王蒙蒙 

安科瑞電氣股份有限公司   上海嘉定   201801

摘要：利用物聯(lián)網(wǎng)技術，將無線射頻和傳感器兩項關鍵技術結合在一起，建立了一套將各處分散的電力環(huán)網(wǎng)柜和配電室環(huán)境數(shù)據(jù)實時聯(lián)網(wǎng)的電力配網(wǎng)環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)，這套新型的基于無線射頻傳感技術的電力配網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)。實現(xiàn)了對電力環(huán)網(wǎng)柜和配電室環(huán)境數(shù)據(jù)的實時采集，實現(xiàn)了對運行環(huán)境的遠程監(jiān)控和異常情況或故障出現(xiàn)的即時報警，從而有效提高了電力配網(wǎng)系統(tǒng)的智能化、數(shù)據(jù)化程度，大力確保了電力配網(wǎng)的安全可靠運行。電力配網(wǎng)環(huán)境智能監(jiān)控系統(tǒng)是物聯(lián)網(wǎng)技術在智能電網(wǎng)中的一個典型應用范例，其無線射頻傳感器和一體化的RFID讀寫器設計實現(xiàn)了部署的簡便快捷(減少了布線工作)和可擴展性。

關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；射頻識別；傳感器；電力配網(wǎng)設施；實時監(jiān)控

1應用背景

        從電纜化供電來考慮。環(huán)網(wǎng)供電以其經(jīng)濟性和可靠性成為配電網(wǎng)絡電纜化的形式，環(huán)網(wǎng)柜和配電室(以下統(tǒng)稱為電力配網(wǎng)設施)作為城市配電網(wǎng)中的關鍵設備，具有分布廣、數(shù)量大、布點散的特點，設施周邊環(huán)境復雜且差異較大，經(jīng)常面臨天氣和突發(fā)事件的考驗，因而給戶外巡查工作帶來了以下難點：①電力配網(wǎng)設施采用全封閉式設計，人工巡檢難度大；②電力配網(wǎng)設施數(shù)量大，分布散，人工巡檢工作量大；③在遭遇天氣時很難及時進行人工巡檢；④電力配網(wǎng)設施到人為破壞時無法及時發(fā)現(xiàn)隱患；⑤無法實現(xiàn)電力配網(wǎng)設施7×24小時監(jiān)控預警體系。電力配網(wǎng)設施涉及用電安全責任重大，為了保障其運行安全，急需配備實時在線監(jiān)測預警系統(tǒng)，而傳統(tǒng)監(jiān)測方法在這個問題上存在許多不足之處：①傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測方案主要針對機房資產(chǎn)，難以適應狹小空間；②傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測方案采用有線傳輸，部署實施工作量大；③電力配網(wǎng)設施的強電環(huán)境與傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測的機房環(huán)境差異大；④電力配網(wǎng)設施的強電環(huán)境對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設備、規(guī)劃、實施要求嚴苛；⑤電力配網(wǎng)設施部署環(huán)境極大影響有線連接方案的穩(wěn)定性。

2物聯(lián)網(wǎng)相關技術簡介

         電信聯(lián)盟(ITU)的報告指出：物聯(lián)網(wǎng)是通過無線射頻識別技術(RFID)、傳感網(wǎng)技術、衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、激光掃描器等信息傳感設備，通過約定的協(xié)議，基于互聯(lián)網(wǎng)平臺進行信息采集與傳輸，從而達到智能化管理的一種網(wǎng)絡技術?？梢钥吹?，無線射頻識別和傳感器是物聯(lián)網(wǎng)技術中兩個非常重要的核心組成部分。

