未曉妃
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
1 引言
10kV站所柜內運行狀態(tài)及環(huán)境指標監(jiān)測管理平臺對分布在不同位置的動力設備、環(huán)境監(jiān)測設備和安保設備進行遙測、遙信采集,對各設備的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控,同時就相關監(jiān)測數據展開記錄與處理,一時間向相關人員發(fā)出通知,便于及時處理各種異常事件或險情,實現(xiàn)配電室無人值守、少人值班、效管理的目的。
2 10kV站所柜內運行狀態(tài)及環(huán)境指標監(jiān)測管理平臺設計
2.1站端設備集成系統(tǒng)
為滿足配電室各設備各種信息的共享要求,建立動環(huán)系統(tǒng)勢在必行。動環(huán)系統(tǒng)主要包括設備的集成和軟件的集成,從而促進管理效率有效提升,*大化控制運行成本,避免多個系統(tǒng)分散維護、管理不便的弊端。通過動環(huán)系統(tǒng)的建立,使整個配電室形成一個完整的體系。
2.1.1設備集成
(1)溫濕度傳感器。實現(xiàn)對站房內溫度、濕度的監(jiān)測功能。①溫濕度監(jiān)測傳感器借助RS485數字信號通訊上傳溫濕度數,通信協(xié)議為Modbus;②實現(xiàn)對智能配電房內溫度濕度值實時監(jiān)測,溫濕度傳感器與動環(huán)系統(tǒng)之間數據采用有線傳輸方式。
(2)氣體傳感器。實現(xiàn)對配電站內六氟化硫濃度值和氧氣含量的實時監(jiān)測功能。①實現(xiàn)對智能配電房內六氟化硫(SF6)氣體濃度值、氧氣含量實時監(jiān)測,氣體傳感器與動環(huán)系統(tǒng)之間采用有線傳輸方式;②隨主機配置安裝掛件,可方便固定于配電房墻面。
(3)煙霧傳感器。實現(xiàn)監(jiān)測配電站內發(fā)生火災產生的煙霧狀況,并發(fā)出聲音等告警信號功能。①通過煙霧探測器,監(jiān)測站房、電箱內煙霧狀況,并發(fā)出報警信號;②煙霧傳感器通過有線節(jié)點方式,接入系統(tǒng);③當附近環(huán)境的煙霧濃度降至小于報警值時,探測器的工作狀態(tài)會自動恢復正常;④具有電源指示燈、運行燈,可直觀觀察設備的上電、運行的狀態(tài)。⑤隨主機配置安裝掛件。
(4)水浸傳感器。實現(xiàn)在線監(jiān)測配電站水浸狀態(tài)。可根據運維需求,按不同高度的水浸傳感器,以實現(xiàn)水浸預警和水浸停電等功能。①實時在線監(jiān)測配電房水浸狀態(tài);②水浸傳感器通過有線節(jié)點信號,接入系統(tǒng);③有電源指示燈、運行燈,可直觀觀察設備的上電、運行的狀態(tài);④隨主機配置安裝掛件,可方便固定于配電房墻面。
(5)調溫除濕設備。實現(xiàn)配電站內溫濕度的控制功能。①具備手動控制和自動控制功能,手動和自動控制功能,兩者相互獨立;②具有掉電自恢復功能,具備濕度數碼管顯示功能。
(6)視頻監(jiān)控單元。網絡高速球型攝像機或網絡固定攝像機:實現(xiàn)場景可視化的基本功能,具備遠程控制視頻功能,支持報警信號(環(huán)境、安防、設備狀態(tài))及視頻預置位的聯(lián)動,可以和環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)保持聯(lián)動,立足于環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的告警或預警區(qū)域,對特定區(qū)域情況進行查看,為人工確認提供方便,可實現(xiàn)與安防設備系統(tǒng)聯(lián)動;可實現(xiàn)與設備狀態(tài)系統(tǒng)聯(lián)動,對電力設備的運行狀態(tài)和操作展開錄像和拍照,以便于運維人員在對設備運行狀態(tài)進行判斷時有據可循。
