基于移動網絡及云平臺的智能化箱變遠程監測系統研究

鄭麗娟，彭團豐，魏佳棟

（杭州電力設備制造有限公司余杭群力成套電氣制造分公司，浙江 杭州 310000）

1 智能箱變遠程監測系統應用背景

隨著信息技術的發展，傳統的數據采集及運行監視系統步入了遠程管理階段[1]。云平臺為企業靈活部署網絡化信息系統帶來非常便捷的體驗[2]，可以搭建具有可擴展彈性功能和專業服務的虛擬服務器。隨著4G移動網絡的建設，借助高速移動網絡將現場運行數據隨時傳遞至云平臺成為可能。通過訪問云平臺，用戶可以在任意地點獲取遠程現場運行數據，實現對設備的遠程實時監測。

電力設備制造廠商為了增加銷量，提出了箱式變電站租賃的營銷模式，把金融服務的營銷體系引入到電力設備的銷售中[3]，避免了電力設備制造廠商為了爭奪市場互相壓價造成盈利下降，也為用戶降低了使用成本壓力，創造了制造廠商和用戶的雙贏，隨之而來箱式變電站的運維模式也發生了變化。為了保證租賃合同的有效執行，箱變的完好狀態及運行情況需要隨時知曉。傳統箱變綜合自動化系統只能在有限范圍內獲取箱變的運行數據，無法獲取箱變的準確位置，在箱變運行狀態發生改變時，不能及時通知租賃方，難以滿足全方位掌握箱變運行狀態的需要。

基于移動網絡及云平臺的智能箱變遠程監測以提升箱式變電設備運維智能化水平為目標，實現箱變實時狀態集成信息的數據獲取，利用融合網關技術對多類型信息（如運維信息、定位信息等）進行集成，通過4G移動網絡實現遠程信息傳輸，應用云數據庫進行數據集成優化，使用遠程管理軟件實現用戶交互和信息展示。

2 需求分析

租賃營銷模式將箱式變電站的維護工作轉由電力設備制造企業承擔，且承租用戶具有地理位置分散，承租期不同等特點。為了保證承租用戶具有良好的服務體驗，需要出租企業對已出租的設備具備設備信息管理、運行狀態遠程監測和位置實時感知的能力，確保部署于不同地點的箱變設備能夠正常運行。一旦設備運行過程中出現異常，維護人員能夠獲知其狀態，并通過查閱設備信息了解出現異常的設備相關參數，幫助維護人員及時對設備進行維修。同時，當約定租賃期滿用戶不再續約后，能夠根據其定位位置回收設備，確保資產不丟失。

3 功能設計及實現

相比于傳統箱變自動化系統[4-5]，除了就地運行狀態監測外，需要增加遠程數據傳輸及地理位置信息獲取功能，將就地運行狀態信息快速、準確地傳送出去。為了便于遠程監測和歷史數據查看，需要具備遠程監測終端，為監測人員提供運行信息。作為遠程數據分析和存儲的橋梁，需要搭建云平臺服務器，對海量歷史運行數據進行優化和存儲。同時，應提供箱變參數信息維護和查找功能，使箱變生產企業能夠方便管理和隨時查閱。具體組成結構如圖1所示。

圖1 箱變遠程監測系統結構

3.1 箱變基本信息管理功能

將對外租賃的箱變納入信息化管理，對出租箱變資產信息和參數信息進行全方位管理。除了實現對箱變型號、箱變編號、租期、租戶等信息進行錄入、刪除、更改、查詢等功能外，還可以實現箱變結構的展示和圖紙信息的管理。

3.2 數據采集與傳輸功能

設計具備獲取箱變運行狀態信息、衛星定位信息，且具有移動網絡接入和數傳功能的智能模塊，對定位數據和運行數據進行就地采集，融合網關處理，通過4G移動網絡發送至云平臺。云平臺回傳信息進行解析，設計與百度地圖的交互結構，實現對外租賃箱變的精準定位（定位精度10 m），實現箱變總體布局展示和地理位置的有效監控。通過系統配置，可對現場數據采集硬件和云數據平臺上的數據通信服務系統進行功能配置，包括：監測配置、數據獲取時間間隔配置和監測參數的選取等。

3.3 遠程數據處理及存儲功能

在云平臺服務器上建立虛擬主機，開通網絡服務和數據存儲服務。通過服務程序定時向箱變發送采集數據請求并接收回傳數據，包括：箱變低壓進線側的三相電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、諧波、電能計量等數據以及地理位置信息數據。接收到數據后服務程序能夠判斷數據特征，進而按照分類情況對數據存儲和提供給客戶端展現。

3.4 運行數據監測及歷史數據查詢功能

通過云平臺服務器為客戶端提供Web Service通信，客戶端可以以可視化界面形式實時展示當前運行狀態及告警信息。以多類型圖表形式展現箱變運行的歷史數據，既可以實現單個箱變電壓、電流、有功功率、無功功率、視在功率、諧波、電能等數據的曲線展示，又可以通過數據分析實現運行狀況報警與預警功能。

4 系統應用示例

根據以上功能，設計并實現了可服務于租賃模式的智能化箱變遠程監測系統，并應用于某電氣設備制造企業。將融合網關部署在箱變柜體內，如圖2所示。為了保證定位衛星信號和移動網絡信號的有效接收，通過箱內開孔將天線伸出金屬外殼外，如圖3所示。在阿里云平臺上搭建虛擬主機，配置網絡服務并安裝通信服務主程序，用于接收部署的箱變產生的運行數據和位置數據，并在用戶的客戶端上進行展現。如圖4—5所示。

圖2 數據采集及定位模塊實際位置

圖4 實時運行數據展示

圖5 實時地理位置信息展示及告警信息展示

綜上所述，智能化箱變遠程監測技術能夠滿足電氣設備制造企業租賃營銷模式的需要，準確記錄并展示出租的箱變運行情況和位置信息。

5 結語

針對當前箱式變電站租賃式營銷模式導致現有箱變運維模式的改變，研究了基于移動網絡及云平臺的智能化箱變遠程監測技術。利用融合網關技術和4G移動網絡對下位機實時采集的箱變多類型信息進行集成傳輸，并對數據集成優化后存儲到云平臺數據庫中，通過遠程管理軟件對箱變進行數據監測，實現箱變的遠程運維。該技術的應用能夠迎合箱變租賃帶來的運維模式變化，降低箱變運維人工工作量，對電力設備制造商和設備用戶的業務良性增長具有積極的促進作用。