趙華

（上海國(guó)際港務(wù)（集團(tuán)）股份有限公司振東集裝箱碼頭分公司，上海，200137）

0 引言

電力系統(tǒng)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行是生產(chǎn)安全的重要保證，關(guān)系到社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和穩(wěn)定。電力系統(tǒng)的許多設(shè)備、如發(fā)電機(jī)、變壓器、油斷路器、電力電纜、開(kāi)關(guān)柜、母線接頭、套管夾等[1]。由于電流設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤、設(shè)備故障、工藝質(zhì)量差、使用不當(dāng)、接觸條件不好等原因，導(dǎo)致設(shè)備溫度升高，這直接威脅到了電力設(shè)備的壽命和整個(gè)電網(wǎng)的安全[2]。此外，由長(zhǎng)期不易察覺(jué)的局部過(guò)熱引起的電力爆炸事件也越來(lái)越多，根據(jù)國(guó)家電力安全監(jiān)管部門(mén)的統(tǒng)計(jì)，每年都有多起電力事故是由于電力設(shè)備溫度過(guò)高或過(guò)熱造成的，導(dǎo)致大規(guī)模停電和停機(jī)[3-4]。因此，電力設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和超限報(bào)警是保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的主要方法之一。

由于電力系統(tǒng)環(huán)境是高壓供電，處于強(qiáng)磁場(chǎng)中，因此電力系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)要求系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力。電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，設(shè)備和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)多，需要多個(gè)溫度監(jiān)測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)。傳統(tǒng)的電力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)溫度檢測(cè)元件（如熱電偶、熱電組、熱敏電阻、集成溫度傳感器等）對(duì)電力設(shè)備的核心工作部件進(jìn)行溫度監(jiān)控[5]。但在測(cè)點(diǎn)復(fù)雜的情況下，很難實(shí)現(xiàn)。例如在高壓設(shè)備附近工作的電信號(hào)傳感器會(huì)受到嚴(yán)重的電磁干擾發(fā)生零點(diǎn)漂移，抗干擾能力差[6]。此外目前的溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)工作的核心部件進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)外圍電路的監(jiān)控較少，在外圍電力系統(tǒng)設(shè)置大量傳感器不僅受到成本的制約還受到環(huán)境因素的影響。

為了對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行更加有效的和全面的監(jiān)控，目前市場(chǎng)上也不斷涌現(xiàn)新的溫度監(jiān)控設(shè)備，例如在電柜中加裝高效的溫度控制系統(tǒng)來(lái)滿足最關(guān)鍵部件的工作溫度要求，從而提高機(jī)柜系統(tǒng)的可靠性和使用壽命[7]。這種溫度控制系統(tǒng)一般通過(guò)兩種方式來(lái)改善核心部件的運(yùn)行溫度[8]。第一種方式為被動(dòng)冷卻，由于熱量總是從較高溫度的材料傳遞到較低溫度的材料，因此外殼必須設(shè)計(jì)有通風(fēng)口，這些通風(fēng)口的位置要巧妙地讓熱空氣逸出并被較冷的空氣取代。這種方法非常適用于保持電氣外殼冷卻。但是，其可行性取決于外殼的位置。它僅適用于外部空氣始終保持低于外殼內(nèi)部空氣溫度的情況。可能需要在通風(fēng)口上放置空氣過(guò)濾器，以防止灰塵或污垢進(jìn)入外殼。第二種方式是通過(guò)空調(diào)或者熱交換機(jī)來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，如果對(duì)流冷卻不足或濕度等環(huán)境因素成為問(wèn)題，可以通過(guò)閉環(huán)冷卻。在濕度會(huì)影響設(shè)計(jì)的較冷環(huán)境中，熱交換器能夠有效地冷卻空氣。而且，空調(diào)也最適合位于炎熱環(huán)境中的電氣外殼。

