配電箱變智能采集終端的設計及實踐

孫巧玲，官清，李燕(.國網山東省電力公司寧津縣供電公司，山東德州，53400；.國網山東省電力公司夏津縣供電公司，山東德州，5300）

配電箱變智能采集終端的設計及實踐

孫巧玲1，官清2，李燕1
(1.國網山東省電力公司寧津縣供電公司，山東德州，253400；2.國網山東省電力公司夏津縣供電公司，山東德州，253200）

本文以10kV箱變為例，主要研究了箱變智能采集終端的設計方法及在實踐中的應用，旨在為提高設備運維和巡檢提供參考。關鍵詞：傳感器；采集器；智能采集終端

0 前言

目前我國智能巡檢技術支撐體系已具備一定的應用基礎，如配電箱變智能采集終端是指用于計量和采集各信息采集點用電信息，將數據經處理后通過信道上傳給數據采集層，并負責轉發和執行下發控制命令和信息的各類電能信息采集終端，通過在用戶和供電企業之間形成網絡互動和即時連接，從而實現電力、信息、應用數據的高速傳輸等功能。選擇穩定、可靠、實時、安全的采集終端是保證系統安全穩定運行的關鍵，直接影響著集中器與采集器之間通信的可靠性和采集成功率。因此，如何獲取安裝設備的數據，快速形成巡檢記錄就成了研究的重要課題。

1 配電箱變智能采集終端設計概述

1.1 設計原則

（1）先進性與實用性相結合

用電信息采集終端充分利用先進技術和先進理念，采用先進軟硬件技術，適應用電信息采集系統的發展，功能設計以切實服務于營銷管理和客戶服務的各項業務需求為基準，有機結合信息采集、負荷分析等具體業務流程的設置，促進營銷業務流程的標準化、規范化和科學化。

（2）靈活性和安全性相結合

采用模塊化設計，具有較強的靈活性和可擴展性。同時，注重權限管理，具有控制功能的終端與主站之間的設置和控制報文的傳輸須采取相應的身份認證和加密措施。

（3）繼承與發展相結合

遵循有繼承才有發展的思路，充分利用現有的資源、成熟的應用以及技術積累，同時綜合考慮未來的應用需求。

1.2 系統結構

配電箱變智能采集終端結構主要包括：無線溫度、無線電流等無線數據傳感器；無線數據采集器；內/外溫濕度采集器、開關量采集器等智能IED設備、通信管理機等。其中無線數據傳感器主要負責采集無線信號，并傳送到無線數據采集器；通信管理機主要是上傳采集數據，并提供無線熱點，便于獲取箱變實時、歷史運行數據。

2 數據傳感器和采集器

2.1 無線數據傳感器和采集器

ZigBee無線傳感器網絡是基于最新IEEE802.15.4技術標準和ZigBee.網絡協議而設計的低功耗無線數據傳感器網絡，是中短距離、低速率無線傳感器網絡，其射頻傳輸成本低，各節點只需要很少的能量，功耗小，適于電池長期供電，可實現一點對多點、兩點間對等通信、快速組網自動配置、自動恢復和高級電源管理，任意多個傳感器之間可相互協調實現數據通信。

無線采集器可以直接與主站通信，多用于采集單個或多個電能信息，具有數據采集、數據存儲、參數設置和查詢、自維護等功能。本次將無線電流傳感器分別串聯與高壓進線開口、低壓進線開口處，將無線數據采集器部署在智能采集終端壁掛箱內。各無線傳感器、采集器之間均通過Zigbee實現無線通信，無線溫度傳感器和無線電流傳感器采取無電源供電方式。

2.2 溫濕度采集器

以Modbus協議和Rs-485組成的網絡為主體構成的溫濕度采集系統，具有結構簡單、靈活性好、工作穩定、易于控制等優點。其結構可分為上位機、下位機兩部分，下位機的主要任務是完成測量點的溫濕度的測量，并通過串行通信，向上傳送測量數據。本次選用兩臺溫濕度采集器，用于配電箱變內外溫濕度采集，并與通信管理機通過Modbus RTU規約進行通信。