2．1無線射頻識別(RFID)技術

       無線射頻識別技術是一種利用射頻通信實現(xiàn)的非接觸式數(shù)據(jù)采集技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據(jù)，其系統(tǒng)一般由閱讀器、應答器(電子標簽)、傳輸網(wǎng)絡和應用軟件等組成。RFID電子標簽具有體積小、容量大、壽命長、可多次重復使用等傳統(tǒng)條形碼所不具備的勢，處理數(shù)據(jù)過程無需人工干預，可支持快速讀寫、非可視識別、移動識別、多目標識別、定位及長期跟蹤管理。由此帶來的成本和節(jié)約和效率的提升，促使射頻識別技術成為各個行業(yè)實現(xiàn)信息化的重要切入點。

2．2傳感器技術

      傳感器是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的要環(huán)節(jié)，是傳感網(wǎng)的基本功能節(jié)點。通過各式各樣功能豐富的傳感器節(jié)點，傳感網(wǎng)形成了一種全新的信息獲取平臺，能夠實時監(jiān)測和采集網(wǎng)絡分布區(qū)域內(nèi)的各種檢測對象的信息，以實現(xiàn)復雜的范圍內(nèi)的目標檢測與跟蹤。智能電網(wǎng)建設中的一個關鍵部分就是處于網(wǎng)絡末端的傳感器，它是實現(xiàn)智能化*的關鍵部分，在智能電網(wǎng)中具有廣闊的應用空間，在生產(chǎn)安全管理、運行維護、信息采集、安全監(jiān)控、計量及用戶交互等方面都可以全面提高各環(huán)節(jié)的信息感知深度、廣度以及密度，提高電力系統(tǒng)的智能化程度，促進“信息流、業(yè)務流、電力流的高度融合”的實現(xiàn)。

3無線射頻和傳感器技術的結合設計

3．1無線射頻傳感器構成

       一個完整的無線射頻傳感系統(tǒng)由傳感器標簽、有源RFID閱讀器、中間件接口和應用軟件組成，系統(tǒng)架構如圖1所示。

圖1 無線射頻傳感技術系統(tǒng)架構

       系統(tǒng)先通過底層的傳感器標簽采集并定期上傳需要萬方數(shù)據(jù)監(jiān)測的各種對象信息，然后通過在各個區(qū)域內(nèi)部署的有源RFID閱讀器接收該區(qū)域內(nèi)所有標簽上傳的信息并發(fā)送給后臺系統(tǒng)接口，由系統(tǒng)中間件對所有閱讀器上傳的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一處理后再發(fā)送給特定的應用軟件使用。無線射頻傳感技術把無線射頻識別和傳感器技術有機地結合到了一起，通過傳感器標簽采集各種需要進行監(jiān)測的對象狀態(tài)信息，同時通過射頻技術實現(xiàn)閱讀器和傳感器標簽之間的快速可靠通信，能夠及時獲取并上傳所采集到的各類信息。傳感器標簽集成了多種傳感器和有RFID電子標簽的各項功能，系統(tǒng)可以統(tǒng)一接收并處理各類傳感器(溫度、濕度、漏液、煙感、門磁、震動等)所采集到的信息，能夠對密閉空間內(nèi)部的各種環(huán)境條件進行實時監(jiān)控，從而實現(xiàn)對電力配網(wǎng)設施的多角度、信息、全壽命周期管理。

