孫巧玲，官清，李燕(.國網(wǎng)山東省電力公司寧津縣供電公司，山東德州，53400；.國網(wǎng)山東省電力公司夏津縣供電公司，山東德州，5300）

配電箱變智能采集終端的設(shè)計(jì)及實(shí)踐

孫巧玲1，官清2，李燕1
(1.國網(wǎng)山東省電力公司寧津縣供電公司，山東德州，253400；2.國網(wǎng)山東省電力公司夏津縣供電公司，山東德州，253200）

本文以10kV箱變?yōu)槔?，主要研究了箱變智能采集終端的設(shè)計(jì)方法及在實(shí)踐中的應(yīng)用，旨在為提高設(shè)備運(yùn)維和巡檢提供參考。關(guān)鍵詞：傳感器；采集器；智能采集終端

0 前言

目前我國智能巡檢技術(shù)支撐體系已具備一定的應(yīng)用基礎(chǔ)，如配電箱變智能采集終端是指用于計(jì)量和采集各信息采集點(diǎn)用電信息，將數(shù)據(jù)經(jīng)處理后通過信道上傳給數(shù)據(jù)采集層，并負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)和執(zhí)行下發(fā)控制命令和信息的各類電能信息采集終端，通過在用戶和供電企業(yè)之間形成網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)和即時(shí)連接，從而實(shí)現(xiàn)電力、信息、應(yīng)用數(shù)據(jù)的高速傳輸?shù)裙δ?。選擇穩(wěn)定、可靠、實(shí)時(shí)、安全的采集終端是保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，直接影響著集中器與采集器之間通信的可靠性和采集成功率。因此，如何獲取安裝設(shè)備的數(shù)據(jù)，快速形成巡檢記錄就成了研究的重要課題。

1 配電箱變智能采集終端設(shè)計(jì)概述

1.1 設(shè)計(jì)原則

（1）先進(jìn)性與實(shí)用性相結(jié)合

用電信息采集終端充分利用先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)理念，采用先進(jìn)軟硬件技術(shù)，適應(yīng)用電信息采集系統(tǒng)的發(fā)展，功能設(shè)計(jì)以切實(shí)服務(wù)于營銷管理和客戶服務(wù)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)需求為基準(zhǔn)，有機(jī)結(jié)合信息采集、負(fù)荷分析等具體業(yè)務(wù)流程的設(shè)置，促進(jìn)營銷業(yè)務(wù)流程的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和科學(xué)化。

（2）靈活性和安全性相結(jié)合

采用模塊化設(shè)計(jì)，具有較強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性。同時(shí)，注重權(quán)限管理，具有控制功能的終端與主站之間的設(shè)置和控制報(bào)文的傳輸須采取相應(yīng)的身份認(rèn)證和加密措施。

（3）繼承與發(fā)展相結(jié)合

遵循有繼承才有發(fā)展的思路，充分利用現(xiàn)有的資源、成熟的應(yīng)用以及技術(shù)積累，同時(shí)綜合考慮未來的應(yīng)用需求。

1.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

配電箱變智能采集終端結(jié)構(gòu)主要包括：無線溫度、無線電流等無線數(shù)據(jù)傳感器；無線數(shù)據(jù)采集器；內(nèi)/外溫濕度采集器、開關(guān)量采集器等智能IED設(shè)備、通信管理機(jī)等。其中無線數(shù)據(jù)傳感器主要負(fù)責(zé)采集無線信號(hào)，并傳送到無線數(shù)據(jù)采集器；通信管理機(jī)主要是上傳采集數(shù)據(jù)，并提供無線熱點(diǎn)，便于獲取箱變實(shí)時(shí)、歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)。

2 數(shù)據(jù)傳感器和采集器

2.1 無線數(shù)據(jù)傳感器和采集器

ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于最新IEEE802.15.4技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和ZigBee.網(wǎng)絡(luò)協(xié)議而設(shè)計(jì)的低功耗無線數(shù)據(jù)傳感器網(wǎng)絡(luò)，是中短距離、低速率無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其射頻傳輸成本低，各節(jié)點(diǎn)只需要很少的能量，功耗小，適于電池長期供電，可實(shí)現(xiàn)一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)、兩點(diǎn)間對(duì)等通信、快速組網(wǎng)自動(dòng)配置、自動(dòng)恢復(fù)和高級(jí)電源管理，任意多個(gè)傳感器之間可相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

