基于移動4G網(wǎng)絡(luò)的智能電力開關(guān)站的實現(xiàn)

顏小軍 ,王宏玉

（1.浙江融創(chuàng)信息產(chǎn)業(yè)有限公司；2.中國移動通信有限公司）

YAN Xiao-jun1，WANG Hong-yu2

（1.Zhejiang Rongchuang Information Industry Co.,Ltd.；2.China Mobile Communications Co.,Ltd.）

1 引言

隨著城市化進程的不斷深入，電力網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍在迅速擴大，開關(guān)站也在快速增加。由于開關(guān)站數(shù)量眾多、地域分布廣的特點，電力數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)暫還無法對這類機房統(tǒng)一管理，同時因為數(shù)量眾多，也不可能做到專人值守；而開關(guān)站作為電力系統(tǒng)的下層分配單元，直接面對企業(yè)和家庭客戶，重要性又不可忽視。

目前的開關(guān)站一般采用無人值守的管理模式，對它的管理主要存在以下方面的問題：大量開關(guān)站無法納入電力監(jiān)控管理系統(tǒng)，無法實時對設(shè)備和環(huán)境系統(tǒng)進行有效監(jiān)管；管理人員無法客觀掌握人工巡檢的真實狀況；無法對電力設(shè)備設(shè)施的盜竊事件進行有效監(jiān)控和防范。

對于電力行業(yè)具有大量無人值守開關(guān)站的用戶來說，遠程、實時的綜合監(jiān)控是行業(yè)系統(tǒng)安全運作必備的前提條件，如何將遠程的圖像監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)控、防盜、消防和報警聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)有機地結(jié)合起來，做到既可以遠程監(jiān)視、遙控和圖像傳輸，又具備環(huán)境的整體監(jiān)控，并且具有聯(lián)網(wǎng)移動終端報警網(wǎng)絡(luò)的功能，以及更加有效地預(yù)防事故發(fā)生、打擊犯罪、保障財產(chǎn)安全。確保系統(tǒng)運行穩(wěn)定，將安全防范技術(shù)提高到一個新的水平，這已經(jīng)成為當(dāng)前監(jiān)控行業(yè)發(fā)展的主要方向。針對電力小區(qū)配電間無人值守管理模式所存在的上述問題，本文將詳細介紹浙江省某市（區(qū)）電力局設(shè)計的基于移動4G網(wǎng)絡(luò)的智能電力開關(guān)站。

2 項目概況

浙江省某市（區(qū)）地處沿海，夏季用電負荷高，氣候條件相對惡劣，容易出現(xiàn)特大暴雨，導(dǎo)致配電設(shè)施容易進水；天氣炎熱，開關(guān)站室內(nèi)溫度高，也容易加速絕緣老化；夏季空氣濕度大，同時早晚氣候變化大，容易出現(xiàn)凝露現(xiàn)象，增加放電概率，進一步加速絕緣老化；部分站內(nèi)通風(fēng)不暢，沒有安裝有效改善運行環(huán)境的裝置，存在一定安全隱患；隨著霧霾天氣增加，開關(guān)站內(nèi)容易積塵垢等。以上情況，非常容易大幅提高開關(guān)站故障概率。該市（區(qū)）電力局下轄開關(guān)站5000余個，對于如何有效地加強開關(guān)站綜合監(jiān)控管理，是電力局目前首要關(guān)注的問題。

3 系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

智能電力開關(guān)站系統(tǒng)可對門禁管理、環(huán)境監(jiān)測、動力監(jiān)測、視頻監(jiān)控、入侵報警監(jiān)測、報警管理、消防輔助系統(tǒng)等進行整合，負責(zé)對開關(guān)站內(nèi)門禁、視音頻、環(huán)境量、開關(guān)報警量、設(shè)備控制等信息進行采集、編碼、存儲及上傳，并根據(jù)制定的規(guī)則進行自動化聯(lián)動。系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。

智能電力開關(guān)站系統(tǒng)對所轄開關(guān)站內(nèi)的多廠家視頻編碼設(shè)備、入侵報警設(shè)備、動力環(huán)境主機設(shè)備、門禁主機、報警主機等設(shè)備進行統(tǒng)一管理，并對多數(shù)據(jù)處理、融合、展現(xiàn)、報警聯(lián)動。

3.2 系統(tǒng)設(shè)備部署

3.2.1 設(shè)備部署示意圖

數(shù)量大、分布范圍廣的開關(guān)站大多尚未納入電力SCADA系統(tǒng)（數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)）中，這類站的管理現(xiàn)狀主要存在以下問題：無法有效管理門的開啟和關(guān)閉；無法實現(xiàn)集中控制；無法對設(shè)備進行有效監(jiān)測；對人員巡查不能有效監(jiān)管；無法對環(huán)境進行監(jiān)測；無法防盜。針對上述問題，需要在開關(guān)站設(shè)置門禁、攝像頭、溫濕度傳感器、水浸探測器、電壓及電流傳感器、紅外對射等設(shè)備，如圖2所示。

3.2.2 門禁管理

圖1 系統(tǒng)拓撲圖

圖2 設(shè)備部署示意圖

門禁管理系統(tǒng)主要由前端設(shè)備、中間傳輸網(wǎng)絡(luò)與管理中心組成。前端設(shè)備由門禁讀卡器、電控鎖、開門按鈕及門禁控制器等組成，主要負責(zé)采集與判斷人員身份信息與通道進出權(quán)限，結(jié)合電鎖控制對授權(quán)人員放行。傳輸網(wǎng)絡(luò)主要負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，包括門邊設(shè)備與門禁控制器之間，以及控制器與管理中心之間的數(shù)據(jù)通信。管理中心負責(zé)系統(tǒng)配置與信息管理，實時顯示系統(tǒng)狀態(tài)等，主要由管理服務(wù)器與管理平臺組成。

