徐友剛，朱 能，李建寧，沈曉峰，徐 萍

(國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799)

基于無線數(shù)傳電臺的箱式變電站溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

徐友剛，朱 能，李建寧，沈曉峰，徐 萍

(國網(wǎng)上海市電力公司青浦供電公司，上海 201799)

隨著狀態(tài)檢修在配電網(wǎng)中廣泛開展，為配網(wǎng)狀態(tài)檢修提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的配電設(shè)備在線監(jiān)測顯得尤為重要。箱式變電站(箱變)作為配電網(wǎng)重要環(huán)節(jié)，其安全運行直接關(guān)系到整個電網(wǎng)的可靠性?；谛^(qū)箱變數(shù)量繁多和地理位置分散的特點提出并實施了基于無線數(shù)傳電臺網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)箱變溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由無線溫度采集設(shè)備、無線數(shù)傳電臺網(wǎng)絡(luò)、遠程數(shù)據(jù)采集(溫度監(jiān)測)后臺系統(tǒng)等功能單元組成，具有成本低，安裝方便，易維護的特點。

配電網(wǎng)；箱式變電站；箱變溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)；無線數(shù)傳電臺

電力設(shè)備關(guān)鍵部位的絕緣性能是反映其運行工況的重要指標，設(shè)備的絕緣性能的變化往往伴隨著溫度變化，甚至存在設(shè)備部件的溫度變化早于絕緣性能的變化。因此，對設(shè)備關(guān)鍵部位的溫度進行實時監(jiān)測能夠及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的絕緣故障，避免停電事故。隨著智能電網(wǎng)技術(shù)的普及，電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測已經(jīng)被電力運檢部門高度重視并大力推廣應(yīng)用。實踐證明，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備無線測溫是電力設(shè)備溫度在線監(jiān)測的有效解決方案。

在小區(qū)配電系統(tǒng)中，存在多臺地理位置分散的箱變，且不具備通信條件，給箱變內(nèi)設(shè)備溫度等狀態(tài)量的采集帶來諸多不便。對同一個小區(qū)內(nèi)箱變，如果采用有線方式進行溫度數(shù)據(jù)采集，存在施工周期長、投資大等缺點；采用GPRS等公網(wǎng)無線通信模式也需要額外的無線通信費用，且需要實名制認定。因此，箱變溫度在線監(jiān)測的實現(xiàn)迫切需要解決在一個限定地理范圍內(nèi)多個分散設(shè)備溫度等監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時采集。本文提出了基于無線數(shù)傳電臺網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)箱變溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，采用無線數(shù)傳電臺網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)分散的箱變設(shè)備溫度采集，發(fā)送至安裝于小區(qū)開關(guān)站內(nèi)無線數(shù)傳模塊，并通過調(diào)度通道發(fā)送至后臺監(jiān)控系統(tǒng)。

1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

箱變溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)由部署在多個箱變內(nèi)的無線溫度采集設(shè)備、無線數(shù)傳電臺網(wǎng)絡(luò)、遠程數(shù)據(jù)采集(溫度監(jiān)測)后臺系統(tǒng)等功能單元組成。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

箱變溫度采集系統(tǒng)由溫度傳感器、溫度采集器以及無線數(shù)據(jù)傳輸模塊組成。溫度傳感器可以采用有源供電技術(shù)，也可以采用無源供電技術(shù)。本項目主要采用通過外部射頻信號進行充電的諧振型溫度傳感器，并通過ZigBee無線通信技術(shù)與溫度采集器之間進行數(shù)據(jù)傳輸。溫度采集器與各溫度傳感器采用ZigBee通信，配置RS485有線接口，與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊進行有線通信。

小區(qū)開關(guān)站內(nèi)安裝一臺無線數(shù)傳模塊，和各個箱變無線數(shù)傳模塊通過200MHz無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)通信。開關(guān)站內(nèi)無線數(shù)傳模塊提供光纖接口，通過調(diào)度通道上傳采集到的溫度數(shù)據(jù)至溫度監(jiān)測后臺系統(tǒng)。溫度檢測后臺系統(tǒng)部署在遠程運維監(jiān)控中心，以便運監(jiān)人員實時查看和告警提示。

