度傳感器分別進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但這兩個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)同個(gè)設(shè)備，如果進(jìn)行對(duì)應(yīng)，那么在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)覆蓋與丟失，而對(duì)多的結(jié)構(gòu)卻違背數(shù)據(jù)庫(kù)的關(guān)聯(lián)原則。因此按照傳感器的安裝位點(diǎn)，將被監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行拆分，分解成多個(gè)設(shè)備對(duì)象，作為程序處理與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的實(shí)體，并根據(jù)設(shè)備是否具有 ABC 三相來(lái)進(jìn)行不同設(shè)備類(lèi)型的劃分。

圖2為 220 kV 副母刀閘的模型結(jié)構(gòu)，該刀閘母線(xiàn)側(cè)與開(kāi)關(guān)側(cè)的兩個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)附近分別裝有無(wú)線(xiàn)溫度傳感器?？梢韵葘⒃撛O(shè)備分解為“220 kV 副母刀閘母線(xiàn)側(cè)”與“220 kV 副母刀閘開(kāi)關(guān)側(cè)”兩個(gè)設(shè)備對(duì)象。再將每個(gè)設(shè)備對(duì)象對(duì)應(yīng)的三相傳感器，設(shè)定為設(shè)備實(shí)體屬性。通過(guò)以上兩層結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)同設(shè)備與多個(gè)溫度傳感器的對(duì)應(yīng)，并實(shí)現(xiàn)設(shè)備模型的通用化。

圖 2 物理設(shè)備的分解

3 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)測(cè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)采用 B/S（Browser/Server）結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。B/S 結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的 C/S（Client/Server）結(jié)構(gòu)相比具有以下勢(shì)。

客戶(hù)端的簡(jiǎn)化與接入：客戶(hù)端計(jì)算機(jī)只需通過(guò)瀏覽器即可訪(fǎng)問(wèn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，無(wú)需安裝客戶(hù)端系統(tǒng)。因此任何接入服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)的電腦都能訪(fǎng)問(wèn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，避免當(dāng)客戶(hù)端出現(xiàn)不可抗力的故障時(shí)，不能進(jìn)行在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。同時(shí)，監(jiān)測(cè)平臺(tái)中使用的用戶(hù)管理系統(tǒng)，避免了非授權(quán)人員對(duì)系統(tǒng)的訪(fǎng)問(wèn)，并允許按權(quán)限訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)功能。

多服務(wù)器部署與網(wǎng)絡(luò)接入：在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)能夠同時(shí)部署在兩臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器上，供不同的用戶(hù)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。其中不同的服務(wù)器還可以接入不同的網(wǎng)絡(luò)，能夠讓多個(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)的訪(fǎng)問(wèn)同資源。

3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖原理

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)功能基于 SVG （ Scalable Vector Graphics）圖形格式的圖片來(lái)設(shè)計(jì)。SVG 即可縮放矢量圖形，是基于可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言（XML），具有強(qiáng)動(dòng)態(tài)交互性的圖形格式[8-9]，并且是 IEC61970 中圖形交換的標(biāo)準(zhǔn)。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖是張基于變電站次接線(xiàn)圖繪制的 SVG 圖片。

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的溫度數(shù)據(jù)顯示需要后臺(tái)數(shù)據(jù)服務(wù)的支持，圖 3 給出了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的通信結(jié)構(gòu)。

圖 3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖通信結(jié)構(gòu)

由圖 3 可知，SVG 顯示的溫度數(shù)據(jù)全部來(lái)源于數(shù)據(jù)庫(kù)，WEB 平臺(tái)承擔(dān)著數(shù)據(jù)查詢(xún)與讀取的功能。但數(shù)據(jù)庫(kù)和 SVG 兩個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立，當(dāng)數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)向 SVG 界面進(jìn)行傳輸時(shí)，需要將傳感器 ID 和溫度信息進(jìn)行對(duì)應(yīng)，即每條“ID-溫度”信息都

需要在 SVG 模型中查詢(xún)到對(duì)應(yīng) ID 再進(jìn)行數(shù)據(jù)更新。為了提高 SVG 的數(shù)據(jù)更新效率，可以在 WEB平臺(tái)的數(shù)據(jù)讀取過(guò)程中，對(duì)讀取的數(shù)據(jù)按照 SVG需求進(jìn)行排序。