目前電柜的溫度監(jiān)控存在的主要問(wèn)題是只對(duì)電柜的核心工作部件進(jìn)行監(jiān)控，無(wú)法對(duì)電柜的整體運(yùn)行溫度進(jìn)行監(jiān)控，且各電柜的監(jiān)控模塊獨(dú)立工作，當(dāng)電柜發(fā)生故障導(dǎo)致溫度上升時(shí)，無(wú)法對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確定位[9-10]。市場(chǎng)急缺一種可以對(duì)多電柜電力系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一溫度監(jiān)控，及時(shí)報(bào)警的電柜監(jiān)控系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)多電柜在開(kāi)環(huán)模式下的同步溫度監(jiān)測(cè)，來(lái)記錄各電柜的歷史和實(shí)時(shí)工作狀態(tài)，并及時(shí)反饋給終端控制平臺(tái)的工作人員及時(shí)對(duì)故障電柜進(jìn)行檢修處理?；谝陨弦?，本文提出了一種新型的電柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用運(yùn)動(dòng)云臺(tái)和溫度傳感器組成一個(gè)智能溫度監(jiān)測(cè)裝置，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電柜運(yùn)行區(qū)域的定期巡檢，及時(shí)將被監(jiān)控區(qū)域內(nèi)報(bào)警信息(視頻,圖片,數(shù)字)以及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工況及時(shí)反饋到手機(jī),電腦等遠(yuǎn)程客戶端。

1 方案與技術(shù)路線

如圖1、2所示，由于目前市場(chǎng)沒(méi)有此類產(chǎn)品，無(wú)任何參照經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的溫度檢測(cè)裝置進(jìn)行長(zhǎng)期和詳細(xì)的調(diào)查，結(jié)合我們要開(kāi)發(fā)的移動(dòng)式溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)制定了系統(tǒng)功能和邏輯架構(gòu)的設(shè)計(jì)，對(duì)需求進(jìn)一步細(xì)化，技術(shù)方案進(jìn)一步落實(shí)。在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和研發(fā)方面，對(duì)溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行摸排，設(shè)計(jì)了伺服電機(jī)、云臺(tái)和熱像儀聯(lián)動(dòng)的溫度監(jiān)控系統(tǒng)，獲取設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；對(duì)獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和歸類，建立能夠通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷溫度是否超過(guò)閾值的數(shù)學(xué)模型，根據(jù)模型判斷監(jiān)測(cè)設(shè)備狀態(tài)，并直接將狀態(tài)和報(bào)警信息發(fā)送到用戶；軟件的自維護(hù)以及自升級(jí)接口的開(kāi)發(fā)工作，以實(shí)現(xiàn)軟件的自維護(hù)。

圖1 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

圖2 移動(dòng)式溫度監(jiān)測(cè)裝置集成軟件邏輯架構(gòu)圖

如圖3所示，建立了移動(dòng)式溫度監(jiān)測(cè)裝置集成軟件，由手機(jī)APP或電腦遠(yuǎn)程控制進(jìn)行全方位循環(huán)檢測(cè)或在指定區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)由伺服電機(jī)、云臺(tái)以及熱像儀組合成的移動(dòng)溫控設(shè)備采集監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，通過(guò)視頻、圖片和數(shù)字的形式向用戶傳遞監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的報(bào)警信息，并且通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析來(lái)延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命?；谖锫?lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)手機(jī)電腦等遠(yuǎn)程客戶端進(jìn)行控制和監(jiān)測(cè)，使工作情景更加靈活有效。

圖3 可視化系統(tǒng)架構(gòu)

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 集控中心

2.1.1 溫度信息

（1）實(shí)時(shí)溫度

在首頁(yè)的信息中可以看到不同分組的溫度折線圖當(dāng)前實(shí)時(shí)溫度。通過(guò)實(shí)時(shí)溫度可以監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和所處穩(wěn)定性。讓工作人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)前所有分組設(shè)備的實(shí)時(shí)溫度和進(jìn)行溫度觀測(cè)。

（2）溫度折線圖

在首頁(yè)的信息中可以看到不同分組的溫度折線圖，溫度折線圖展示溫度時(shí)間走勢(shì)，包括最高溫度、最低溫度、平均溫度。使用溫度折線圖更直觀顯示一段時(shí)間內(nèi)分組設(shè)備的變化幅度與整體穩(wěn)定性。

