基于無線網(wǎng)的電力設(shè)備監(jiān)控研究

康 欣

（江門電力設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 江門529000）

0 引言

提高對電力設(shè)備工作狀態(tài)的掌握程度，增加電力設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠度，一種有效的手段是進(jìn)行監(jiān)測。與電網(wǎng)諧波監(jiān)測相似，目前，電力設(shè)備的監(jiān)測由現(xiàn)場抽檢逐漸過渡為實(shí)時(shí)監(jiān)控。由于當(dāng)前電力設(shè)備的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控存在諸多尚未解決的問題，在以往無線監(jiān)控的基礎(chǔ)上，本文給出了一種利用無線網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控的思路，一方面可實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)采集，便于對電力設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和管理；另一方面可實(shí)現(xiàn)對電力設(shè)備故障的在線診斷，提高管理和維護(hù)效率。

1 影響電力設(shè)備穩(wěn)定性的因素

影響電力設(shè)備穩(wěn)定性的因素主要包括：（1）電力設(shè)備線路絕緣老化；（2）電力裝置內(nèi)外的EMC；（3）電力設(shè)備維護(hù)較為困難，很難達(dá)到滿意的標(biāo)準(zhǔn)。

2 電力設(shè)備無線監(jiān)控及其基本方案

根據(jù)所要監(jiān)控的電力設(shè)備與監(jiān)控站之間的距離，電力設(shè)備的無線監(jiān)控主要分為長距離監(jiān)控和短距離監(jiān)控2種。長距離監(jiān)控以GPRS為基礎(chǔ)［1－2］，通過對現(xiàn)場核心電力設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控采集測量數(shù)據(jù)，并收集到固定的采集終端，然后經(jīng)GPRS與監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交互。這種方式成本較高，主要針對電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。短距離監(jiān)控以無線傳感器為基礎(chǔ)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將某個(gè)變電站（所）、某個(gè)供變電裝置的電力設(shè)備信息集中匯總，然后分別記錄、監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)。這種方式造價(jià)較低，適用于局域網(wǎng)內(nèi)無線傳感網(wǎng)絡(luò)可覆蓋的電力設(shè)備。

在此基礎(chǔ)上，對無線傳感網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域采用短距離監(jiān)控方式，如圖1所示。

圖1 電力設(shè)備無線監(jiān)控基本方案

假定某地有n個(gè)變電站，以往對變電站設(shè)備的監(jiān)控一般采用巡查方式。這種方式耗時(shí)、耗力，不便于對設(shè)備進(jìn)行管理和維護(hù)。采用圖1所示的監(jiān)控方案，在每個(gè)變電站設(shè)置一個(gè)足夠大的無線局域網(wǎng)，即可對重點(diǎn)設(shè)備進(jìn)行節(jié)點(diǎn)信息采集。

3 電力設(shè)備無線監(jiān)控系統(tǒng)的基本構(gòu)成

無線監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)包含信息檢測、傳輸、存儲，與監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信，數(shù)據(jù)處理，狀態(tài)識別，預(yù)報(bào)決策等多個(gè)單元。

（1）電力設(shè)備運(yùn)行信息檢測、傳輸、存儲。根據(jù)所要檢測的電力設(shè)備的差異，選擇不同的傳感器來測量并提取電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，然后將這種狀態(tài)信號經(jīng)ZigBee或藍(lán)牙傳輸?shù)綗o線局域網(wǎng)覆蓋站點(diǎn)的存儲器存儲。（2）與電力監(jiān)管中心的監(jiān)控計(jì)算機(jī)通信。多個(gè)變電站存儲器存儲的電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)GPRS傳輸?shù)奖O(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，同時(shí)將監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號傳輸?shù)较鄳?yīng)變電站的終端，對某些設(shè)備作出干預(yù)。（3）電力設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)處理。從不同變電站傳輸來的電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)需要在前臺機(jī)進(jìn)行預(yù)處理以及在后臺機(jī)進(jìn)行綜合處理及分析。（4）電力設(shè)備狀態(tài)判斷。把由無線路由傳輸來的各變電站電力設(shè)備信息集中匯總，并與積累的有效數(shù)據(jù)庫中電力設(shè)備運(yùn)行溫度、電流、電壓等進(jìn)行比較，確認(rèn)目前電力設(shè)備是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)。（5）根據(jù)狀態(tài)判斷信息進(jìn)行設(shè)備維護(hù)。根據(jù)狀態(tài)判斷得出的結(jié)論適當(dāng)對電力設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，若所監(jiān)測的電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)明顯異于正常值，那么可組織專業(yè)的電力維護(hù)人員對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)。

