徐友剛，朱 能，李建寧，沈曉峰，徐 萍

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799)

基于無線數(shù)傳電臺(tái)的箱式變電站溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

徐友剛，朱 能，李建寧，沈曉峰，徐 萍

(國(guó)網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799)

隨著狀態(tài)檢修在配電網(wǎng)中廣泛開展，為配網(wǎng)狀態(tài)檢修提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的配電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。箱式變電站(箱變)作為配電網(wǎng)重要環(huán)節(jié)，其安全運(yùn)行直接關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的可靠性。基于小區(qū)箱變數(shù)量繁多和地理位置分散的特點(diǎn)提出并實(shí)施了基于無線數(shù)傳電臺(tái)網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)箱變溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)由無線溫度采集設(shè)備、無線數(shù)傳電臺(tái)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集(溫度監(jiān)測(cè))后臺(tái)系統(tǒng)等功能單元組成，具有成本低，安裝方便，易維護(hù)的特點(diǎn)。

配電網(wǎng)；箱式變電站；箱變溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；無線數(shù)傳電臺(tái)

電力設(shè)備關(guān)鍵部位的絕緣性能是反映其運(yùn)行工況的重要指標(biāo)，設(shè)備的絕緣性能的變化往往伴隨著溫度變化，甚至存在設(shè)備部件的溫度變化早于絕緣性能的變化。因此，對(duì)設(shè)備關(guān)鍵部位的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的絕緣故障，避免停電事故。隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的普及，電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測(cè)已經(jīng)被電力運(yùn)檢部門高度重視并大力推廣應(yīng)用。實(shí)踐證明，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備無線測(cè)溫是電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測(cè)的有效解決方案。

在小區(qū)配電系統(tǒng)中，存在多臺(tái)地理位置分散的箱變，且不具備通信條件，給箱變內(nèi)設(shè)備溫度等狀態(tài)量的采集帶來諸多不便。對(duì)同一個(gè)小區(qū)內(nèi)箱變，如果采用有線方式進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集，存在施工周期長(zhǎng)、投資大等缺點(diǎn)；采用GPRS等公網(wǎng)無線通信模式也需要額外的無線通信費(fèi)用，且需要實(shí)名制認(rèn)定。因此，箱變溫度在線監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)迫切需要解決在一個(gè)限定地理范圍內(nèi)多個(gè)分散設(shè)備溫度等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。本文提出了基于無線數(shù)傳電臺(tái)網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)箱變溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用無線數(shù)傳電臺(tái)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)分散的箱變?cè)O(shè)備溫度采集，發(fā)送至安裝于小區(qū)開關(guān)站內(nèi)無線數(shù)傳模塊，并通過調(diào)度通道發(fā)送至后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

箱變溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由部署在多個(gè)箱變內(nèi)的無線溫度采集設(shè)備、無線數(shù)傳電臺(tái)網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集(溫度監(jiān)測(cè))后臺(tái)系統(tǒng)等功能單元組成。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

箱變溫度采集系統(tǒng)由溫度傳感器、溫度采集器以及無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。溫度傳感器可以采用有源供電技術(shù)，也可以采用無源供電技術(shù)。本項(xiàng)目主要采用通過外部射頻信號(hào)進(jìn)行充電的諧振型溫度傳感器，并通過ZigBee無線通信技術(shù)與溫度采集器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。溫度采集器與各溫度傳感器采用ZigBee通信，配置RS485有線接口，與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行有線通信。

小區(qū)開關(guān)站內(nèi)安裝一臺(tái)無線數(shù)傳模塊，和各個(gè)箱變無線數(shù)傳模塊通過200MHz無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)通信。開關(guān)站內(nèi)無線數(shù)傳模塊提供光纖接口，通過調(diào)度通道上傳采集到的溫度數(shù)據(jù)至溫度監(jiān)測(cè)后臺(tái)系統(tǒng)。溫度檢測(cè)后臺(tái)系統(tǒng)部署在遠(yuǎn)程運(yùn)維監(jiān)控中心，以便運(yùn)監(jiān)人員實(shí)時(shí)查看和告警提示。

2 無線數(shù)傳通信網(wǎng)絡(luò)

2.1方案選擇

箱變溫度采集系統(tǒng)是分散在限定地理區(qū)域內(nèi)，一般總面積為1～2個(gè)平方公里。由于小區(qū)箱變地理布局已經(jīng)固定，因此很難敷設(shè)專用的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，所以采用無線通信是比較理想的選擇方案。在無線通信技術(shù)選擇中，綜合比較了無線專用基站、GPRS公用網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)傳電臺(tái)三種無線通信方案。