無線采集器可以直接與主站通信，多用于采集單個(gè)或多個(gè)電能信息，具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、參數(shù)設(shè)置和查詢、自維護(hù)等功能。本次將無線電流傳感器分別串聯(lián)與高壓進(jìn)線開口、低壓進(jìn)線開口處，將無線數(shù)據(jù)采集器部署在智能采集終端壁掛箱內(nèi)。各無線傳感器、采集器之間均通過Zigbee實(shí)現(xiàn)無線通信，無線溫度傳感器和無線電流傳感器采取無電源供電方式。

2.2 溫濕度采集器

以Modbus協(xié)議和Rs-485組成的網(wǎng)絡(luò)為主體構(gòu)成的溫濕度采集系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活性好、工作穩(wěn)定、易于控制等優(yōu)點(diǎn)。其結(jié)構(gòu)可分為上位機(jī)、下位機(jī)兩部分，下位機(jī)的主要任務(wù)是完成測(cè)量點(diǎn)的溫濕度的測(cè)量，并通過串行通信，向上傳送測(cè)量數(shù)據(jù)。本次選用兩臺(tái)溫濕度采集器，用于配電箱變內(nèi)外溫濕度采集，并與通信管理機(jī)通過Modbus RTU規(guī)約進(jìn)行通信。

2.3 開關(guān)量采集器

開關(guān)量采集器結(jié)構(gòu)主要有CPU的讀寫端口和CPU的地址端口，CPU將采集到的狀態(tài)數(shù)據(jù)暫存在緩沖單元(CPU板上的存儲(chǔ)器)內(nèi)，通過CAN總線完成與站機(jī)的數(shù)據(jù)交換。開關(guān)量采集器既可以配置多個(gè)開關(guān)量輸入，也可以提供RS-485通信接口，同樣利用Mdobus RTU規(guī)約與通信管理機(jī)通信。

2.4 通信管理機(jī)

2.4.1 技術(shù)要求

通信管理機(jī)具有低壓子站內(nèi)智能設(shè)備的通信數(shù)據(jù)采集、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)二次組態(tài)及與監(jiān)控中心的監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)站內(nèi)信息共享。其技術(shù)要求主要有：

（1）下行采集通信口：至少具有8個(gè)RS-485通信口，每個(gè)通信接口最多連接10臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)智能設(shè)備。

（2）上行主站通信口：至少具有2個(gè)10／100MB以太網(wǎng)接口。

（3）具有前置機(jī)功能，用戶可二次組態(tài)并定義，裝置根據(jù)用戶的配置順序文件，將通信采集到的低壓子站內(nèi)各智能設(shè)備的通信數(shù)據(jù)高速歸納、整理和計(jì)算，實(shí)時(shí)完成與主站的通信數(shù)據(jù)交換。

（4）必須具備組環(huán)網(wǎng)功能，一主一備在線切換。主備環(huán)網(wǎng)通信管理機(jī)具備的功能原理：由主通信管理機(jī)下達(dá)數(shù)據(jù)采集命令，備用通信管理機(jī)監(jiān)聽通信總線的數(shù)據(jù)，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常現(xiàn)象。但需要注意兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，主、備用通信管理機(jī)的數(shù)據(jù)必須保持同步；二是備用通信管理可自行啟動(dòng)并下達(dá)采集命令，防止主通信管理出現(xiàn)故障時(shí)，數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象。當(dāng)主通信管理機(jī)恢復(fù)正常工作時(shí)，備通信管理機(jī)應(yīng)將權(quán)限移交給主通信管理機(jī)并恢復(fù)環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