（3）溫度異常告警

在首頁(yè)的信息中可以看到不同分組的當(dāng)實(shí)時(shí)溫度的告警信息。可通過(guò)設(shè)置當(dāng)實(shí)時(shí)溫度超過(guò)設(shè)定閾值時(shí)，進(jìn)行溫度異常提醒。實(shí)時(shí)監(jiān)控不同分組溫度的變化情況，當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定的實(shí)時(shí)溫度閾值時(shí)，發(fā)出報(bào)警信息讓工作人員可對(duì)相應(yīng)的分組進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，確保所有分組的設(shè)備正常運(yùn)行。

2.1.2 設(shè)備狀態(tài)

（1）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

在首頁(yè)的信息中可以看到不同分組的設(shè)備是否正常連接、運(yùn)行。讓工作人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)前所有分組設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。若產(chǎn)生問(wèn)題，可以讓工作人員可對(duì)相應(yīng)的分組設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，確保所有分組的設(shè)備正常運(yùn)行。

（2）設(shè)備故障信息

在首頁(yè)的信息中可以看到不同分組設(shè)備的告警信息。可通過(guò)設(shè)置設(shè)備的告警，進(jìn)行設(shè)備異常提醒。實(shí)時(shí)監(jiān)控不同分組設(shè)備的變化情況，當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，進(jìn)行故障提醒，讓工作人員可對(duì)相應(yīng)的分組設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，確保所有分組的設(shè)備正常運(yùn)行。

2.2 用戶管理

2.2.1 賬戶管理

在首頁(yè)的用戶管理中可以對(duì)用戶進(jìn)行管理?？梢詫?duì)現(xiàn)存的用戶進(jìn)行增加、刪除、修改和查詢操作。

2.2.2 權(quán)限管理

在首頁(yè)的用戶管理中可以對(duì)用戶權(quán)限進(jìn)行管理?？梢詫?duì)現(xiàn)存的用戶權(quán)限設(shè)置為超級(jí)管理員、管理員和普通用戶，不同權(quán)限的用戶在操作設(shè)備的時(shí)候會(huì)有不同的權(quán)限，普通用戶只能對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，不能對(duì)添加設(shè)備進(jìn)行修改；管理員既可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，又可以對(duì)添加設(shè)備進(jìn)行修改；超級(jí)管理員可以對(duì)所有用戶的權(quán)限進(jìn)行管理，可以對(duì)現(xiàn)存的用戶進(jìn)行增加、刪除、修改和查詢操作。

2.3 數(shù)據(jù)中心

我們?cè)跀?shù)據(jù)中心存儲(chǔ)相關(guān)故障信息和異常記錄，并保存相關(guān)歷史記錄，進(jìn)行預(yù)測(cè)。

2.3.1 設(shè)備故障信息記錄

所有電機(jī)故障記錄，都將被記錄在日志文件中，包括異常編碼、通訊地址、地點(diǎn)標(biāo)識(shí)和故障發(fā)生時(shí)間。以供故障解析、故障維修和故障預(yù)測(cè)等使用。

2.3.2 溫度異常記錄

在整個(gè)溫度監(jiān)測(cè)過(guò)程中，所有的溫度異常信息同樣會(huì)記錄在異常溫度日志中，包括最大溫度值、平均溫度值、異常溫度、ip地址及其所在分組。用戶可以根據(jù)相關(guān)溫度信息和具體ip地址調(diào)取實(shí)況融合信息圖像，進(jìn)一步判斷。

2.3.3 歷史查詢及文件導(dǎo)出

所有的設(shè)備故障和溫度異常信息都會(huì)保存在相關(guān)歷史日志文件中，我們建立了相關(guān)索引和快捷的查詢方式，以便使用者對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行進(jìn)一步搜索查詢搜索。此外，我們還支持相關(guān)歷史記錄的導(dǎo)出，以便使用者靈活是使用相關(guān)數(shù)據(jù)，建立自己的基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的算法模型進(jìn)行相關(guān)判斷和預(yù)測(cè)。

2.4 設(shè)備管理

一套完善的設(shè)備管理體是整個(gè)設(shè)計(jì)方案正常開(kāi)展的基礎(chǔ),因此相關(guān)管理人員應(yīng)該明確設(shè)備管理的工作目標(biāo)和相關(guān)工作流程。具體而言，應(yīng)當(dāng)明確每一件設(shè)備具體且準(zhǔn)確的基本狀態(tài)信息，且能井然有序地實(shí)施相關(guān)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制。