無線專用基站是可以提供6GHz以下許可及免許可頻段無線寬帶的技術(shù)。該技術(shù)和產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)高達(dá)300Mbps的吞吐量，可以采取點(diǎn)到點(diǎn)和多點(diǎn)到點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)部署。覆蓋范圍可達(dá)10～120 km。設(shè)備可提供10MHz/100MHz/1000MHz以太網(wǎng)接口和光纖接口。典型設(shè)備是以色列瑞贏(RADWIN)的RADWIN 2000系列產(chǎn)品。主要問題是造價(jià)成本比較高，一個(gè)節(jié)點(diǎn)基站的費(fèi)用為12 500～15 000元。

GPRS公用網(wǎng)絡(luò)則是通過移動(dòng)應(yīng)用商的公共移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。需要在每個(gè)能耗采集終端上外掛一個(gè)GPRS通信模塊。GPRS通信模塊本身造價(jià)成本比較低。但是要組成一個(gè)GPRS VPN通信網(wǎng)絡(luò)必須采用移動(dòng)公司的專線網(wǎng)絡(luò)，后臺(tái)計(jì)算機(jī)需要通過移動(dòng)專線接入現(xiàn)場(chǎng)各GPRS終端。而移動(dòng)公司的專線接入具有固定費(fèi)率，而且通信本身產(chǎn)生的流量也需要通信費(fèi)用。

無線數(shù)傳電臺(tái)是借助DSP 技術(shù)和無線電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的高性能專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸電臺(tái)。無線數(shù)傳電臺(tái)覆蓋頻率范圍為220～240 MHz，330～512 MHz。多個(gè)無線數(shù)傳電臺(tái)之間可以透明組網(wǎng)。無線數(shù)傳電臺(tái)分低速、高速等類型。雖然低速無線數(shù)傳電臺(tái)數(shù)據(jù)吞吐量相對(duì)比較低，空中傳輸速率為9 600 bps，但是成本比較低，一個(gè)節(jié)點(diǎn)只需要1 500元，價(jià)格僅為專用基站的1/10。

綜合三種無線通信技術(shù)，本項(xiàng)目主要目的是實(shí)現(xiàn)箱變溫度在線監(jiān)視，數(shù)據(jù)采集量和傳輸速度要求并不高，因此選擇了無線數(shù)傳電臺(tái)作為各箱變溫度采集設(shè)備和后臺(tái)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間通信的技術(shù)方案。

2.2組網(wǎng)模式

圖2所示為無線數(shù)傳電臺(tái)組網(wǎng)方式，各箱變溫度采集設(shè)備分別配置一臺(tái)無線數(shù)傳電臺(tái)，小區(qū)開關(guān)站內(nèi)也配置一臺(tái)數(shù)傳電臺(tái)，該電臺(tái)的光纖接口通過調(diào)度通道和遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的后臺(tái)計(jì)算機(jī)建立通信鏈路。

圖2 無線數(shù)傳電臺(tái)組網(wǎng)方式

無線數(shù)傳電臺(tái)支持透明組網(wǎng)，對(duì)于遠(yuǎn)程后臺(tái)計(jì)算機(jī)來說，就如同現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)能耗采集終端通過光纖直接與后臺(tái)計(jì)算機(jī)發(fā)生通信一樣。這樣后臺(tái)軟件基于光纖通信設(shè)計(jì)的軟件無需做任何更改即可使用。現(xiàn)場(chǎng)的無線數(shù)傳電臺(tái)也可以通過RS 485總線同時(shí)連接多個(gè)測(cè)控設(shè)備設(shè)備。同樣的，這些連接都是透明的，就如同這些測(cè)控設(shè)備都直接連接到后臺(tái)計(jì)算機(jī)RS 485通信端口上一樣。

3 系統(tǒng)功能

3.1溫度傳感器和溫度采集器

溫度傳感器實(shí)現(xiàn)各箱變回路電纜溫度數(shù)據(jù)采集，通過ZigBee信號(hào)把溫度數(shù)據(jù)傳送到溫度采集器。溫度采集器和各溫度傳感器通信，獲取溫度采集數(shù)據(jù)，通過RS 485接口將溫度數(shù)據(jù)上送到溫度監(jiān)測(cè)后臺(tái)系統(tǒng)，一個(gè)溫度采集器可以和多個(gè)溫度傳感器通信。