排序信息以 XML 配置文件的形式進(jìn)行描述，圖 4 為 XML 文件示意圖。圖中 Temperature 節(jié)點(diǎn)下的 equipLabel 子節(jié)點(diǎn)分別與 SVG 中的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的排序。

經(jīng)過(guò)排序之后的數(shù)據(jù)信息，不需要再按照 ID在 SVG 模型中進(jìn)行查詢(xún)對(duì)應(yīng)，可以將純數(shù)據(jù)信息次性直接存儲(chǔ)在 SVG 模型中。當(dāng)增加監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)量時(shí)，只需要在 Temperature 節(jié)點(diǎn)下新增個(gè)equipLabel節(jié)點(diǎn)，并在SVG圖形上增加對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，即可實(shí)現(xiàn)新增數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)。

SVG 所需數(shù)據(jù)信息通過(guò) XML 配置文件進(jìn)行描述，與監(jiān)測(cè)平臺(tái)和數(shù)據(jù)庫(kù)模型無(wú)關(guān)，便于系統(tǒng)的移植與擴(kuò)展。移植時(shí)，SVG 圖可以由變電站次接線(xiàn)圖得到，因此只需要修改上述排序配置文件，即可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的移植，使系統(tǒng)具有較好的通用性。

圖 4 SVG 的排序結(jié)構(gòu)圖

3.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖數(shù)據(jù)表現(xiàn) 

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的數(shù)據(jù)表現(xiàn)直接影響監(jiān)測(cè)效果的直觀(guān)性與準(zhǔn)確性。圖 5 為實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的初期效果（圖中的數(shù)據(jù)為測(cè)試數(shù)據(jù)，并非現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)）。

圖 5 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖數(shù)據(jù)表現(xiàn)初期效果

圖 5 中，灰色方塊表示無(wú)線(xiàn)測(cè)溫傳感器，傳感器附近文字標(biāo)注了對(duì)應(yīng)傳感器的安裝位置，帶顏色的數(shù)據(jù)表示設(shè)備溫度信息。當(dāng)設(shè)備溫度處于正常范圍時(shí)，用綠色表示溫度正常；當(dāng)溫度超過(guò)預(yù)警閾值而低于告警閾值時(shí)，用紫色表示溫度預(yù)警；當(dāng)溫度超過(guò)告警溫度閾值時(shí)，用紅色表示溫度告警。

考慮到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的傳輸數(shù)據(jù)量，只傳輸組處理后的數(shù)據(jù)，即三相平均值或三相較大值，進(jìn)行溫度的顯示與監(jiān)測(cè)。這設(shè)計(jì)雖然傳輸數(shù)據(jù)量變少，但是存在信息不完整的問(wèn)題。

使用平均值顯示時(shí)，當(dāng)某相溫度過(guò)高，如 A相，而另外兩相溫度正常時(shí)，由于加權(quán)平均的效果，會(huì)讓顯示的平均溫度處在溫度告警的區(qū)間之外，但實(shí)際上 A 相溫度可能達(dá)到了告警溫度，而監(jiān)測(cè)系統(tǒng)卻不能正確給出告警。使用較大值時(shí)，能夠讓變電站監(jiān)測(cè)人員準(zhǔn)確了解設(shè)備的預(yù)警和告警信息，但是這種顯示方式無(wú)法體現(xiàn)各個(gè)相序的溫度數(shù)據(jù)，再借助其他方式進(jìn)行查詢(xún)。同時(shí)，當(dāng)有兩相或三相溫度同時(shí)出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)測(cè)畫(huà)面只能顯示故障嚴(yán)重的相，故障信息出現(xiàn)嚴(yán)重缺失。上述方式都大大降低了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的功能效果。

圖 6 為完整信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖數(shù)據(jù)表現(xiàn)（圖中的數(shù)據(jù)為測(cè)試數(shù)據(jù)，并非現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)），監(jiān)測(cè)圖同時(shí)顯示了三相的溫度數(shù)據(jù)。為了區(qū)分相位，通過(guò)在溫度數(shù)據(jù)之后添加個(gè)大寫(xiě)字母來(lái)表示對(duì)應(yīng)的相位。如：數(shù)據(jù)“8.58A”表示 2 號(hào)主變 35 kV 套管側(cè) A 相溫度為 8.58 ℃。這種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式能夠更直觀(guān)的給出整個(gè)系統(tǒng)的溫度、告警信息，大大提高了監(jiān)測(cè)圖的展示效果，具有更好的應(yīng)用價(jià)值。