4 電力設(shè)備無線監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建

電力設(shè)備無線監(jiān)控系統(tǒng)主要由信息數(shù)據(jù)采集裝置、測量信息匯總裝置、監(jiān)控計(jì)算機(jī)組成，系統(tǒng)框圖如圖2所示。

對于電流/電壓信號的采集，可采用對應(yīng)的霍爾傳感器。它的頻帶范圍較寬，與常規(guī)的鉗式電流/電壓裝置相比較，可更好地區(qū)分異常信號。溫度信號的采集主要針對主變等溫升明顯的設(shè)備，當(dāng)溫度升高，高于可靠運(yùn)行的要求閾值，監(jiān)控計(jì)算機(jī)就會發(fā)出控制信號到現(xiàn)場終端，利用風(fēng)機(jī)、空調(diào)等給主變等溫升明顯的設(shè)備降溫。

現(xiàn)場終端是基于單片機(jī)的現(xiàn)場信號采集、處理、傳輸機(jī)構(gòu)。電力設(shè)備的電壓、電流信號經(jīng)PT、CT采樣，經(jīng)過信號調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換，輸入到單片機(jī)處理，實(shí)時(shí)記錄電壓、電流數(shù)值，并把信息數(shù)值經(jīng)GPRS傳遞到監(jiān)管中心計(jì)算機(jī)。另外，主變等電力設(shè)備的溫度檢測經(jīng)ZigBee傳輸?shù)娇刂破魈幚?，可?shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)記錄的功能，其存儲電路如圖3所示。

圖3 電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)存儲電路

監(jiān)控計(jì)算機(jī)對終端數(shù)據(jù)的訪問和對設(shè)備的監(jiān)控是本系統(tǒng)的核心之一?，F(xiàn)場終端與監(jiān)控計(jì)算機(jī)的通信可通過GPRS來實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)場終端采集的電力設(shè)備狀態(tài)信息上傳到中間服務(wù)器，監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過GPRS訪問中間服務(wù)器獲取某個(gè)變電站電力設(shè)備的詳細(xì)信息，然后根據(jù)計(jì)算機(jī)處理，經(jīng)狀態(tài)識別對電力設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)作出評估，再在線對設(shè)備進(jìn)行干預(yù)或指派工作人員及時(shí)維護(hù)，在故障發(fā)生前排除潛在危害。

因此，在電力設(shè)備無線監(jiān)控過程中，對那些遠(yuǎn)離有線范圍的電力設(shè)備采用無線監(jiān)控方式具有明顯的優(yōu)勢。圖4給出了無線節(jié)點(diǎn)接入無線局域網(wǎng)的流程。

5 結(jié)語

利用無線網(wǎng)對電力設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控具有諸多優(yōu)點(diǎn)，利用ZigBee等短程通信手段，將電力設(shè)備狀態(tài)集中收集到某個(gè)監(jiān)控站，然后由監(jiān)控站經(jīng)GPRS統(tǒng)一收發(fā)監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)信息，相對于單一的GPRS通信，這種方式更加經(jīng)濟(jì)合理，可實(shí)現(xiàn)對更多電力設(shè)備的監(jiān)控，保證電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

圖4 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器軟件流程

［1］滕志軍，王晨臣，任舉，等.基于GPRS技術(shù)的電力設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.徐州工程學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010（1）

［2］成春旺，劉曉平，孔兵，等.基于GPRS的電力設(shè)備無線監(jiān)控系統(tǒng)研究［J］.電力系統(tǒng)通信，2006（2）