10 kV站所柜内运行状态及环境指标监测管理平台分析

1 10 kV站所柜内运行状态及环境指标监测管理平台设计

1.1站端设备集成系统

为满足配电室各设备各种信息的共享要求，建立动环系统势在必行。动环系统主要包括设备的集成和软件的集成，从而促进管理效率有效提升，*大化控制运行成本，避免多个系统分散维护、管理不便的弊端。通过动环系统的建立，使整个配电室形成一个完整的体系。

1.1.1设备集成

温湿度传感器。实现对站房内温度、湿度的监测功能。①温湿度监测传感器借助RS485数字信号通讯上传温湿度数，通信协议为Modbus；②实现对智能配电房内温度湿度值实时监测，温湿度传感器与动环系统之间数据采用有线传输方式。

气体传感器。实现对配电站内六氟化硫浓度值和氧气含量的实时监测功能。①实现对智能配电房内六氟化硫（SF6）气体浓度值、氧气含量实时监测，气体传感器与动环系统之间采用有线传输方式；②随主机配置安装挂件，可方便固定于配电房墙面。

烟雾传感器。实现监测配电站内发生火灾产生的烟雾状况，并发出声音等告警信号功能。①通过烟雾探测器，监测站房、电箱内烟雾状况，并发出报警信号；②烟雾传感器通过有线节点方式，接入系统；③当附近环境的烟雾浓度降至小于报警值时，探测器的工作状态会自动恢复正常；④具有电源指示灯、运行灯，可直观观察设备的上电、运行的状态。⑤随主机配置安装挂件。

水浸传感器。实现在线监测配电站水浸状态。可根据运维需求，按不同高度的水浸传感器，以实现水浸预警和水浸停电等功能。①实时在线监测配电房水浸状态；②水浸传感器通过有线节点信号，接入系统；③有电源指示灯、运行灯，可直观观察设备的上电、运行的状态；④随主机配置安装挂件，可方便固定于配电房墙面。

调温除湿设备。实现配电站内温湿度的控制功能。①具备手动控制和自动控制功能，手动和自动控制功能，两者相互独立；②具有掉电自恢复功能，具备湿度数码管显示功能。

视频监控单元。网络高速球型摄像机或网络固定摄像机：实现场景可视化的基本功能，具备远程控制视频功能，支持报警信号（环境、安防、设备状态）及视频预置位的联动，可以和环境监测系统保持联动，立足于环境监测系统的告警或预警区域，对特定区域情况进行查看，为人工确认提供方便，可实现与安防设备系统联动；可实现与设备状态系统联动，对电力设备的运行状态和操作展开录像和拍照，以便于运维人员在对设备运行状态进行判断时有据可循。

门状态传感器。实现采集门开启、关闭的状态信息的功能。①门状态传感器通过有线节点信号，将配电房门的开启、关闭状态信号上传至采集系统的功能；②选择带有触点的机械式限位开关或带极性的磁开关的传感器；③门状态传感器采用无源设计，无需铺设电源线或者外接电源。

（8）开关柜局放传感器。①主要功能：暂态地电波/超声波联合技术在线监测各种柜体局部放电状态，记录各种柜详细历史数据；②装置分类：依据监测技术指标分为暂态地电波及超声波传感器；③传感器外壳绝缘防护罩的防护等级为IP65；④传感器装置结构合理、方便安装、方便检修接地使用。

1.1.2软件集成

专用于数据管理和高级应用功能，以一个实时数据库为核心，实现实时数据处理、事件处理和通知、内部运算和历史数据存档；各级操作员对系统的监视和操作。

图1为技术拓扑图。

图1 技术拓扑图

1.2 SAAS版IT执行

因项目硬件均实地部署，而演示、调阅、管理在远程办公室，该项目的软件运行端（边缘侧）就地部署，软件总控部分须运行在电信机房（云侧）。

“云侧”协同“边缘侧”，“边缘侧”协同就地传感与联控“端设备”，形成“端-边-云”的基础构架。当部署N个边缘侧时，云端软件事实上须升级为SAAS版本软件。

一个客户拥有一个或多个动环现场，在SAAS版本软件中，分配一个账号给该客户，类似账号也称为“租户”。按当前业务形态现状，此阶段的SAAS版本软件初定按容纳1 000个租户“动环站点”的标准执行（如图2所示）。

图2 SAAS版本软件

2 关键技术

2.1 MQTT消息传输技术

消息传输采用MQTT（消息队列遥测传输协议，详见图3），其具有能用有限的宽带以及极少的代码，为连接远程提供更具可靠性和实时性的消息服务的优点。

图3 MQTT消息传输技术

MQ遥测传输（MQTT）是轻量级以代理的发布/订阅为基础的消息传输协议，在设计中秉持易实现、轻量、简单、开放的原则。此特点决定了其在受限环境中适合运用。因为其属于一种低宽带、低开销占用的即时通讯协议，因此其在移动应用、小型设备和物联网等方面应用十分广泛。

MQTT协议为不可靠、低宽带的网络远程传感器以及控制设备通讯而设计的协议，其主要具有下述特性：

借助发布/订阅消息模式，提供一对多的消息发布，将应用程序耦合解除。此点与XMPP很相似，但MQTT的信息冗余更小，其原因是XMPP在数据传递中采用的是XML格式文本。

（2）传输负载内容屏蔽的消息。

（3）运用TCP/IP提供网络连接。常用的MQTT是以TCP连接为基础推送数据，但同样有以UDP为基础的版本，被称之为MQTT-SN。两种版本因为连接方式有所区别，优缺点也不一样。

（4）有3种消息发布服务质量：①“至多一次”，完全借助底层TCP/IP网络发布消息。会有消息重复或丢失的问题出现。此级别可以在下述情况中运用：环境传感器数据，丢失一次读记录关系不大，其原因是不久之后还会再发送一次。此方式主要是普通的APP的推送，如果智能设备在推送消息的过程中没有联网，没有收到推送的消息，重新联网也无法接收到了。②“至少一次”，保证消息达到，但可能出现消息重复的现象。③“只有一次”，保证消息到达一次。在部分具有严格要求的计费系统中，可以对这一级别进行运用。在计费系统中，消息丢失或重复造成结果有误。此类*高质量的消息发布服务还可以在即时通讯类的APP推送中使用，保证用户可以接收到，同时只能接收一次。

（5）小型传输，成本较低（固定长度的头部是2字节），协议交换*小化，以促使网络流量降低。这就是说它“在物联网领域，服务器和传感器的通讯以及信息的收集”中十分适合的原因，要了解到嵌入式设备的元代以及运算能力均不强，因此在传递消息中十分适合运用此类协议。

（6）使用Last Will以及Testament特性通知相关各方客户端异常中断的机制。

Last Will：也就是遗言机制，在对同主题下的其他设备发出通知，发送设备已断开了连接。

Testament：也就是遗嘱机制，功能和Last Will相似。

参考文献：

陈伟凡,陈晓亮,高伟,等.变电站10KV开关柜运行环境监控系统设计［J］.电气技术,2016,17（9）：83-87.

郭和川,任小勇,潘豪蒙,周威,黄沙熠.10 kV站所柜内运行状态及环境指标监测管理平台分析.

安科瑞企业微电网设计与应用手册2022.05版.

审核编辑 黄宇