圖 6 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖數(shù)據(jù)表現(xiàn)示例

4 溫度在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1 傳感器的安裝

在安裝傳感器時(shí)，應(yīng)該以少準(zhǔn)確的原則確定安裝點(diǎn)和安裝數(shù)量。因此傳感器的安裝數(shù)量與測(cè)量的準(zhǔn)確性決定了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的效率與可靠性。變電站中隔離開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)，電容器與避雷器的接入點(diǎn)都是容易發(fā)熱出現(xiàn)故障的地方；主變與母線(xiàn)長(zhǎng)期負(fù)載運(yùn)行，其套管與接觸點(diǎn)易老化發(fā)熱，而這些設(shè)備都是變電站的關(guān)鍵設(shè)備，都需要進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)。

青香變電站在 220 kV 母聯(lián)支路正母與副母的隔離刀閘兩側(cè)、主變支路的正母隔離刀閘兩側(cè)、主變 220 kV 與 35 kV 套管側(cè)、220 kV 母線(xiàn)壓變避雷器接線(xiàn)處、主變 35 kV 的 III 段與 IV 段負(fù)載端等地方的 ABC 三相均安裝了無(wú)線(xiàn)溫度傳感器。同時(shí)在上述設(shè)備所在區(qū)域中安裝了溫度傳感器，對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)關(guān)鍵設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)。

4.2 數(shù)據(jù)采集與存儲(chǔ)

青香 220 kV 無(wú)人值守變電站中，2 號(hào)主變處于變電站室內(nèi)，與其他室外設(shè)備相距較遠(yuǎn)且環(huán)境隔離明顯，因此根據(jù) 2 號(hào)主變的環(huán)境特點(diǎn)，劃分出“2號(hào)主變室內(nèi)區(qū)域”監(jiān)測(cè)相關(guān)區(qū)域內(nèi)的室內(nèi)設(shè)備。而室外設(shè)備，諸如避雷器、隔離開(kāi)關(guān)等需監(jiān)測(cè)設(shè)備在地理上分布集中，因此根據(jù)集中型功能性區(qū)域劃分的方式，劃分為“220 kV 母聯(lián)支路區(qū)域”與“2 號(hào)

主變室外區(qū)域”。

每個(gè)區(qū)域單獨(dú)設(shè)置個(gè)數(shù)據(jù)集中器，構(gòu)成星型無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)集中器負(fù)責(zé)收集該區(qū)域內(nèi)所有傳感器節(jié)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，并通過(guò) RS485 總線(xiàn)將數(shù)據(jù)以報(bào)文的形式傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)接收到數(shù)據(jù)報(bào)文后，將溫度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中。

在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)部署在青香 220 kV 無(wú)人值守變電站主控室的服務(wù)器上，變電站值班人員在集控的電腦上通過(guò) IE 瀏覽器直接登陸變電站機(jī)房部署的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)變電站設(shè)備溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

4.3 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖的演示 

圖7為在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖中監(jiān)測(cè)部分截圖。其中虛線(xiàn)區(qū)域?yàn)榘惭b有溫度傳感器的設(shè)備區(qū)域，實(shí)線(xiàn)區(qū)域表示 2 號(hào)主變室內(nèi)環(huán)境；傳感器的安裝點(diǎn)在圖中使用灰色方塊表示，并在旁邊輔助有文字說(shuō)明，能夠讓值班人員準(zhǔn)確知道傳感器的測(cè)溫位置。

圖 7 系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)圖

圖中顯示的數(shù)據(jù)均為對(duì)應(yīng)設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度值，大部分?jǐn)?shù)據(jù)均為正常水平，溫度數(shù)據(jù)均為綠色。其中“35 kV 套管側(cè)溫度”明顯高于其他設(shè)備的溫度與環(huán)境溫度，達(dá)到了 43.4 ℃左右，滿(mǎn)足了溫度預(yù)警的條件，因此溫度數(shù)據(jù)變成了紫色，區(qū)別正常工作時(shí)的顏色效果。如果溫度繼續(xù)升高，溫度數(shù)據(jù)將變成紅色，并進(jìn)行溫度告警。

