物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用分析

佘強(qiáng) 史金剛 李運(yùn)旺 王有梅

【摘要】? ? 環(huán)網(wǎng)柜是配電網(wǎng)中的重要組成部分，隨著城市用電負(fù)荷的增加，環(huán)網(wǎng)柜的數(shù)量也在不斷增多，亟需建立環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布在城市各個(gè)配電網(wǎng)格中的環(huán)網(wǎng)柜的有效管理。當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜在運(yùn)行的過(guò)程中出現(xiàn)異常情況時(shí)，運(yùn)維人員能夠及時(shí)掌握信息，提高對(duì)環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)維和管理效率，本文主要介紹了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】? ? 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)? ? 環(huán)網(wǎng)柜? ? 在線? ? 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

引言

在城市配電網(wǎng)中，環(huán)網(wǎng)柜一般與若干條10kV配電線路相連，實(shí)現(xiàn)電能的分配。然而環(huán)網(wǎng)柜在運(yùn)行的過(guò)程中，受到的外界干擾因素較多，如自然條件使得環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)的溫度過(guò)高或濕度過(guò)大、受到外力的撞擊、所接帶的負(fù)荷較重導(dǎo)致運(yùn)行溫度偏高等，這些都是環(huán)網(wǎng)柜的異常運(yùn)行狀態(tài)。通過(guò)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行在線綜合監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)掌握環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)行信息，并可以通過(guò)移動(dòng)APP無(wú)線傳輸技術(shù)，將環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送至配電運(yùn)維人員的終端中，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜的高效精準(zhǔn)運(yùn)維，滿(mǎn)足城市配電網(wǎng)的發(fā)展需求，本文詳細(xì)分析了環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的原理和相關(guān)的應(yīng)用情況。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

在信息化時(shí)代下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展速度較快，已經(jīng)應(yīng)用在包括電力行業(yè)在內(nèi)的多個(gè)領(lǐng)域，提高了社會(huì)的信息化和自動(dòng)化技術(shù)水平。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中的智能感知和智能辨識(shí)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的智能化準(zhǔn)確采集，并與通信技術(shù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速傳輸和處理，提高電力生產(chǎn)的技術(shù)水平[1]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)網(wǎng)柜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用，可以分為感知層、控制層和應(yīng)用層等三層。

其中，感知層主要是利用物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)采集方面的優(yōu)勢(shì)，廣泛采集環(huán)網(wǎng)柜的各類(lèi)運(yùn)行數(shù)據(jù)?？刂茖邮菍⑺杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，應(yīng)用層則是將處理后的數(shù)據(jù)形成相應(yīng)的結(jié)果或決策信息，供環(huán)網(wǎng)柜運(yùn)維人員進(jìn)行參考。

二、環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1 環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基本功能

環(huán)網(wǎng)柜在城市配電網(wǎng)中的分布較為分散，管理的難度較高，如果依然采用傳統(tǒng)人工對(duì)環(huán)網(wǎng)柜進(jìn)行巡檢的方式，則管理和運(yùn)維效率較低，也難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜中存在的異?；蚬收锨闆r[2]。

采用環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜異常運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別和檢測(cè)，并發(fā)出相應(yīng)的異常運(yùn)行狀態(tài)預(yù)警，對(duì)環(huán)網(wǎng)柜的健康狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2 環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成

在環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，主要包括單片機(jī)、傳感器和通信模塊等。傳感器負(fù)責(zé)采集環(huán)網(wǎng)柜的各類(lèi)運(yùn)行數(shù)據(jù)信息，并將數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)中，通過(guò)計(jì)算程序進(jìn)行分析，并將得出的結(jié)果通過(guò)通信模塊發(fā)送到環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)維人員所持的終端。

傳感器包括溫濕度傳感器、光電傳感器等，其中溫濕度傳感器主要用于采集環(huán)網(wǎng)柜中的溫度和濕度信息，光電傳感器用來(lái)采集環(huán)網(wǎng)柜中的開(kāi)關(guān)量信息[3]。此外，由于環(huán)網(wǎng)柜可能會(huì)受到外界的撞擊，故在該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中還設(shè)置了加速度傳感器。其中，環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖1所示。

這種環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)裝置能夠適應(yīng)較為復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境，容易安裝。此外，該環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)裝置還具有以下特點(diǎn)：

一是自帶傳感器（配電纜及接線端子），現(xiàn)場(chǎng)即插即用，安裝施工簡(jiǎn)單;

二是全端口防雷，光電隔離;

三是主動(dòng)上報(bào)機(jī)制，有告警則上報(bào)數(shù)據(jù)，具備智能設(shè)備低端協(xié)議解析功能，數(shù)據(jù)量也較小，通信效率較高。

三、環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)際應(yīng)用

3.1 智能感知

環(huán)網(wǎng)柜的空間較為狹窄和緊湊，長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行容易出現(xiàn)異常的運(yùn)行狀態(tài)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，其中智能感知技術(shù)發(fā)揮著關(guān)鍵作用，可為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供豐富準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息來(lái)源。