（5）供電電源：具備雙電源供電，交直流通用。AC 75～255V，頻率50Hz或DC110／220V。

2.4.2 設(shè)計(jì)與安裝

結(jié)合設(shè)計(jì)技術(shù)要求及配電箱變的實(shí)際情況，本次選擇了尺寸較小的研華ARK-1123L無風(fēng)扇嵌入式工控機(jī)作為智能采集終端。其前置通信模塊實(shí)現(xiàn)了多通道數(shù)據(jù)接入，監(jiān)控告警模塊具備異常用電狀況在線監(jiān)測(cè)、診斷、報(bào)警及智能化處理功能，滿足計(jì)量裝置故障處理和在線監(jiān)測(cè)的需求等功能；存儲(chǔ)模塊，可以保存各套保護(hù)送來的信息，上傳給監(jiān)控系統(tǒng)或保護(hù)分析系統(tǒng)的PC機(jī)，以便隨時(shí)調(diào)用分析系統(tǒng)事故；查詢模塊，當(dāng)有保護(hù)動(dòng)作時(shí)，保護(hù)跳閘事件、跳閘報(bào)告等信息在查詢時(shí)上傳給保護(hù)通信管理機(jī)并通過監(jiān)控接口轉(zhuǎn)接至監(jiān)控系統(tǒng)的通信總控單元；數(shù)據(jù)訪問接口可提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)查詢，并與智能終端APPA軟件通信；定值整定與修改，監(jiān)控系統(tǒng)可以方便地對(duì)各保護(hù)和自動(dòng)裝置進(jìn)行定值整定修改和信號(hào)復(fù)歸及保護(hù)軟壓板投退等操作；規(guī)約轉(zhuǎn)換，保護(hù)通信管理機(jī)與各保護(hù)的通信是按保護(hù)內(nèi)部規(guī)約，而保護(hù)通信管理機(jī)與監(jiān)控系統(tǒng)的通信是采用通用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)約，因此在監(jiān)控系統(tǒng)與保護(hù)通信時(shí)就必須進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換。

3 工程實(shí)踐分析

本文選擇某箱變改造工程為研究對(duì)象，通過在側(cè)進(jìn)線處安裝無線電流傳感器和測(cè)溫電纜頭，在壁掛箱內(nèi)安裝無線數(shù)據(jù)采集器、開關(guān)量采集器、通信管理機(jī)，在高壓室安裝溫濕度采集器，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行表明：智能采集終端不僅實(shí)現(xiàn)運(yùn)行參數(shù)采集，而且無線溫度傳感器和無線電流傳感器無需額外電源支撐，實(shí)現(xiàn)了免維護(hù)運(yùn)行。并且與手機(jī)APP通信，快速形成巡檢記錄，提升了工作效率。此外，還為運(yùn)維和快速故障處理創(chuàng)造了技術(shù)條件。

4 結(jié)語

智能技術(shù)的發(fā)展不僅有利于提升巡檢質(zhì)量，降低巡檢工作強(qiáng)度，而且有利于保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。智能采集終端不僅實(shí)現(xiàn)了開關(guān)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、供電電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)管理和遠(yuǎn)程運(yùn)輸，而且也為配電管理部門制定經(jīng)濟(jì)、安全的運(yùn)行方案及設(shè)備增容等提供參考數(shù)據(jù)。

[1]王立娜,王曜飛,宋維忱.移動(dòng)式箱變的研究及應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用.2015(11).

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[3]呂鋼.無線測(cè)溫技術(shù)在變電站電力電纜的應(yīng)用[J].自動(dòng)化應(yīng)用,2014(05).

Distribution box is intelligence collection terminal design and practice

Sun Qiaoling1,Guan Qing2, Li Yan1
(1. Its Chinese shandong province electric power company NingJin County power supply company,Dezhou Shandong,253400;2. Its Chinese shandong province electric power company xiajin county electric power supply company,Dezhou Shandong,253200)

in this paper, with 10 kv box into the case, the main change design method of intelligent acquisition terminal box is studied and its application in practice, which provided reference for improving operations and inspection equipment

sensor；terminal；intelligent acquisition terminal box