2 號(hào)主變當(dāng)前處于工作狀態(tài)，并向 35 kV 的 III段與 IV 段負(fù)載進(jìn)行供電，所有負(fù)載電流全部經(jīng)過(guò) 2號(hào)主變，因此在 2 號(hào)主變的低壓側(cè)出現(xiàn)了較大的負(fù)載電流，根據(jù) Q=I2R，因此低壓側(cè)的套管部分發(fā)熱量較大，使設(shè)備溫度相對(duì)較高，因此產(chǎn)生了上述的溫度預(yù)警。此溫度預(yù)警能夠有效提示變電站的值班人員來(lái)密切監(jiān)視該設(shè)備的運(yùn)行情況，避免事故的發(fā)生。

5 安科瑞無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)介紹與選型

安科瑞無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)是根據(jù)當(dāng)前無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的要求，在廣泛征求用戶(hù)和家意見(jiàn)的基礎(chǔ)上,充分吸收當(dāng)前內(nèi)外廠(chǎng)家的成功案例，并結(jié)合安科瑞多年來(lái)的豐富經(jīng)驗(yàn)，采用面向?qū)ο蟮姆謱臃植际皆O(shè)計(jì)思想，結(jié)合自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)而設(shè)計(jì)的款專(zhuān)業(yè)的無(wú)線(xiàn)測(cè)溫軟件。

5.1 Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)RS485總線(xiàn)或以太網(wǎng)與間隔層的設(shè)備直接進(jìn)行通信（如圖8），系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循標(biāo)準(zhǔn)Modbus-RTU, Modbus TCP等傳輸規(guī)約，性、可靠性和開(kāi)放性都得到了很大地提高。

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)具有遙信、遙測(cè)、遙控、遙調(diào)、遙設(shè)、事件報(bào)警、曲線(xiàn)、棒圖、報(bào)表和用戶(hù)管理功能?？梢员O(jiān)控?zé)o線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的設(shè)備運(yùn)行狀況，實(shí)現(xiàn)快速報(bào)警響應(yīng)，預(yù)防嚴(yán)重故障發(fā)生。

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)主要特點(diǎn)是開(kāi)放式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，硬件兼容性強(qiáng)，軟件移植性好，應(yīng)用功能豐富。該系統(tǒng)具有強(qiáng)大的處理能力，快速的事件響應(yīng)，友好的人機(jī)界面，方便的擴(kuò)充手段。其軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)依據(jù)軟件工程的設(shè)計(jì)規(guī)范,模塊劃分合理，接口簡(jiǎn)捷明了，主要包括主控模塊、人機(jī)界面、圖形組態(tài)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、通信管理等幾大模塊。

圖8 Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5.2 Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)功能

■實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控軟件人機(jī)界面友好，能夠以配電次圖的形式直觀(guān)顯示各測(cè)溫節(jié)點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)及有關(guān)故障、告警等信息

■溫度查詢(xún)

溫度歷史曲線(xiàn)（1分鐘、5分鐘、60分鐘可選）

■運(yùn)行報(bào)表

查詢(xún)各回路設(shè)備運(yùn)行溫度報(bào)表.

■實(shí)時(shí)報(bào)警

壁掛式無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控設(shè)備具有實(shí)時(shí)報(bào)警功能，設(shè)備能夠?qū)囟仍较薜仁录l(fā)出告警。

■設(shè)備提供以下凡種告警fang式：

a.彈岀事件報(bào)驚窗口.

b.實(shí)時(shí)語(yǔ)音報(bào)警功能，能夠?qū)λ惺录l(fā)出語(yǔ)音告警.

C.短信吿警，可以向手機(jī)hao碼發(fā)送吿警信息短信（需選配短信mao）.

■歷史告警査詢(xún)

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)λ袇叹录涗涍M(jìn)行存儲(chǔ)和管理，方便用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)和告警等事件進(jìn)行歷史追溯，查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、事故分析。

■用戶(hù)權(quán)限管理

Acrel-2000T無(wú)線(xiàn)測(cè)溫監(jiān)控系統(tǒng)為保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，設(shè)置了用戶(hù)權(quán)限管理功能。

通過(guò)用戶(hù)權(quán)限管理能夠防止未經(jīng)授權(quán)的操作（如數(shù)據(jù)庫(kù)修改等）?？梢远x不同級(jí)別用戶(hù)的 登錄名、密碼及操作權(quán)限，為系統(tǒng)運(yùn)行、維護(hù)、管理提供可靠的保障。

