基于物联网技术的配电站房智慧监控系统的设计与实现_谢李丹.pdf

13 技术创新分析、存储和展示，并提出针对性的运维检修建议，使得运行1 引言作为电网中重要的电能分配、计量、以及电力设备保护的管理人员不但能够实时监控每个配电站房的运行情况，更能与重要场所，配电站房的状态监控质量，对于电网的运维检修与配电站房实习信息实时交互的基础上，做出更为正确及时的运14安全稳定运行水平，有着举足轻重的关键性影响。维检修措施。截至目前，这套系统已经在中国江苏省南京市的对于中国电网而言，长期以来，对于配电站房的状态监一个住宅小区得到了令人满意的实际应用效果。控，都是通过人工巡视监测方式予以实施。即每年或每季的几个典型巡视日期，由运维检修人员逐个测量和检查配电装置状态。这种方式需要花费大量的时间和人力，且难以全面、动态、及时地获取配电站房运行状态，因此难以及时发现和消除2运行故障。图1 问题与解决措施示意图尤其是近年以来，由于中国电网建设与城市化水平的长足2 系统网络架构设计 发展，使得配电站房的数量急剧增长，以致配电房运行人员的本文系统采用三层网络结构，即数据感知层、数据传输数量相对缺乏，致使许多运行故障难以通过人工巡视的方式及层、应用层/平台层，具体如图2所示。时发现，频繁引发配电设备过热烧毁、开关跳闸、配电站房漏（1）数据感知层：其功能是采集机房环境参数、视频图像、水与浸水、配电设备被盗等一系列严重事件，如图1所示。不但配电房出入口情况以及二次设备的数据，同时接收应用层/平台影响了用户的用电质量，更带来了严重的经济损失与恶劣的社层的控制指令，执行相应操作。而其中的运行环境综合管理主会影响。机、通讯管理机，则作为信息节点，汇聚传感层的信息数据。上述严峻事实表明：传统的人工定期巡检方式，确实已经（2）数据传输层：其主站互动模块，负责主控终端与主站难以保证配电站房的运行安全。为此，很有必要针对上述问的信息交互，实现“三遥”功能。在技术层面。支持标准协议题，基于智能化技术，提升配电站房状态监测与处理的智慧（包括IEC60870-5-104和ModbusTCP）网关协议等。与此同性，研究、开发相关智慧配电房监控系统，全面提升其状态监时，其通信模块，负责主站与传感器、主站之间的数据通信。控的全面性、准确性与及时性，如图1所示。（3）应用层/平台层：通过综合监控主站平台，将机房环境为实现上述目标，本文基于边缘计算与物联网技术，设计参数、视频图像、配电房出入口情况、以及二次设备的信息，并制造出了一套配电房环境监控系统。通过在配电站房部署多以图像、数据等方式，在主站与运行管理人员之间传输交互，3并提出运维检修工作建议，使运行管理人员不但能够及时了解种传感器，采集相关运行数据，进而利用智能网关，将数据汇配电站房运行状态，更能够采取有效的措施，保证设备运行安集到云平台，在此基础上，通过设备云，对网关上传数据进行基于物联网技术的配电站房智慧监控系统的设计与实现江苏征途电气科技有限公司 谢李丹 费章君为提升配电站房状态监控与状态检修水平，提高电网安全稳定运行质量，基于边缘计算与物联网技术，设计制造了一套配电站房智慧监控系统，并在配电站进行应用。相关运行情况表明：这套系统不但能够对配电站房的电力设备运行参数、环境参数、人员工作状态、安全防护情况，进行全方位在线数据采集、传输、存储，更能够进一步提供设备安全分析、健康状态分析，以及配电站房运行维护建议，从而显著提升了配电站房的管理和运维效率。142023 年 第 3 期全，既提升了配电房的管理水平，又节约了人力成本。（2）温度监测功能。采用无线温度传感器，对容易发生温升故障的高低压接线头温度进行在线监测，通过Lora协议传输给无线测温接收器。相关无线测温传感器如图5所示。图2 系统网络架构设计示意图3 系统功能设计与实现 图5 无线测温传感器 图6 超高频局放传感器3.1 安装系统以前的配电站房情况（3）局放监测功能。采用全向超高频传感器，采集开关柜在安装此系统以前，该配电房进线线路保护配置较为完室内的特高频局放信号，经过放大、滤波等处理后，并通过善。