王玉忠　葉海飛　郭志家

摘? 要：為了使運(yùn)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(shì)，提高電力運(yùn)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(cè)溫技術(shù)，構(gòu)建基于移動(dòng)終端的開關(guān)柜觸頭溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了觸頭溫度數(shù)據(jù)的底層傳輸、網(wǎng)絡(luò)傳輸、平臺(tái)接收、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)查詢等功能。經(jīng)系統(tǒng)測(cè)試運(yùn)行表明，系統(tǒng)能自動(dòng)實(shí)時(shí)地將觸頭溫度數(shù)據(jù)上傳至生命周期云平臺(tái)，各監(jiān)管領(lǐng)導(dǎo)通過(guò)手機(jī)APP可同步了解變電站開關(guān)柜觸頭溫度變化趨勢(shì)，運(yùn)維人員通過(guò)生命周期云平臺(tái)可及時(shí)調(diào)整巡檢周期、負(fù)荷分配方案。

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

中圖分類號(hào)：TP277? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)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(jí)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(yùn)行。其開關(guān)柜觸頭的材料具有確定的臨界溫度，當(dāng)實(shí)際溫度高于臨界溫度時(shí)，材料的耐電壓強(qiáng)度會(huì)顯著下降，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并采取措施，可能會(huì)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(lái)越大，實(shí)時(shí)掌握觸頭溫度的變化對(duì)運(yùn)維人員就越來(lái)越重要，可第一時(shí)間采取措施，避免不必要的事故發(fā)生。該文通過(guò)移動(dòng)終端和生命周期云平臺(tái)構(gòu)建觸頭溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多用戶實(shí)時(shí)訪問(wèn)、與PC機(jī)終端同步智能管理，可及時(shí)提高運(yùn)維人員對(duì)觸頭溫度變化趨勢(shì)的掌握，并有助于運(yùn)維人員對(duì)巡檢周期、負(fù)荷分配方案進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，提高設(shè)備運(yùn)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(cè)溫技術(shù)

在眾多的無(wú)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(dá)到測(cè)量電氣設(shè)備實(shí)時(shí)溫度的目的。測(cè)溫傳感器采用石英半導(dǎo)體材料設(shè)計(jì)的聲表面波（SAW-SurPace Acoustic Wave）諧振器， 當(dāng)有一個(gè)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(hào)頻率會(huì)隨著環(huán)境溫度的變化而變化，利用它的這個(gè)特性，通過(guò)采集諧振器的輸出頻率，就可以得到對(duì)應(yīng)的環(huán)境溫度，經(jīng)采集器收發(fā)無(wú)線電波，上傳計(jì)算溫度值。該文通過(guò)SAW測(cè)溫技術(shù)實(shí)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(wèn)題。

1.2 無(wú)線分組信息服務(wù)技術(shù)

4G通信技術(shù)是一種成熟的無(wú)線通信技術(shù)，具有網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣，帶寬高，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)計(jì)量采集的通信鏈路層，但是在實(shí)際采集工作中發(fā)現(xiàn)，在一些遠(yuǎn)離通信基站或通信基站數(shù)較少的鄉(xiāng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)和建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜、遮擋物多的城市樓宇群，會(huì)嚴(yán)重影響信息傳輸效率。該文通過(guò)分組逆向推送重傳技術(shù)，將數(shù)據(jù)分組，由多個(gè)服務(wù)器發(fā)送，通信錯(cuò)誤時(shí)服務(wù)器主動(dòng)推送重發(fā)請(qǐng)求，進(jìn)行組數(shù)據(jù)信息驗(yàn)證，可有效地解決4G在復(fù)雜用電環(huán)境中通信中斷及錯(cuò)誤效高的問(wèn)題，完成底層數(shù)據(jù)的有效傳輸。

1.3 度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)以生命周期云平臺(tái)為核心，觸頭溫度通過(guò)無(wú)源無(wú)線SAW傳感器將采集結(jié)果上傳至PC機(jī)，再經(jīng)4G通信網(wǎng)上傳至云平臺(tái)，云平臺(tái)將數(shù)據(jù)整合分析，主動(dòng)推送到運(yùn)維人員及高管的手機(jī)APP中，以可視界面及預(yù)警信息方式呈現(xiàn)。云平臺(tái)為運(yùn)維人員提供設(shè)備檔案、觸頭溫度趨勢(shì)圖、預(yù)警信息、坐標(biāo)信息等服務(wù);運(yùn)維人員作為設(shè)備一線管理者，可通過(guò)手機(jī)APP或PC機(jī)實(shí)現(xiàn)資源共享，及時(shí)掌握觸頭溫度變化趨勢(shì)，制定相應(yīng)的巡檢周期、負(fù)荷分配方案等。同時(shí)，云平臺(tái)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(píng)估的數(shù)據(jù)支撐。