■定值設(shè)置

用于修改高溫定值、超溫定值。

■WEB（可選）

展示頁(yè)面顯示變電站數(shù)量、變壓器數(shù)量、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量等概況信息， 設(shè)備溫度、通信狀態(tài)，用電分析和事件記錄。頁(yè)顯示場(chǎng)站的變壓器數(shù)量、回路個(gè)數(shù)、有功功率、無(wú)功功率、用電量、事件記錄等概況信息，可通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控、變壓器、通信模塊切換到需要查看的界面。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)可監(jiān)測(cè)各個(gè)回路的測(cè)點(diǎn)溫度、電壓、電流、功率曲線(xiàn)信息。

接線(xiàn)圖頁(yè)面通過(guò)次圖實(shí)時(shí)反映電氣參數(shù)變化，包括測(cè)量量、信號(hào)量等信息（信號(hào)量 需要斷路器提供輔助觸點(diǎn)支持）。

能耗統(tǒng)計(jì)頁(yè)面顯示各回路的功率峰值和用電量峰值，功率、電能趨勢(shì)曲線(xiàn)，電能環(huán)比，用電前。

運(yùn)維管理\通信狀態(tài)顯示監(jiān)測(cè)接入系統(tǒng)設(shè)備的通信狀態(tài)。

■手機(jī)APP（可選）

設(shè)備數(shù)據(jù)員面顯示各設(shè)備的電參量數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)以及曲線(xiàn)。

5.3 安科瑞ARTM系列無(wú)線(xiàn)測(cè)溫終端產(chǎn)品選型

安科瑞電氣接點(diǎn)無(wú)線(xiàn)測(cè)溫方案由無(wú)線(xiàn)溫度傳感器、收發(fā)器、顯示單元組成。溫度傳感器直接安裝于斷路器動(dòng)觸頭、靜觸頭、電纜接頭、母排等發(fā)熱接點(diǎn)，將測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻技術(shù)傳至接收裝置，再由接收器485通訊至測(cè)溫終端或無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)（如圖9）。

圖9 電氣接點(diǎn)在線(xiàn)測(cè)溫結(jié)構(gòu)圖

5.3.1 安科瑞無(wú)線(xiàn)溫度傳感器

無(wú)線(xiàn)溫度傳感器共有5種，分別對(duì)應(yīng)螺栓固定、表帶固定、扎帶捆綁、合金片固定等安裝方式。針對(duì)不同的變電站要求，可根據(jù)傳感器供電方式以及安裝位置的不同，考慮安裝方便的因素，選擇相匹配的傳感器。

5.3.2 安科瑞無(wú)線(xiàn)收發(fā)器

無(wú)線(xiàn)測(cè)溫收發(fā)器共有3種，通過(guò)無(wú)線(xiàn)射頻方式接收溫度數(shù)據(jù)。收發(fā)器根據(jù)不同的傳感器型號(hào)進(jìn)行匹配，同時(shí)傳感器的傳輸距離決定接收裝置能否多柜接收。

5.3.3 安科瑞顯示終端

顯示裝置通過(guò)RS485連接收發(fā)器，可嵌入式安裝于柜體上，若柜體開(kāi)孔不便，也可選擇壁掛式安裝于配電室內(nèi)。方便操作人員現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)查看電氣節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)溫度的同時(shí)，也可以通過(guò)RS485或以太網(wǎng)通訊的方式在后臺(tái)系統(tǒng)查看現(xiàn)場(chǎng)情況。

6 結(jié)語(yǔ)

變電站無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠有效的提高變電站的智能化水平，減少了人工參與所造成的誤判，并且使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有很好的實(shí)時(shí)性。本文提出了種變電站無(wú)線(xiàn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。系統(tǒng)使用ZigBee協(xié)議，有效降低了系統(tǒng)的構(gòu)建成本。該無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)對(duì)變電站測(cè)溫區(qū)域規(guī)模具有較好的適應(yīng)性，數(shù)據(jù)平臺(tái)可擴(kuò)展性與通用性強(qiáng)。該系統(tǒng)已在某無(wú)人值守變電站試運(yùn)行，效果良好。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 鞏憲鋒,衣紅鋼,王長(zhǎng)松,等.高壓開(kāi)關(guān)柜隔離觸頭溫度監(jiān)測(cè)研究[J].中電機(jī)工程學(xué)報(bào)2006,26(1):155-158.

[2] 劉琦,程春,吳健,胡炎,邰能靈,袁成.智能變電站溫度監(jiān)測(cè)主站系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).

[3] 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.

作者簡(jiǎn)介：劉細(xì)鳳，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無(wú)線(xiàn)測(cè)溫系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)