2 無線數(shù)傳通信網(wǎng)絡(luò)

2.1方案選擇

箱變溫度采集系統(tǒng)是分散在限定地理區(qū)域內(nèi)，一般總面積為1～2個平方公里。由于小區(qū)箱變地理布局已經(jīng)固定，因此很難敷設(shè)專用的光纖通信網(wǎng)絡(luò)，所以采用無線通信是比較理想的選擇方案。在無線通信技術(shù)選擇中，綜合比較了無線專用基站、GPRS公用網(wǎng)絡(luò)和無線數(shù)傳電臺三種無線通信方案。

無線專用基站是可以提供6GHz以下許可及免許可頻段無線寬帶的技術(shù)。該技術(shù)和產(chǎn)品可實現(xiàn)高達300Mbps的吞吐量，可以采取點到點和多點到點的拓撲結(jié)構(gòu)部署。覆蓋范圍可達10～120 km。設(shè)備可提供10MHz/100MHz/1000MHz以太網(wǎng)接口和光纖接口。典型設(shè)備是以色列瑞贏(RADWIN)的RADWIN 2000系列產(chǎn)品。主要問題是造價成本比較高，一個節(jié)點基站的費用為12 500～15 000元。

GPRS公用網(wǎng)絡(luò)則是通過移動應(yīng)用商的公共移動網(wǎng)絡(luò)進行通信。需要在每個能耗采集終端上外掛一個GPRS通信模塊。GPRS通信模塊本身造價成本比較低。但是要組成一個GPRS VPN通信網(wǎng)絡(luò)必須采用移動公司的專線網(wǎng)絡(luò)，后臺計算機需要通過移動專線接入現(xiàn)場各GPRS終端。而移動公司的專線接入具有固定費率，而且通信本身產(chǎn)生的流量也需要通信費用。

無線數(shù)傳電臺是借助DSP 技術(shù)和無線電技術(shù)實現(xiàn)的高性能專業(yè)數(shù)據(jù)傳輸電臺。無線數(shù)傳電臺覆蓋頻率范圍為220～240 MHz，330～512 MHz。多個無線數(shù)傳電臺之間可以透明組網(wǎng)。無線數(shù)傳電臺分低速、高速等類型。雖然低速無線數(shù)傳電臺數(shù)據(jù)吞吐量相對比較低，空中傳輸速率為9 600 bps，但是成本比較低，一個節(jié)點只需要1 500元，價格僅為專用基站的1/10。

綜合三種無線通信技術(shù)，本項目主要目的是實現(xiàn)箱變溫度在線監(jiān)視，數(shù)據(jù)采集量和傳輸速度要求并不高，因此選擇了無線數(shù)傳電臺作為各箱變溫度采集設(shè)備和后臺溫度監(jiān)測系統(tǒng)之間通信的技術(shù)方案。

2.2組網(wǎng)模式

圖2所示為無線數(shù)傳電臺組網(wǎng)方式，各箱變溫度采集設(shè)備分別配置一臺無線數(shù)傳電臺，小區(qū)開關(guān)站內(nèi)也配置一臺數(shù)傳電臺，該電臺的光纖接口通過調(diào)度通道和遠程監(jiān)控中心的后臺計算機建立通信鏈路。

圖2 無線數(shù)傳電臺組網(wǎng)方式

無線數(shù)傳電臺支持透明組網(wǎng)，對于遠程后臺計算機來說，就如同現(xiàn)場的各個能耗采集終端通過光纖直接與后臺計算機發(fā)生通信一樣。這樣后臺軟件基于光纖通信設(shè)計的軟件無需做任何更改即可使用。現(xiàn)場的無線數(shù)傳電臺也可以通過RS 485總線同時連接多個測控設(shè)備設(shè)備。同樣的，這些連接都是透明的，就如同這些測控設(shè)備都直接連接到后臺計算機RS 485通信端口上一樣。