3.2無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)

在溫度監(jiān)測(cè)后臺(tái)系統(tǒng)和各箱變溫度采集器之間構(gòu)建透明的無線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)各箱變溫度數(shù)據(jù)在線采集。

3.3溫度監(jiān)測(cè)后臺(tái)系統(tǒng)

溫度監(jiān)測(cè)后臺(tái)系統(tǒng)具有溫度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能，并綜合應(yīng)用了設(shè)備熱缺陷分類模型、絕對(duì)溫度判別、絕對(duì)溫差判別、相對(duì)溫差判別等方法對(duì)設(shè)備熱缺陷進(jìn)行分類和評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)論定期形成報(bào)表，如果觸發(fā)告警閾值則提供實(shí)時(shí)預(yù)警。運(yùn)維人員通過后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)及時(shí)了解各箱變不同部件的運(yùn)行溫度和溫度變化曲線。當(dāng)被測(cè)設(shè)備溫度高出預(yù)警值時(shí)發(fā)出告警，提醒運(yùn)維人員至現(xiàn)場(chǎng)檢查，及時(shí)安排診斷試驗(yàn)，避免停電。

4 工程應(yīng)用

該系統(tǒng)完成研發(fā)后，選取了某小區(qū)作為項(xiàng)目實(shí)施試點(diǎn)。該小區(qū)有一座小區(qū)開關(guān)站和六座箱變。通過在各箱變內(nèi)安裝溫度在線監(jiān)測(cè)設(shè)備和無線數(shù)傳電臺(tái)，和安裝在變電站內(nèi)的無線數(shù)傳電臺(tái)實(shí)現(xiàn)了無線通信。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上送到了遠(yuǎn)程監(jiān)控中心的后臺(tái)溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)小區(qū)箱變的溫度在線采集。后臺(tái)溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可從各箱變正常接收溫度采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。后臺(tái)軟件具有溫度監(jiān)視，越限告警，統(tǒng)計(jì)報(bào)表，缺陷分析等功能，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)運(yùn)行和狀態(tài)檢修起到了很好的技術(shù)支撐作用。

5 結(jié)語

通過對(duì)小區(qū)箱變溫度進(jìn)行在線數(shù)據(jù)采集和運(yùn)行監(jiān)視，為實(shí)現(xiàn)配電設(shè)施的狀態(tài)檢修提供了基礎(chǔ)技術(shù)平臺(tái)?；跀?shù)傳電臺(tái)的小區(qū)箱變溫度在線采集系統(tǒng)，很好地解決了常規(guī)通信手段造價(jià)高，安裝不便的實(shí)際問題。該方案具有造價(jià)低、安裝靈活、維護(hù)擴(kuò)展方便等優(yōu)勢(shì)。這一技術(shù)在同領(lǐng)域應(yīng)用具有很好的推廣價(jià)值。

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MEI Fan, JIN Jian, SUN Jin, et al. Design and application of a new type of online monitoring device for transformer core earthing current[J]. Power & Energy，2016，37 (3)：311-313．

(本文編輯：楊林青)

Design and Application of Box-Type Substation On-Line Temperature Monitoring System Based on Wireless Data Transmission Station

XU Yougang，ZHU Neng，LI Jianning，SHEN Xiaofeng，XU Ping

(State Grid Qingpu Power Supply Company, SMEPC, Shanghai 201799, China)

With the development of condition-based maintenance in distribution network, the on-line monitoring of distribution equipment, which provides basic data for condition-based maintenance of distribution network is very important. As an important part of distribution netwrok, the safe operation of the box-type substation (box-type transformer) is directly related to the reliability of the whole power grid. In view of the large number of the neighborhood box-type substations and their wide geographically distribution, this paper proposes and implements a neighborhood temperature on-line monitoring system based on wireless data transmission network. The system is composed of wireless temperature acquisition equipment, wireless data transmitter network, remote data acquisition (temperature monitoring), background system and other functional units, and it has the advantages of low cost, convenient installation and easy maintenance.

power distribution network; box-type substation; temperature on-line monitoring system; wireless data transmission station

10.11973/dlyny201704017

徐友剛(1985—)，男，碩士，工程師，從事變電運(yùn)檢工作。

TM41

：A

：2095-1256(2017)04-0435-03

2017-07-05