3．2無線射頻傳感技術主要特點

       先，在射頻通信方面，該技術選擇了433 MHz的超高頻頻段作為系統(tǒng)工作頻率，其技術勢主要體現(xiàn)有：①433MHz頻段目前已被絕大多數(shù)所接受；②目前433MHz頻段的使用率還不是很高，選擇這個頻段可以有效減少沖突機會，而WiFi和Zigbee網(wǎng)絡所使用的2．4 GHz頻段則常常會發(fā)生因受干擾而丟失數(shù)據(jù)的情況；③433 MHz電磁波的波長為70 em，這是比較長的，很多有源系統(tǒng)采用的2．4GHz頻段波長只有2．4 cm。波長越長，系統(tǒng)在密集環(huán)境以及金屬和體周圍的表現(xiàn)就越好，可以更好地適應環(huán)網(wǎng)柜和配電室應用環(huán)境；④工作在433 MHz的一個無線射頻閱讀器可以輕松地處理多達1 400個傳感器標簽而不會對射頻傳輸和通信的可靠性有任何降低。其次，在傳感器方面，該技術把有源RFID標簽和傳感器技術無縫地融合在一起，形成了一系列具有各式各樣豐富功能的傳感器標簽，其技術特點主要有：①傳感器標簽每隔一定時間(通常為2 s，可根據(jù)需要進行調整)向閱讀器發(fā)送一次數(shù)據(jù)，其信號傳輸距離大可達90 m，*可以滿足環(huán)網(wǎng)柜和配電室環(huán)境的應用需要；②每個傳感器標簽都有一個8位的身份代碼，用于對其進行標識，同時還有一個6位的組別代碼用于標識其傳感類型可以實現(xiàn)簡單方便的統(tǒng)一管理；③傳感器標簽外型小巧，可用于多種物體表面，易于安裝和使用；④傳感器標簽類型多樣，功能豐富，可以根據(jù)不同應用靈活進行選擇；⑤傳感器標簽采用工業(yè)級封裝，環(huán)境適應性強；⑥傳感器標簽內(nèi)置電池，使用壽命可達5年并且可以更換，無需考慮供電問題；⑦傳感器標簽與閱讀器之間的通信采用無線傳輸，部署簡單靈活。

4無線射頻傳感技術的電力配網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng) 

       基于無線射頻傳感技術的整個電力配網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)的構成如圖2所示。

       對于電力配網(wǎng)設施監(jiān)控應用來說，根據(jù)環(huán)網(wǎng)柜和配電室的特性，我們?yōu)槊總€配電設施選配了以下幾種類型的傳感器 標簽用于其狀態(tài)監(jiān)控：①門磁標簽：用于監(jiān)控環(huán)網(wǎng)柜柜門或配電室房門的開閉狀態(tài)；②溫濕度標簽：用于監(jiān)控電力配網(wǎng)設施內(nèi)不同區(qū)域的溫度和濕度；③液體探測標簽：用于監(jiān)控電力配網(wǎng)設施內(nèi)是否有液體滲漏；④震動標簽：用于監(jiān)控電 [5]力配網(wǎng)設施是否有人為破壞；⑤煙感標簽：用于監(jiān)控電力配網(wǎng)設施內(nèi)是否有煙霧起火現(xiàn)象。

圖2智能電力配網(wǎng)設施實時監(jiān)控系統(tǒng)構成

5系統(tǒng)應用效益

      電力配網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)通過無線射頻傳感技術成功實現(xiàn)了對環(huán)網(wǎng)柜和配電室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的實時采集和聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了環(huán)境的遠程監(jiān)測，保證了運行的安全可靠，通過使用該系統(tǒng)所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益主要有：①實現(xiàn)了所有電力配網(wǎng)設施運行狀態(tài)的聯(lián)網(wǎng)在線實時監(jiān)測，有效提升了設施管理的智能化和信息化水平；②實現(xiàn)了電力配網(wǎng)設施內(nèi)環(huán)境參數(shù)7 X24小時的全天候安全監(jiān)測，有效減少了安全性事故的發(fā)生并提高了事故發(fā)生后的及時處理能力；③利用電子監(jiān)控替代人工巡檢，大大減少了管理人員的工作量并提高了工作效率，有效降低了電網(wǎng)管理的人力成本和時間成本；④減少了因滲水、銹蝕、溫度過高等原因造成的設備異常損耗，避免了不必要的損失，提高了設備的可靠性和運行壽命；⑤針對突發(fā)事件實現(xiàn)環(huán)網(wǎng)柜故障及時預警和全面分析快速定位，真正做到馬上發(fā)現(xiàn)，馬上處理，同時也大大減少了由于二次設備故障對電網(wǎng)運行造成的影響；⑥提升了電力配網(wǎng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)化運維管理水平，實現(xiàn)了、多角度的智能化管理和監(jiān)督，為智能電網(wǎng)的建設提供了有力支持。