環(huán)網(wǎng)柜中，物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)轉(zhuǎn)換元件進(jìn)行處理后，可以轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或者光信號(hào)，這類(lèi)信號(hào)可以輸入到網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸和處理。物理量包括溫度、濕度、振動(dòng)等，化學(xué)量包括環(huán)網(wǎng)柜是否浸水、氣體含量等。通過(guò)對(duì)這些信息量進(jìn)行采集，能夠掌握環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)行狀況。

3.2 統(tǒng)一信息模型和統(tǒng)一通信規(guī)約技術(shù)

由于環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)行數(shù)據(jù)信息類(lèi)型較多，故在環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中采用了多種不同類(lèi)型的傳感器，各類(lèi)傳感器所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行交互存在一定的困難，并且不同生產(chǎn)廠家的傳感器設(shè)備的數(shù)據(jù)格式、表達(dá)方式等方面不一，在互聯(lián)互通方面也難以實(shí)現(xiàn)。為了保證各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息交互質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜運(yùn)行狀態(tài)的全面感知和實(shí)時(shí)掌握，采用統(tǒng)一信息模型和統(tǒng)一的通訊規(guī)約技術(shù)，是環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)之一。其中，統(tǒng)一信息模型可以采用目前在智能變電站中廣泛采用的IEC 61850通信標(biāo)準(zhǔn)[4]。在這種通信標(biāo)準(zhǔn)中，以傳感器作為最小的邏輯通信單元，并對(duì)環(huán)網(wǎng)柜中所布置的各類(lèi)傳感器分別建模。由于在建模的過(guò)程中采用的是統(tǒng)一的信息模型，故可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一建模，提高數(shù)據(jù)之間的互操作性。

IEC 61850采用面向?qū)ο蟮慕＜夹g(shù)，定義了基于客戶(hù)機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的層次數(shù)據(jù)模型，如圖2所示。面向?qū)ο蟮慕７椒ǖ某霭l(fā)點(diǎn)和基本原則是盡可能模擬人類(lèi)習(xí)慣的思維方式，使開(kāi)發(fā)軟件的方法盡可能接近人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界的方法與過(guò)程。從應(yīng)用的角度，IEC61850標(biāo)準(zhǔn)又將服務(wù)器分層為邏輯設(shè)備LD（Logical Device），邏輯設(shè)備包含邏輯節(jié)點(diǎn)LN（Logical Node），邏輯節(jié)點(diǎn)包含數(shù)對(duì)象DO（Data Object ），數(shù)據(jù)對(duì)象則是由數(shù)據(jù)屬性（data attributes）構(gòu)成的共用數(shù)據(jù)類(lèi)的命名實(shí)例。

IEC 61850把裝置的不同功能抽象為邏輯節(jié)點(diǎn)，裝置具有的功能就是各個(gè)邏輯節(jié)點(diǎn)的集合，這很好地解決了裝置的類(lèi)型和裝置功能的組合。此外建立環(huán)網(wǎng)柜在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的統(tǒng)一信息模型之后，需要通過(guò)統(tǒng)一的通信規(guī)則映射到網(wǎng)絡(luò)層，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡(luò)層的傳輸。

在IEC 61850通信標(biāo)準(zhǔn)中，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)定義通信服務(wù)，服務(wù)接口采用抽象通信服務(wù)接口的方法，它獨(dú)立于具體的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層協(xié)議?？蛻?hù)服務(wù)通過(guò)抽象通信服務(wù)接口，由SCSM映射到采用的通信?；騾f(xié)議子集[5]。該統(tǒng)一通信規(guī)約在應(yīng)用的過(guò)程中，只需要將對(duì)象和服務(wù)映射到新的特定通信協(xié)議棧，只要改變相應(yīng)的特定通信服務(wù)映射SCSM即可，而信息模型及相關(guān)規(guī)范不用變化。正是由于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的這些特點(diǎn)，使應(yīng)用和通信解耦，促使構(gòu)建無(wú)縫開(kāi)放式的環(huán)網(wǎng)柜自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。

3.3 環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)際部署應(yīng)用中，應(yīng)把握各類(lèi)傳感器的關(guān)鍵安裝技術(shù)指標(biāo)，保證合格的施工安裝質(zhì)量。

傳感器涉及到的技術(shù)指標(biāo)包括通信頻率、運(yùn)行溫度、工作電流、發(fā)射功率等，其中通信頻率可以取2.4GHz，運(yùn)行溫度一般范圍較多，基本都能夠滿(mǎn)足。傳感器的發(fā)射功率不超過(guò)1mW，工作電流不超過(guò)3微安，當(dāng)滿(mǎn)足這些基本條件時(shí)，傳感器能夠保證正?？煽抗ぷ鳎瑴?zhǔn)確采集環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)網(wǎng)柜的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

四、結(jié)論

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以有效提高環(huán)網(wǎng)柜的運(yùn)維和管理的信息化和自動(dòng)化水平，為打造堅(jiān)強(qiáng)配電網(wǎng)提高技術(shù)支撐。本文所分析的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)網(wǎng)柜在線綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)，可以在實(shí)際環(huán)網(wǎng)柜運(yùn)維中加以應(yīng)用，有力保障配電網(wǎng)的運(yùn)行安全。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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