(7)門狀態(tài)傳感器。實現(xiàn)采集門開啟、關閉的狀態(tài)信息的功能。①門狀態(tài)傳感器通過有線節(jié)點信號,將配電房門的開啟、關閉狀態(tài)信號上傳至采集系統(tǒng)的功能;②選擇帶有觸點的機械式限位開關或帶性的磁開關的傳感器;③門狀態(tài)傳感器采用無源設計,無需鋪設電源線或者外接電源。
(8)開關柜局放傳感器。①主要功能:暫態(tài)地電波/超聲波聯(lián)合技術在線監(jiān)測各種柜體局部放電狀態(tài),記錄各種柜詳細歷史數據;②裝置分類:依據監(jiān)測技術指標分為暫態(tài)地電波及超聲波傳感器;③傳感器外殼絕緣防護罩的防護等級為IP65;④傳感器裝置結構合理、方便安裝、方便檢修接地使用。
2.1.2軟件集成
數據管理和高應用功能,以一個實時數據庫為核心,實現(xiàn)實時數據處理、事件處理和通知、內部運算和歷史數據存檔;各級操作員對系統(tǒng)的監(jiān)視和操作。
圖1為技術拓撲圖。
圖1技術拓撲圖
2.2SAAS版IT執(zhí)行
因項目硬件均實地部署,而演示、調閱、管理在遠程辦公室,該項目的軟件運行端(邊緣側)就地部署,軟件總控部分須運行在電信機房(云側)。
“云側”協(xié)同“邊緣側”,“邊緣側”協(xié)同就地傳感與聯(lián)控“端設備”,形成“端-邊-云”的基礎構架。當部署N個邊緣側時,云端軟件事實上須升級為SAAS版本軟件。
一個客戶擁有一個或多個動環(huán)現(xiàn)場,在SAAS版本軟件中,分配一個賬號給該客戶,類似賬號也稱為“租戶”。按當前業(yè)務形態(tài)現(xiàn)狀,此階段的SAAS版本軟件初定按容納1000個租戶“動環(huán)站點”的標準執(zhí)行(如圖2所示)
圖2SAAS版本軟件
3 關鍵技術
3.1MQTT消息傳輸技術
消息傳輸采用MQTT(消息隊列遙測傳輸協(xié)議,詳見圖3),其具有能用有限的寬帶以及少的代碼,為連接遠程提供更具可靠性和實時性的消息服務的優(yōu)點。
圖3MQTT消息傳輸技術
MQ遙測傳輸(MQTT)是輕量級以代理的發(fā)布/訂閱為基礎的消息傳輸協(xié)議,在設計中秉持易實現(xiàn)、輕量、簡單、開放的原則。此特點決定了其在受限環(huán)境中適合運用。因為其屬于一種低寬帶、低開銷占用的即時通訊協(xié)議,因此其在移動應用、小型設備和物聯(lián)網等方面應用十分廣泛。
MQTT協(xié)議為不可靠、低寬帶的網絡遠程傳感器以及控制設備通訊而設計的協(xié)議,其主要具有下述特性:
(1)借助發(fā)布/訂閱消息模式,提供一對多的消息發(fā)布,將應用程序耦合解除。此點與XMPP很相似,但MQTT的信息冗余更小,其原因是XMPP在數據傳遞中采用的是XML格式文本。
(2)傳輸負載內容屏蔽的消息。
(3)運用TCP/IP提供網絡連接。常用的MQTT是以TCP連接為基礎推送數據,但同樣有以UDP為基礎的版本,被稱之為MQTT-SN。兩種版本因為連接方式有所區(qū)別,優(yōu)缺點也不一樣。
(4)有3種消息發(fā)布服務質量:①“至多一次”,借助底層TCP/IP網絡發(fā)布消息。會有消息重復或丟失的問題出現(xiàn)。此級別可以在下述情況中運用:環(huán)境傳感器數據,丟失一次讀記錄關系不大,其原因是不久之后還會再發(fā)送一次。此方式主要是普通的APP的推送,如果智能設備在推送消息的過程中沒有聯(lián)網,沒有收到推送的消息,重新聯(lián)網也無法接收到了。②“至少一次”,保證消息達到,但可能出現(xiàn)消息重復的現(xiàn)象。③“只有一次”,保證消息到達一次。在部分具有嚴格要求的計費系統(tǒng)中,可以對這一別進行運用。在計費系統(tǒng)中,消息丟失或重復造成結果有誤。此類*高質量的消息發(fā)布服務還可以在即時通訊類的APP推送中使用,保證用戶可以接收到,同時只能接收一次。