2.4.1 資料管理

（1）設(shè)備分組

一整套溫控設(shè)備屬于一個(gè)分組，分組下可有伺服電機(jī)、云臺(tái)、熱像儀不同組合?；诓煌墓r、設(shè)備精度和穩(wěn)定性需求，我們將伺服電機(jī)、云臺(tái)、熱像儀的性能進(jìn)行歸一化評(píng)估，同時(shí)將不同工況下設(shè)備性能理想需求評(píng)估后歸一化到同分布。將設(shè)備性能向理區(qū)間進(jìn)行有條件的模糊聚類，這樣我們可以實(shí)現(xiàn)智能的設(shè)備管理。

（2）添加/刪除設(shè)備

在平臺(tái)上的數(shù)據(jù)添加和刪除是功能實(shí)現(xiàn)不可或缺的一部分。我們支持添加伺服電機(jī)、云臺(tái)、熱像儀的格式化數(shù)據(jù)，包括設(shè)備的品牌、型號(hào)、規(guī)格、SN碼、IP地址等信息。同時(shí)，也支持移除某個(gè)設(shè)備，對(duì)相關(guān)設(shè)備的特定信息進(jìn)行修改。這在設(shè)備故障、設(shè)備更換等問(wèn)題中，是重要的渠道。

2.4.2 參數(shù)設(shè)置

（1）熱像儀設(shè)置

紅外熱像儀測(cè)溫具有非接觸、遠(yuǎn)距離、靈敏度高、速度快、測(cè)溫范圍廣，以及可以在圖像中選取被測(cè)目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)，但是其可視化效果并不優(yōu)秀。在實(shí)際工況被測(cè)物體表面溫度、熱像儀指示的輻射溫度、環(huán)境溫度都將在實(shí)際溫度測(cè)試中起到一定作用。因此，進(jìn)一步提供可見(jiàn)光模式下的圖像，將可以對(duì)異常情況提供進(jìn)一步的判斷。在我們的平臺(tái)中，我們提供多種模式，包括紅外模式、普通模式以及融合模式。此外，為了進(jìn)一步優(yōu)化可見(jiàn)光下可視化效果，我們提供LED光源，可根據(jù)實(shí)際工況確定是否需要打開(kāi)。根據(jù)具體的工作環(huán)境，可以設(shè)置區(qū)間在-20℃到180℃之間溫度告警閾值。

（2）云臺(tái)和伺服電機(jī)設(shè)置參數(shù)設(shè)置

為了實(shí)現(xiàn)熱像儀在不同角度圖像的補(bǔ)貨，我們基于不同的水平和垂直角度，設(shè)置了10組不同方向的點(diǎn)位，每組10個(gè)點(diǎn)位。此外，為了實(shí)現(xiàn)水平方向位移，我們?cè)O(shè)置了伺服電機(jī)，可以根須具體需求，調(diào)整水平極限位置和位移速度。我們內(nèi)置了巡航模式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有點(diǎn)位的自動(dòng)巡航檢測(cè)。

2.4.3 運(yùn)動(dòng)控制管理

基于物聯(lián)網(wǎng)的遠(yuǎn)程控制，是智能檢測(cè)設(shè)備必不可少的功能。通過(guò)我們的遠(yuǎn)程控制模塊，用戶可以在手機(jī)、平板或電腦端遠(yuǎn)程控制熱像儀進(jìn)行特性需求的旋轉(zhuǎn)或位移，以滿足多樣化工況需要。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文提出了一種新型的電柜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用運(yùn)動(dòng)云臺(tái)和溫度傳感器組成一個(gè)智能溫度監(jiān)測(cè)裝置，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電柜運(yùn)行區(qū)域的定期巡檢，及時(shí)將被監(jiān)控區(qū)域內(nèi)報(bào)警信息(視頻,圖片,數(shù)字)以及運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工況及時(shí)反饋到手機(jī),電腦等遠(yuǎn)程客戶端。本文的系統(tǒng)大大減少了所需的人力資源，提高了監(jiān)測(cè)檢查的效率，保障了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。