3.2.3 視頻監(jiān)控

開關(guān)站部署1臺130萬像素的紅外定焦攝像機和1臺帶2T硬盤的NVR，采用本地存儲、遠端調(diào)用的模式，能將攝像機的號碼及位置、攝像日期和時間等信息進行疊加，以便在監(jiān)視圖像上顯示必要信息，并可用漢字顯示。所有字符的格式、內(nèi)容等信息，均可由用戶方便地自由修改。

3.2.4 環(huán)境監(jiān)控

開關(guān)站部署水浸探測器、溫濕度傳感器、電壓及電流傳感器，可直接接入物聯(lián)網(wǎng)一體機上傳監(jiān)控中心。系統(tǒng)可以對模擬量設(shè)置閾值，當(dāng)模擬量數(shù)值超過閾值時產(chǎn)生告警；支持實時顯示環(huán)境信息的告警，告警時將在環(huán)境信息數(shù)據(jù)上以特殊的顏色來標(biāo)示；支持查看環(huán)境信息模擬量的實時趨勢曲線，以及對歷史環(huán)境信息模擬量進行檢索并生成曲線。

3.2.5 入侵報警

入侵報警系統(tǒng)由用戶端、傳輸網(wǎng)絡(luò)和接警中心組成，其中用戶端包括各類探測傳感器、控制主機；傳輸網(wǎng)絡(luò)采用移動4G；接警中心（運檢部門）則由接警管理計算機以及相應(yīng)軟件等組成。前端用戶報警發(fā)生后，管理平臺按照視頻復(fù)核系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)置，會自動彈出視頻，通過視頻以及報警和視頻系統(tǒng)的有機結(jié)合，來監(jiān)控現(xiàn)場情況，這樣巡檢人員就可以迅速準(zhǔn)確確定警情的真實性，并第一時間對所發(fā)生的警情進行處理，從而減少處警資源。

3.3 傳輸網(wǎng)絡(luò)

由于開關(guān)站前期大多采用無人監(jiān)管的方式，有線光纖也基本上未鋪設(shè)到位，故一般只考慮兩種傳輸網(wǎng)絡(luò)方式，即有線光纖及無線傳輸，綜合兩者的性價比來決定采用哪種方式，本文中只討論中國移動無線4G傳輸網(wǎng)絡(luò)。

3.3.1 移動4G網(wǎng)絡(luò)介紹

移動4G（TD-LTE）即 Time Division Long Term Evolution（分時長期演進），是由阿爾卡特-朗訊、諾基亞西門子通信、大唐電信、華為技術(shù)、中興通訊、中國移動等業(yè)者共同開發(fā)的第四代（4G-LTE）移動通信技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)。TDD即時分雙工(Time Division Duplexing)，是移動通信技術(shù)使用的雙工技術(shù)之一，與FDD相對應(yīng)。TD-LTE與TD-SCDMA實際上沒有關(guān)系，TD-LTE是TDD版本的LTE的技術(shù)，F(xiàn)DD-LTE的技術(shù)是FDD版本的LTE技術(shù)。TD-SCDMA是CDMA（碼分多址）技術(shù)，TD-LTE是OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)。兩者從編解碼、幀格式、空口、信令，到網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，都不一樣。移動4G下行帶寬最高100Mbps，上行帶寬50Mbps。

3.3.2 移動4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 移動4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)測試

部署完成后，經(jīng)過測試，系統(tǒng)支持在地圖上直接對視頻、報警、門禁等設(shè)備進行管理；支持增加、修改和刪除電子地圖的圖層，并可進行切換，具有超級鏈接功能；支持對地圖進行放大、縮小和漫游；支持報警事件聯(lián)動，可以圖標(biāo)閃爍、彈視頻窗口等。對電子地圖的支持效果如圖4所示。

系統(tǒng)能監(jiān)控站內(nèi)的SF6的氣體濃度，當(dāng)濃度超過指定的限制時，自動啟動排風(fēng)扇；濃度正常時，自動關(guān)閉排風(fēng)機。進入開關(guān)站工作時，用監(jiān)控中心提供的遙控器撤防后進入開關(guān)站，否則將被視為非法門禁闖入報警；能對所內(nèi)的風(fēng)扇、空調(diào)、除濕機等設(shè)備進行控制；對于大電流設(shè)備應(yīng)采用大電流的交流接觸器或者開關(guān)，并采用相配合截面的導(dǎo)線，防止發(fā)熱。

5 結(jié)束語

移動4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)非常成熟，覆蓋范圍也日趨擴大。據(jù)筆者所知，浙江移動4G網(wǎng)絡(luò)率先實現(xiàn)省內(nèi)各大地市、縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)以及主要交通干道的網(wǎng)絡(luò)全覆蓋，覆蓋人口超過4000萬。中國移動4G用戶超過5000萬戶，浙江移動4G客戶也已達220萬戶。期待移動4G網(wǎng)絡(luò)能廣泛應(yīng)用于公安、環(huán)保、交通、金融、教育等各行業(yè)，為各行業(yè)的信息化建設(shè)進一步添磚加瓦。

圖4 電子地圖測試

【1】余珂,李順才.中國移動4G業(yè)務(wù)發(fā)展戰(zhàn)略研究[D].華中科技大學(xué)，2012，4.

【2】謝顯忠等.基于TDD的第四代移動通信技術(shù)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2005.

【3】伍國萍.10kV負荷開關(guān)柜應(yīng)用淺析[J].廣東輸電與變電技術(shù)，2009（06）.

【4】陳皓東.淺談10kV環(huán)網(wǎng)柜在城網(wǎng)建設(shè)與改造中的應(yīng)用[J].西藏科技，2010（01）.