地址:上海市嘉定區(qū)育綠路253號
郵編:201801
傳真:021-69151136
聯(lián)系人:李亞歌
手機:13774413464
郵?箱:2881780374@qq.com
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(shù),將無線射頻和傳感器兩項關(guān)鍵技術(shù)結(jié)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(shù)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(yuǎn)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(shù)在智能電網(wǎng)中的一個典型應(yīng)用范例,其無線射頻傳感器和一體化的RFID讀寫器設(shè)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(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);射頻識別;傳感器;電力配網(wǎng)設(shè)施;實時監(jiān)控
1應(yīng)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(luò)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(shè)施)作為城市配電網(wǎng)中的關(guān)鍵設(shè)備,具有分布廣、數(shù)量大、布點散的特點,設(shè)施周邊環(huán)境復(fù)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(shè)施采用全封閉式設(shè)計,人工巡檢難度大;②電力配網(wǎng)設(shè)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(shè)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(shè)施7×24小時監(jiān)控預(yù)警體系。電力配網(wǎng)設(shè)施涉及用電安全責(zé)任重大,為了保障其運行安全,急需配備實時在線監(jiān)測預(yù)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(yīng)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(shè)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(shè)施的強電環(huán)境對環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備、規(guī)劃、實施要求嚴(yán)苛;⑤電力配網(wǎng)設(shè)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(guān)技術(shù)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(shù)(RFID)、傳感網(wǎng)技術(shù)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)、激光掃描器等信息傳感設(shè)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(luò)技術(shù)。可以看到,無線射頻識別和傳感器是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(shù)
無線射頻識別技術(shù)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(shù),它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù),其系統(tǒng)一般由閱讀器、應(yīng)答器(電子標(biāo)簽)、傳輸網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用軟件等組成。RFID電子標(biāo)簽具有體積小、容量大、壽命長、可多次重復(fù)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(yù),可支持快速讀寫、非可視識別、移動識別、多目標(biāo)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(shù)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(shù)
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?qū)崟r監(jiān)測和采集網(wǎng)絡(luò)分布區(qū)域內(nèi)的各種檢測對象的信息,以實現(xiàn)復(fù)雜的范圍內(nèi)的目標(biāo)檢測與跟蹤。智能電網(wǎng)建設(shè)中的一個關(guān)鍵部分就是處于網(wǎng)絡(luò)末端的傳感器,它是實現(xiàn)智能化*的關(guān)鍵部分,在智能電網(wǎng)中具有廣闊的應(yīng)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(wù)流、電力流的高度融合”的實現(xiàn)。
3無線射頻和傳感器技術(shù)的結(jié)合設(shè)計
3.1無線射頻傳感器構(gòu)成
一個完整的無線射頻傳感系統(tǒng)由傳感器標(biāo)簽、有源RFID閱讀器、中間件接口和應(yīng)用軟件組成,系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
圖1 無線射頻傳感技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)
系統(tǒng)先通過底層的傳感器標(biāo)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(biāo)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(yīng)用軟件使用。無線射頻傳感技術(shù)把無線射頻識別和傳感器技術(shù)有機地結(jié)合到了一起,通過傳感器標(biāo)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(shù)實現(xiàn)閱讀器和傳感器標(biāo)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(biāo)簽集成了多種傳感器和有RFID電子標(biāo)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?qū)γ荛]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(shè)施的多角度、信息、全壽命周期管理。
3.2無線射頻傳感技術(shù)主要特點
先,在射頻通信方面,該技術(shù)選擇了433 MHz的超高頻頻段作為系統(tǒng)工作頻率,其技術(shù)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(luò)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(yīng)環(huán)網(wǎng)柜和配電室應(yīng)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(biāo)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(shù)把有源RFID標(biāo)簽和傳感器技術(shù)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(biāo)簽,其技術(shù)特點主要有:①傳感器標(biāo)簽每隔一定時間(通常為2 s,可根據(jù)需要進行調(diào)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(yīng)用需要;②每個傳感器標(biāo)簽都有一個8位的身份代碼,用于對其進行標(biāo)識,同時還有一個6位的組別代碼用于標(biāo)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(biāo)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(biāo)簽類型多樣,功能豐富,可以根據(jù)不同應(yīng)用靈活進行選擇;⑤傳感器標(biāo)簽采用工業(yè)級封裝,環(huán)境適應(yīng)性強;⑥傳感器標(biāo)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(biāo)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(shù)的電力配網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)
基于無線射頻傳感技術(shù)的整個電力配網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示。
對于電力配網(wǎng)設(shè)施監(jiān)控應(yīng)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(shè)施選配了以下幾種類型的傳感器 標(biāo)簽用于其狀態(tài)監(jiān)控:①門磁標(biāo)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(biāo)簽:用于監(jiān)控電力配網(wǎng)設(shè)施內(nèi)不同區(qū)域的溫度和濕度;③液體探測標(biāo)簽:用于監(jiān)控電力配網(wǎng)設(shè)施內(nèi)是否有液體滲漏;④震動標(biāo)簽:用于監(jiān)控電 [5]力配網(wǎng)設(shè)施是否有人為破壞;⑤煙感標(biāo)簽:用于監(jiān)控電力配網(wǎng)設(shè)施內(nèi)是否有煙霧起火現(xiàn)象。
圖2智能電力配網(wǎng)設(shè)施實時監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成
5系統(tǒng)應(yīng)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(shù)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(yuǎn)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(shè)施運行狀態(tài)的聯(lián)網(wǎng)在線實時監(jiān)測,有效提升了設(shè)施管理的智能化和信息化水平;②實現(xiàn)了電力配網(wǎng)設(shè)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(shè)備異常損耗,避免了不必要的損失,提高了設(shè)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(yù)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(shè)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(shè)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(jié)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(guān)柜運行監(jiān)控、高壓開關(guān)柜帶電顯示、電流電壓等負(fù)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(fēng)、門禁、燈光、風(fēng)機、除濕機、空調(diào)控制等功能。實現(xiàn)動力環(huán)境各數(shù)據(jù)的檢測與設(shè)備控制,實現(xiàn)動力環(huán)境化,避免運行環(huán)境的失控導(dǎo)致配電設(shè)備運行故障,保證維護人員安全,延長設(shè)備使用壽命,減少配電室粗放式管理導(dǎo)致成本過高,同時實現(xiàn)配電動力環(huán)境的分布式遠(yuǎn)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(shè)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(shè)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(guān)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(shè)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(shè)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?qū)ε潆娛覝囟?、濕度、有害氣體、設(shè)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?qū)Ξa(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(quán)限管理
為保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行,設(shè)置了用戶權(quán)限管理功能。通過用戶權(quán)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)。可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權(quán)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(luò)拓?fù)鋱D
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(shè)備的通信狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。可在線診斷設(shè)備通信狀態(tài),發(fā)生網(wǎng)絡(luò)異常時能自動在界面上顯示故障設(shè)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(shè)備進行遠(yuǎn)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(yīng)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(shù),將會產(chǎn)生對人們生產(chǎn)和生活有更多價值和幫助的應(yīng)用。
參考文獻
(1)程偉華,陳揚,趙琳.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力環(huán)網(wǎng)柜環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用[J].電子技術(shù)與軟件工程,2016, 5(7):30一31.42.
(2)劉德山.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力配網(wǎng)智能監(jiān)控管理中的應(yīng)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(yīng)用。