6安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)的介紹與選型

6.1簡介

      安科瑞電氣股份有限公司根據(jù)配電室實際情況，結合多年的變電站和配電室的運行管理經(jīng)驗，自主研發(fā)了安科瑞配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了智能開關柜運行監(jiān)控、高壓開關柜帶電顯示、電流電壓等負載運行監(jiān)控、母線測溫監(jiān)測、電纜測溫監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、有害氣體監(jiān)測、安防監(jiān)控、采暖通風、門禁、燈光、風機、除濕機、空調控制等功能。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設備控制，實現(xiàn)動力環(huán)境化，避免運行環(huán)境的失控導致配電設備運行故障，保證維護人員安全，延長設備使用壽命，減少配電室粗放式管理導致成本過高，同時實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠程管理。

6.2系統(tǒng)功能

6.2.1 通信管理

       安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以完成對整個配電室范圍內(nèi)的通信設備進行管理、添加、刪除、控制和數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測。

6.2.2實時監(jiān)測

        安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)人機界面友好，能夠顯示配電室設備的運行狀態(tài)，實時監(jiān)測配電室環(huán)境參數(shù)信息，如視頻、溫度、濕度、漏水/水浸、水位、有害氣體和電參量等。實時顯示有關故障、告警等信息。

6.2.3 數(shù)據(jù)查詢

       在人機界面中，可以直接查看配電室個設備的運行數(shù)據(jù)。

6.2.4曲線查詢

       在曲線查詢界面，可以直接查看遙測參量曲線，包括溫度、濕度、水位、有害氣體、電壓、電流等曲線。

6.2.5運行報表

       查詢配電室內(nèi)設備的運行數(shù)據(jù)報表，包括日報表、月報表、年報表和查詢報表等。

6.2.6實時告警

      科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)具有實時告警功能，系統(tǒng)能夠對配電室溫度、濕度、有害氣體、設備故障或通信故障等事件發(fā)出告警。告警如右圖所示：

6.2.7 歷史事件查詢

       安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)能夠對產(chǎn)生的所有事件記錄進行存儲和管理，方便用戶對系統(tǒng)事件和進行歷史追溯、查詢統(tǒng)計、事故分析。

6.2.8 用戶權限管理

      為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，設置了用戶權限管理功能。通過用戶權限管理能夠防止未經(jīng)的操作（如遙控的操作，數(shù)據(jù)庫修改等）?？梢远x不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限，為系統(tǒng)運行、維護、管理提供可靠的安全保障。

6.2.9網(wǎng)絡拓撲圖

       安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)支持實時監(jiān)視接入系統(tǒng)的各設備的通信狀態(tài)，能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡結構?？稍诰€診斷設備通信狀態(tài)，發(fā)生網(wǎng)絡異常時能自動在界面上顯示故障設備或元件及其故障部位。

6.2.10遙控操作

      安科瑞智能配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)可以對整個配電系統(tǒng)范圍內(nèi)的設備進行遠程遙控操作。

6.3Acrel-2000E/B配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)配置選型

7系統(tǒng)未來的大數(shù)據(jù)應用展望

     未來隨著系統(tǒng)數(shù)據(jù)的積累，通過大數(shù)據(jù)的挖掘和分析技術，將會產(chǎn)生對人們生產(chǎn)和生活有更多價值和幫助的應用。

參考文獻

      （1）程偉華，陳揚，趙琳．基于物聯(lián)網(wǎng)技術的電力環(huán)網(wǎng)柜環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設計與應用[J]．電子技術與軟件工程，2016，                  5(7)：30一31．42．

      （2）劉德山．物聯(lián)網(wǎng)技術在電力配網(wǎng)智能監(jiān)控管理中的應用[J]．四川建材

      （3）安科瑞Acrel-2000EB配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)2020.04版

作者簡介

       王蒙蒙，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事配電室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)與應用。