(5)小型傳輸,成本較低(固定長度的頭部是2字節(jié)),協(xié)議交換*小化,以促使網絡流量降低。這就是說它“在物聯(lián)網領域,服務器和傳感器的通訊以及信息的收集”中十分適合的原因,要了解到嵌入式設備的元代以及運算能力均不強,因此在傳遞消息中十分適合運用此類協(xié)議。
(6)使用LastWill以及Testament特性通知相關各方客戶端異常中斷的機制。
LastWill:也就是遺言機制,在對同主題下的其他設備發(fā)出通知,發(fā)送設備已斷開了連接。
Testament:也就是遺囑機制,功能和LastWill相似。
3.2Web應用軟件組合技術
“LAMP包”的腳本組件中涉及了CGIweb接口。基于此技術,網頁瀏覽器的用戶可以在服務器上執(zhí)行一個程序,同時與接受靜態(tài)的內容一樣對動態(tài)的內容予以接受。程序員借助腳本語言對這些程序進行創(chuàng)建,其原因是其可以對文本流進行有效操作,甚至當這些文本流并不是從程序自身而來時也一樣。正因如此,系統(tǒng)設計人員經常將這些腳本語言叫作膠水語言。
3.3RESTful架構
RESTful架構的核心規(guī)范與約束:統(tǒng)一接口分為4個子約束:①每個資源都擁有一個資源標識,所有資源的資源標識可以用來標明該資源;②消息的自描述性;③資源的自描述性;④HATEOASHypermediaAsTheEngineOfApplicationState(超媒體作為應用狀態(tài)引擎)。
4.安科瑞配電室環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
4.1概述
配電室綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括智能監(jiān)控系統(tǒng)屏、通訊管理機、UPS電源、視頻監(jiān)控子系統(tǒng)(云臺球機、槍機)、環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)(溫度、濕度、水浸、煙感)、控制子系統(tǒng)(燈光、空調、除濕機、風機、水泵)、門禁監(jiān)控子系統(tǒng)(讀卡器、開門按鈕、磁力鎖)、安防監(jiān)控子系統(tǒng)(雙鑒檢測器)。
4.2應用場所
適用于軌道交通,工業(yè),建筑,學校,商業(yè)綜合體等35kV及以下用戶端供配電自動化系統(tǒng)工程設計、施工和運行維護。
4.3系統(tǒng)結構
4.4系統(tǒng)功能
4.4.1實時監(jiān)測
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)境參數信息,實時顯示有關故障、告警等信息。
4.4.2數據查詢
在人機界面中,可以直接查看配電室中各個設備的運行數據。
4.4.3曲線查詢
可以直接查看各電參量曲線。
4.4.4運行報表
查詢配電室內設備的運行數據報表。
4.4.5實時告警
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。
4.4.6歷史事件查詢
能夠對產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。
4.4.7用戶權限管理
設置了用戶權限管理功能,可以定義不同級別用戶的登錄名、密碼及操作權限。
4.4.8網絡拓撲圖
支持實時監(jiān)視并診斷各設備的通訊狀態(tài),能夠完整的顯示整個系統(tǒng)網絡結構。
4.4.9遙控功能
可以對整個配電系統(tǒng)范圍內的設備進行遠程遙控操作。
4.5系統(tǒng)硬件配置
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