但两路配电变压器出线柜无微机保护测控装置，配置的是Lora协议将电磁波信号传输给局放监测主机，再由局放监测主机熔断器和负荷开关，不利于数据上传。环网柜配置的都是熔断对信号进行分析处理，分析放电强度、相位等信息，综合判断器，没有微机保护测控装置。配置有DTU，数据通过无线上传局放类别及严重等级，同时结合智能TEV传感器上传数据，分配网主站。中、低压不具备备自投功能，失电后需手动恢复供析局放发生位置，最后用以太网的方式，传输给智能配电网电，时间较长。保护测控、低压仪表具有通信功能，但没有形关。相关超高频局放传感器安装场所如图6所示。成系统，不具备本地和远程集中监控管理功能。另外，保护测3.3 运行环境监控功能控装置、低压仪表、辅控数据孤立，没有形成系统，不具备本在采集温度、湿度、SF6气体浓度、烟雾火灾、水位等环境地和远程监控管理功能。相关现场布置如图3所示。信息的基础上，智能整合控制照明、风机、防汛设备等工作，实现环境威胁预警联动，进而实现对配电房运行环境的实时在线监控。相关站房环境监测界面如图7所示。图3 安装系统前的配电站房布置图为解决上述问题，我们在系统中设计、实现了配电设备监控、运行环境监控、人员环境监控三大功能。3.2 配电设备的监控功能图7 站房环境监测界面通过增加保护测控装置，实现对中压开柜进行线路保护，3.4 人员工作状态的监控功能并结合扩展设备实现对变压器、中压开关柜、电缆的温度、局该功能基于人工智能视频卷积识别算法，能统计进入配电部放电等状态进行信息采集，对配电房进行实时在线监测。站房人数、安全措施到位状态。以佩戴安全帽状态检查为例，（1）配电自动化量测装置监控功能。配电自动化系统是智该系统能够统计输出监控地址、报警时间点、人员数量、佩戴能配电网的重要组成部分，该站通过通信管理机采集测量装置安全帽人数、未佩戴安全帽人数等信息。图8即是监测到未佩戴信号，实现“三遥”功能。遥信（断路器实时状态）通过采集安全帽的图像输出。断路器辅助触点信号实现；遥测量（电压电流功率等实时数据）通过采集开关柜内的相电流互感器、电压互感器等装置二次信号实现。通信管理机通过智能配电网关，将数据传输给主站，主站通过与配电自动化系统数据共享，实现设备运行状态关键数据监控，相关主接线如图4所示。图8 智能识别未佩戴安全帽情况4 结束语本文基于边缘计算与物流网技术开发了一套智能配电房综合监控系统，可以实时反映配电站房的站房环境（下转58页）图4 主接线图582023 年 第 3 期sensing for stress measurementJ.Sensors&Actuators A Physical,2007,135(2):381-387.6 DUBOV A A.A study of metal properties using the method of magnetic memoryJ.Metal Science&Heat Treatment,1997,39(9):401-405.7 王丽,冯蒙丽,丁红胜,等.金属磁记忆检测的原理和应用J.物理测试,2007(2):25-30.8 Jiles D C,Atherton D L.Theory of the magnetisation process in ferromagnets and its application to the magnetomechanical effectJ.图10 757m处扫描结果 图11 798m处扫描结果Journal of Physics D:Applied Physics,1984,17(6):1265-1281.（1）对757m处进行C扫描发现直管B圈6点钟壁厚异常，在9 WANG Z D,YAO K,DENG B,et al.Theoretical studies of C6位置最小为18.2mm，经C扫描检测复验发现管线底部6点钟位metal magnetic memory technique flux leakage signalsJ.NDT&E 置存在壁厚减薄，最小值为17.29mm，C扫描检测图谱，可以看International,2010,43(4):354-359.