2.3 開關量采集器

開關量采集器結構主要有CPU的讀寫端口和CPU的地址端口，CPU將采集到的狀態數據暫存在緩沖單元(CPU板上的存儲器)內，通過CAN總線完成與站機的數據交換。開關量采集器既可以配置多個開關量輸入，也可以提供RS-485通信接口，同樣利用Mdobus RTU規約與通信管理機通信。

2.4 通信管理機

2.4.1 技術要求

通信管理機具有低壓子站內智能設備的通信數據采集、協議轉換、數據二次組態及與監控中心的監控主機進行實時數據交換等功能，能夠實現站內信息共享。其技術要求主要有：

（1）下行采集通信口：至少具有8個RS-485通信口，每個通信接口最多連接10臺現場智能設備。

（2）上行主站通信口：至少具有2個10／100MB以太網接口。

（3）具有前置機功能，用戶可二次組態并定義，裝置根據用戶的配置順序文件，將通信采集到的低壓子站內各智能設備的通信數據高速歸納、整理和計算，實時完成與主站的通信數據交換。

（4）必須具備組環網功能，一主一備在線切換。主備環網通信管理機具備的功能原理：由主通信管理機下達數據采集命令，備用通信管理機監聽通信總線的數據，防止出現數據異常現象。但需要注意兩個方面的內容：一是為實現數據傳輸的準確性，主、備用通信管理機的數據必須保持同步；二是備用通信管理可自行啟動并下達采集命令，防止主通信管理出現故障時，數據丟失的現象。當主通信管理機恢復正常工作時，備通信管理機應將權限移交給主通信管理機并恢復環網結構。

（5）供電電源：具備雙電源供電，交直流通用。AC 75～255V，頻率50Hz或DC110／220V。

2.4.2 設計與安裝

結合設計技術要求及配電箱變的實際情況，本次選擇了尺寸較小的研華ARK-1123L無風扇嵌入式工控機作為智能采集終端。其前置通信模塊實現了多通道數據接入，監控告警模塊具備異常用電狀況在線監測、診斷、報警及智能化處理功能，滿足計量裝置故障處理和在線監測的需求等功能；存儲模塊，可以保存各套保護送來的信息，上傳給監控系統或保護分析系統的PC機，以便隨時調用分析系統事故；查詢模塊，當有保護動作時，保護跳閘事件、跳閘報告等信息在查詢時上傳給保護通信管理機并通過監控接口轉接至監控系統的通信總控單元；數據訪問接口可提供實時數據和歷史數據查詢，并與智能終端APPA軟件通信；定值整定與修改，監控系統可以方便地對各保護和自動裝置進行定值整定修改和信號復歸及保護軟壓板投退等操作；規約轉換，保護通信管理機與各保護的通信是按保護內部規約，而保護通信管理機與監控系統的通信是采用通用標準規約，因此在監控系統與保護通信時就必須進行規約轉換。

3 工程實踐分析

本文選擇某箱變改造工程為研究對象，通過在側進線處安裝無線電流傳感器和測溫電纜頭，在壁掛箱內安裝無線數據采集器、開關量采集器、通信管理機，在高壓室安裝溫濕度采集器，經實際運行表明：智能采集終端不僅實現運行參數采集，而且無線溫度傳感器和無線電流傳感器無需額外電源支撐，實現了免維護運行。并且與手機APP通信，快速形成巡檢記錄，提升了工作效率。此外，還為運維和快速故障處理創造了技術條件。

4 結語

智能技術的發展不僅有利于提升巡檢質量，降低巡檢工作強度，而且有利于保障設備安全穩定運行。智能采集終端不僅實現了開關運行狀態監測、供電電能質量監測，并對采集的數據實現管理和遠程運輸，而且也為配電管理部門制定經濟、安全的運行方案及設備增容等提供參考數據。

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[3]呂鋼.無線測溫技術在變電站電力電纜的應用[J].自動化應用,2014(05).

Distribution box is intelligence collection terminal design and practice

Sun Qiaoling1,Guan Qing2, Li Yan1
(1. Its Chinese shandong province electric power company NingJin County power supply company,Dezhou Shandong,253400;2. Its Chinese shandong province electric power company xiajin county electric power supply company,Dezhou Shandong,253200)

in this paper, with 10 kv box into the case, the main change design method of intelligent acquisition terminal box is studied and its application in practice, which provided reference for improving operations and inspection equipment

sensor；terminal；intelligent acquisition terminal box