1.3.1 技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

觸頭溫度監(jiān)測(cè)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(kuò)展性、安全性及處理能力，同時(shí)通過(guò)統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)與溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和4G通信系統(tǒng)等子系統(tǒng)集成。

實(shí)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(jì)

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(cè)物理層、4G通信層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層。

溫度監(jiān)測(cè)物理層：借助自動(dòng)化組網(wǎng)、多傳感器集成的監(jiān)測(cè)方式，將數(shù)據(jù)集中采集至PC機(jī)終端，再通過(guò)4G通信把環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集作業(yè)。

4G通信層：該層是溫度監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)的一個(gè)核心，提供了溫度監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸支持，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器與PC機(jī)終端、移動(dòng)終端的實(shí)時(shí)通信。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層：基于觸頭溫度監(jiān)測(cè)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(jì)

系統(tǒng)功能架構(gòu)可以劃分為2個(gè)層次：下層為數(shù)據(jù)層，當(dāng)PC機(jī)終端對(duì)觸頭進(jìn)行自動(dòng)測(cè)溫時(shí)為上層提供數(shù)據(jù);上層為數(shù)據(jù)管理及移動(dòng)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(cè)的集成和統(tǒng)一入口。

1.3.4 數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

變電站開關(guān)柜觸頭溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì)以系統(tǒng)功能業(yè)務(wù)模塊為依據(jù)，分別是變電站、PC機(jī)終端、用戶移動(dòng)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(yùn)行架構(gòu)設(shè)計(jì)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行架構(gòu)從邏輯設(shè)計(jì)上需要一個(gè)觸頭溫度數(shù)據(jù)庫(kù)，一個(gè)智能移動(dòng)終端平臺(tái)。

服務(wù)器的作用是：觸頭溫度數(shù)據(jù)庫(kù)作為變電站觸頭測(cè)溫監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的核心服務(wù)器，用于存儲(chǔ)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(tái)數(shù)據(jù);移動(dòng)終端平臺(tái)用于部署監(jiān)測(cè)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(kù)設(shè)有一臺(tái)獨(dú)立服務(wù)器，建立新的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。

1.5 權(quán)限管理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

提供的權(quán)限管理基于先進(jìn)的責(zé)任模型。通過(guò)定義不同對(duì)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(lái)靈活地定義應(yīng)用的權(quán)限管理結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)觸頭運(yùn)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(chǎng)開關(guān)柜各連接點(diǎn)要求，以開關(guān)柜為例，每面開關(guān)柜內(nèi)需安裝9個(gè)點(diǎn)，即斷路器上觸頭三相、下觸頭三相與電纜進(jìn)出線終端頭連接處。預(yù)計(jì)接入1個(gè)站100個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，使用專用服務(wù)器、原移動(dòng)終端和4G網(wǎng)構(gòu)建整體系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管理員、運(yùn)維人員的權(quán)限分配，支持對(duì)1個(gè)變電站100個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，8個(gè)以上移動(dòng)終端接入點(diǎn)的權(quán)限管控。

云平臺(tái)是整體系統(tǒng)的橋梁，實(shí)現(xiàn)用戶遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)開關(guān)設(shè)備觸頭溫度變化情況。所有設(shè)備接入云平臺(tái)時(shí)均采用雙向自動(dòng)識(shí)別和驗(yàn)證，并完成數(shù)據(jù)的上傳及訪問(wèn)，接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)分析、預(yù)警信息推送、權(quán)限劃分及識(shí)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(wèn)層方法完成數(shù)據(jù)庫(kù)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(yè)面。

3 效果評(píng)價(jià)

（1）系統(tǒng)正常投運(yùn)后，可有效地降低運(yùn)維巡檢人員工作強(qiáng)度，減少遺漏、不及時(shí)、不專業(yè)的問(wèn)題，還可實(shí)現(xiàn)資源共享，提高了人身安全性及監(jiān)管的隨時(shí)性，產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

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

（3）溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的應(yīng)用解決了開關(guān)柜內(nèi)部各連接點(diǎn)溫度無(wú)法檢測(cè)的難題，滿足了供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)論

溫度監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用效果很好，對(duì)處于高電壓、大電流的環(huán)境中的開關(guān)柜運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)安全在線溫度監(jiān)測(cè)，因該技術(shù)是基于移動(dòng)終端的無(wú)線監(jiān)測(cè)，避免了PC機(jī)終端監(jiān)測(cè)的局限性，且雙向自動(dòng)識(shí)別，隨時(shí)隨地的安全查看開關(guān)柜觸頭溫度變化趨勢(shì)，實(shí)時(shí)主動(dòng)推送異常數(shù)據(jù)，有助于提高電力運(yùn)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(jī)制，也初步實(shí)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(jià)值。

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