基于移動終端的開關(guān)柜觸頭溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)研究

王玉忠　葉海飛　郭志家

摘? 要：為了使運維人員能夠更好地掌握變電站開關(guān)柜觸頭溫度變化趨勢，提高電力運維人員的知曉率和控制率，利用4G通信技術(shù)、PHP多層構(gòu)架技術(shù)、SAW測溫技術(shù)，構(gòu)建基于移動終端的開關(guān)柜觸頭溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)實現(xiàn)了觸頭溫度數(shù)據(jù)的底層傳輸、網(wǎng)絡(luò)傳輸、平臺接收、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)查詢等功能。經(jīng)系統(tǒng)測試運行表明，系統(tǒng)能自動實時地將觸頭溫度數(shù)據(jù)上傳至生命周期云平臺，各監(jiān)管領(lǐng)導(dǎo)通過手機APP可同步了解變電站開關(guān)柜觸頭溫度變化趨勢，運維人員通過生命周期云平臺可及時調(diào)整巡檢周期、負荷分配方案。

關(guān)鍵詞：高壓開關(guān)柜;觸頭溫度監(jiān)測;SAW測溫;4G通信

中圖分類號：TP277? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A

0 引言

全封閉式金屬鎧裝開關(guān)柜已廣泛使用在10 kV、35 kV電壓等級的系統(tǒng)中，并作為目前電網(wǎng)中的重要設(shè)備之一，作為供電系統(tǒng)中接受和分配電能的裝置，其性能的可靠性關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全運行。其開關(guān)柜觸頭的材料具有確定的臨界溫度，當(dāng)實際溫度高于臨界溫度時，材料的耐電壓強度會顯著下降，如不能及時發(fā)現(xiàn)并采取措施，可能會造成嚴(yán)重的事故，由此可知觸頭溫升是影響開關(guān)柜工作的主要因素。用電需求越來越大，實時掌握觸頭溫度的變化對運維人員就越來越重要，可第一時間采取措施，避免不必要的事故發(fā)生。該文通過移動終端和生命周期云平臺構(gòu)建觸頭溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)多用戶實時訪問、與PC機終端同步智能管理，可及時提高運維人員對觸頭溫度變化趨勢的掌握，并有助于運維人員對巡檢周期、負荷分配方案進行及時調(diào)整，提高設(shè)備運行的穩(wěn)定性，減少停電事故的發(fā)生。

1 關(guān)鍵技術(shù)介紹

1.1 SAW測溫技術(shù)

在眾多的無源傳感器中，SAW傳感器是以溫度變化導(dǎo)致聲表面波的相關(guān)器件固有的諧振頻率變化，達到測量電氣設(shè)備實時溫度的目的。測溫傳感器采用石英半導(dǎo)體材料設(shè)計的聲表面波（SAW-SurPace Acoustic Wave）諧振器， 當(dāng)有一個特定頻率的電波輸入聲表面波諧振器，諧振器輸出的電波信號頻率會隨著環(huán)境溫度的變化而變化，利用它的這個特性，通過采集諧振器的輸出頻率，就可以得到對應(yīng)的環(huán)境溫度，經(jīng)采集器收發(fā)無線電波，上傳計算溫度值。該文通過SAW測溫技術(shù)實現(xiàn)底層數(shù)據(jù)采集，可有效解決傳輸環(huán)節(jié)的絕緣問題。

1.2 無線分組信息服務(wù)技術(shù)

4G通信技術(shù)是一種成熟的無線通信技術(shù)，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，帶寬高，運營費用低等優(yōu)勢，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)計量采集的通信鏈路層，但是在實際采集工作中發(fā)現(xiàn)，在一些遠離通信基站或通信基站數(shù)較少的鄉(xiāng)村偏遠地區(qū)和建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、遮擋物多的城市樓宇群，會嚴(yán)重影響信息傳輸效率。該文通過分組逆向推送重傳技術(shù)，將數(shù)據(jù)分組，由多個服務(wù)器發(fā)送，通信錯誤時服務(wù)器主動推送重發(fā)請求，進行組數(shù)據(jù)信息驗證，可有效地解決4G在復(fù)雜用電環(huán)境中通信中斷及錯誤效高的問題，完成底層數(shù)據(jù)的有效傳輸。

1.3 度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)整體設(shè)計

系統(tǒng)以生命周期云平臺為核心，觸頭溫度通過無源無線SAW傳感器將采集結(jié)果上傳至PC機，再經(jīng)4G通信網(wǎng)上傳至云平臺，云平臺將數(shù)據(jù)整合分析，主動推送到運維人員及高管的手機APP中，以可視界面及預(yù)警信息方式呈現(xiàn)。云平臺為運維人員提供設(shè)備檔案、觸頭溫度趨勢圖、預(yù)警信息、坐標(biāo)信息等服務(wù);運維人員作為設(shè)備一線管理者，可通過手機APP或PC機實現(xiàn)資源共享，及時掌握觸頭溫度變化趨勢，制定相應(yīng)的巡檢周期、負荷分配方案等。同時，云平臺還具有大數(shù)據(jù)分析功能，為高管提供觸頭溫度大數(shù)據(jù)分析服務(wù)，作為高管設(shè)備全生命周期評估的數(shù)據(jù)支撐。

1.3.1 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計

觸頭溫度監(jiān)測管理業(yè)務(wù)成熟性、穩(wěn)定性的PHP多層技術(shù)構(gòu)架，以提高系統(tǒng)的靈活性、可擴展性、安全性及處理能力，同時通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)與溫度監(jiān)測系統(tǒng)和4G通信系統(tǒng)等子系統(tǒng)集成。