3 系統(tǒng)功能

3.1溫度傳感器和溫度采集器

溫度傳感器實現(xiàn)各箱變回路電纜溫度數(shù)據(jù)采集，通過ZigBee信號把溫度數(shù)據(jù)傳送到溫度采集器。溫度采集器和各溫度傳感器通信，獲取溫度采集數(shù)據(jù)，通過RS 485接口將溫度數(shù)據(jù)上送到溫度監(jiān)測后臺系統(tǒng)，一個溫度采集器可以和多個溫度傳感器通信。

3.2無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)

在溫度監(jiān)測后臺系統(tǒng)和各箱變溫度采集器之間構(gòu)建透明的無線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)各箱變溫度數(shù)據(jù)在線采集。

3.3溫度監(jiān)測后臺系統(tǒng)

溫度監(jiān)測后臺系統(tǒng)具有溫度數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲等功能，并綜合應(yīng)用了設(shè)備熱缺陷分類模型、絕對溫度判別、絕對溫差判別、相對溫差判別等方法對設(shè)備熱缺陷進行分類和評價。評價結(jié)論定期形成報表，如果觸發(fā)告警閾值則提供實時預(yù)警。運維人員通過后臺監(jiān)控系統(tǒng)及時了解各箱變不同部件的運行溫度和溫度變化曲線。當(dāng)被測設(shè)備溫度高出預(yù)警值時發(fā)出告警，提醒運維人員至現(xiàn)場檢查，及時安排診斷試驗，避免停電。

4 工程應(yīng)用

該系統(tǒng)完成研發(fā)后，選取了某小區(qū)作為項目實施試點。該小區(qū)有一座小區(qū)開關(guān)站和六座箱變。通過在各箱變內(nèi)安裝溫度在線監(jiān)測設(shè)備和無線數(shù)傳電臺，和安裝在變電站內(nèi)的無線數(shù)傳電臺實現(xiàn)了無線通信。監(jiān)測數(shù)據(jù)上送到了遠程監(jiān)控中心的后臺溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對小區(qū)箱變的溫度在線采集。后臺溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)可從各箱變正常接收溫度采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。后臺軟件具有溫度監(jiān)視，越限告警，統(tǒng)計報表，缺陷分析等功能，對指導(dǎo)生產(chǎn)運行和狀態(tài)檢修起到了很好的技術(shù)支撐作用。

5 結(jié)語

通過對小區(qū)箱變溫度進行在線數(shù)據(jù)采集和運行監(jiān)視，為實現(xiàn)配電設(shè)施的狀態(tài)檢修提供了基礎(chǔ)技術(shù)平臺?；跀?shù)傳電臺的小區(qū)箱變溫度在線采集系統(tǒng)，很好地解決了常規(guī)通信手段造價高，安裝不便的實際問題。該方案具有造價低、安裝靈活、維護擴展方便等優(yōu)勢。這一技術(shù)在同領(lǐng)域應(yīng)用具有很好的推廣價值。

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MEI Fan, JIN Jian, SUN Jin, et al. Design and application of a new type of online monitoring device for transformer core earthing current[J]. Power & Energy，2016，37 (3)：311-313．

(本文編輯：楊林青)

Design and Application of Box-Type Substation On-Line Temperature Monitoring System Based on Wireless Data Transmission Station

XU Yougang，ZHU Neng，LI Jianning，SHEN Xiaofeng，XU Ping

(State Grid Qingpu Power Supply Company, SMEPC, Shanghai 201799, China)

With the development of condition-based maintenance in distribution network, the on-line monitoring of distribution equipment, which provides basic data for condition-based maintenance of distribution network is very important. As an important part of distribution netwrok, the safe operation of the box-type substation (box-type transformer) is directly related to the reliability of the whole power grid. In view of the large number of the neighborhood box-type substations and their wide geographically distribution, this paper proposes and implements a neighborhood temperature on-line monitoring system based on wireless data transmission network. The system is composed of wireless temperature acquisition equipment, wireless data transmitter network, remote data acquisition (temperature monitoring), background system and other functional units, and it has the advantages of low cost, convenient installation and easy maintenance.

power distribution network; box-type substation; temperature on-line monitoring system; wireless data transmission station

10.11973/dlyny201704017

徐友剛(1985—)，男，碩士，工程師，從事變電運檢工作。

TM41

：A

：2095-1256(2017)04-0435-03

2017-07-05