作是管道的展开图，蓝色代表20mm及以上，红色代表18mm及10 Wilson J W,Gui Y T,Barrans S.Residual magnetic field 以下，颜色越接近红色说明管道壁厚越薄。sensing for stress measurementJ.Sensors&Actuators A Physical,（2）对798m处经C扫描检测发现管线底部6点钟位置存在2007,135(2):381-387.局部腐蚀减薄，最小值为17.43mm（如所示位置），C扫描检测11 戴光,王文江,李伟.不同构件的磁记忆检测及分析方法研究J.无损检测,2002(06):262-266.图谱，可以看作是管道的展开图，蓝色代表20mm及以上，红色12 万强,牛红攀,韦利明,等.油气管道弱磁力层析无损检测代表18mm，颜色越接近红色说明管道壁厚越薄。技术研究J.应用数学和力学,2014,35(S1):221-225.6 结论13 冷建成,张经纬,高雅田.基于休哈特控制图的磁记忆早期通过对塔里木油气田迪那作业区某集输管道进行弱磁检损伤检测方法J.中国安全科学学报,2017,27(2):81-85.测，通过对磁信号的处理与分析得出以下结论。14 韩烨.管道本体缺陷弱磁检测技术及应用J.管道技术与（1）铁磁管道环焊缝或缺陷处在残余应力及循环载荷的作设备,2019(03):27-30.用下会导致其磁化强度的变化，并且根据磁弹性效应，在缺陷15 任文坚.磁记忆检测基础问题的试验研究D.南昌航空大处的磁感应强度和磁化强度都会相应增加。学,2013.（2）当磁感应强度梯度值dBx、dBy同时出现峰值（方向可16 姚凯.基于金属磁记忆法的铁磁材料早期损伤检测与评以相同也可以相反）且在该位置存在剧烈波动，同时dBz出现峰价的实验研究D.北京交通大学,2014.值的波形特征时判定该特征点存在腐蚀缺陷。17 A.A Dubov.Development of a metal magnetic memory（3）通过弱磁检测的结果，选取了757m以及798m两处作methodJ.Chemical and Petroleum Engineering,2012,47(11-12).为开挖验证点证明了弱磁检测技术用于油气田集输管道的可行性。【参考文献】1 房克栋,张红星,史玉胜,等.浅谈我国油气长输管道检测的现状与发展J.中国石油石化,2016(S2):34.2 胡玉婵.埋地钢管腐蚀及检测技术研究现状J.管道技术与设备,2017(01):43-46.3 封子艳,南蓓蓓,杨志刚,等.不同尺寸双腐蚀缺陷管道剩余强度研究J.油气田环境保护,2015(03):4-8+72.4 郭人毓.大庆炼化原料气外输管道腐蚀检测和评价技术研究D.东北石油大学,2015.5 Wilson J W,Gui Y T,Barrans S.Residual magnetic field 作者简介：王舒驰（1988），男，工程师，从事燃气管道安全管理。通信作者：刘艳军，博士，研究生导师。（上接14页）和设备运行状态。该系统提升了配电运维人员操2 马钊,周孝信,尚宇炜,等.未来配电系统形态及发展趋势J.中国电机工程学报,2015,35(6):1289-1298.作、运维、抢修的效率和安全性，同时实现了多源数据信息融3 李剑,张劲,王灿,等.变电设备物联网一体化智能监测装置合，深化了配电网的精益化管理实践，有助于提高供电效率，研究J.高电压技术,2015,41(12):3881-3887.提升电网运维水平。4 周明,宋旭帆,涂京,等.基于非侵入式负荷监测的居民用电行为分析J.电网技术,2018,42(10):3267-3274.1 王守相,王