實現(xiàn)系統(tǒng)功能，具體如圖1所示。

1.3.2 業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)將業(yè)務(wù)體系分為3層，由下向上依次為溫度監(jiān)測物理層、4G通信層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層。

溫度監(jiān)測物理層：借助自動化組網(wǎng)、多傳感器集成的監(jiān)測方式，將數(shù)據(jù)集中采集至PC機終端，再通過4G通信把環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，完成實時數(shù)據(jù)采集作業(yè)。

4G通信層：該層是溫度監(jiān)測管理平臺的一個核心，提供了溫度監(jiān)測的數(shù)據(jù)傳輸支持，實現(xiàn)服務(wù)器與PC機終端、移動終端的實時通信。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層：基于觸頭溫度監(jiān)測信息的支持，開展各模塊信息錄入、修改、刪除、權(quán)限分配等數(shù)據(jù)展觀和集成管理。

1.3.3 功能架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)功能架構(gòu)可以劃分為2個層次：下層為數(shù)據(jù)層，當(dāng)PC機終端對觸頭進行自動測溫時為上層提供數(shù)據(jù);上層為數(shù)據(jù)管理及移動監(jiān)管層，為管理人員提供信息管理，查詢、權(quán)限分配、監(jiān)測的集成和統(tǒng)一入口。

1.3.4 數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計

變電站開關(guān)柜觸頭溫度監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計以系統(tǒng)功能業(yè)務(wù)模塊為依據(jù)，分別是變電站、PC機終端、用戶移動終端、用戶端管理員、溫度傳感器、權(quán)限、用戶和歷史記錄。

1.4 運行架構(gòu)設(shè)計

監(jiān)測系統(tǒng)運行架構(gòu)從邏輯設(shè)計上需要一個觸頭溫度數(shù)據(jù)庫，一個智能移動終端平臺。

服務(wù)器的作用是：觸頭溫度數(shù)據(jù)庫作為變電站觸頭測溫監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的核心服務(wù)器，用于存儲系統(tǒng)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、空間地理數(shù)據(jù)和系統(tǒng)支撐平臺數(shù)據(jù);移動終端平臺用于部署監(jiān)測系統(tǒng)MVC架構(gòu)的應(yīng)用程序，應(yīng)用Android操作系統(tǒng);物理部署中數(shù)據(jù)庫設(shè)有一臺獨立服務(wù)器，建立新的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

1.5 權(quán)限管理結(jié)構(gòu)設(shè)計

提供的權(quán)限管理基于先進的責(zé)任模型。通過定義不同對象之間的關(guān)系的約束，可以根據(jù)不同單位的特定業(yè)務(wù)組織結(jié)構(gòu)來靈活地定義應(yīng)用的權(quán)限管理結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)觸頭運行狀態(tài)資源共享監(jiān)管。

2 應(yīng)用方案

系統(tǒng)配置結(jié)合現(xiàn)場開關(guān)柜各連接點要求，以開關(guān)柜為例，每面開關(guān)柜內(nèi)需安裝9個點，即斷路器上觸頭三相、下觸頭三相與電纜進出線終端頭連接處。預(yù)計接入1個站100個測溫點，使用專用服務(wù)器、原移動終端和4G網(wǎng)構(gòu)建整體系統(tǒng)，實現(xiàn)管理員、運維人員的權(quán)限分配，支持對1個變電站100個測溫點，8個以上移動終端接入點的權(quán)限管控。

云平臺是整體系統(tǒng)的橋梁，實現(xiàn)用戶遠程監(jiān)測開關(guān)設(shè)備觸頭溫度變化情況。所有設(shè)備接入云平臺時均采用雙向自動識別和驗證，并完成數(shù)據(jù)的上傳及訪問，接收的數(shù)據(jù)進行分類存儲、數(shù)據(jù)分析、預(yù)警信息推送、權(quán)限劃分及識別等。數(shù)據(jù)查詢接口依次調(diào)用服務(wù)層、數(shù)據(jù)訪問層方法完成數(shù)據(jù)庫查詢，并將查詢結(jié)果以List集合的方式返回，服務(wù)層將查詢結(jié)果轉(zhuǎn)換為JSON字符串后，由控制層返回頁面。

3 效果評價

（1）系統(tǒng)正常投運后，可有效地降低運維巡檢人員工作強度，減少遺漏、不及時、不專業(yè)的問題，還可實現(xiàn)資源共享，提高了人身安全性及監(jiān)管的隨時性，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟和社會效益。

（2）開關(guān)柜觸點溫度在線監(jiān)測，為故障定位獲得第一手運行數(shù)據(jù)，便于及時發(fā)現(xiàn)隱患。

（3）溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用解決了開關(guān)柜內(nèi)部各連接點溫度無法檢測的難題，滿足了供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的要求，達到了預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)論

溫度監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用效果很好，對處于高電壓、大電流的環(huán)境中的開關(guān)柜運行狀態(tài)，實現(xiàn)了實時安全在線溫度監(jiān)測，因該技術(shù)是基于移動終端的無線監(jiān)測，避免了PC機終端監(jiān)測的局限性，且雙向自動識別，隨時隨地的安全查看開關(guān)柜觸頭溫度變化趨勢，實時主動推送異常數(shù)據(jù)，有助于提高電力運維人員的知曉率和控制率，可滿足電力系統(tǒng)快速處理事件的機制，也初步實現(xiàn)了高壓開關(guān)柜的智能化管理，具有較好的應(yīng)用前景和推廣價值。

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