基于電力物聯網的匯控柜微環境智能監控技術研究與應用

潘繼軍，田曉聲，季珊珊，張曉勇

(1.國網上海市電力公司檢修公司，上海 200063；2.浙江都美電力科技有限公司，浙江 杭州 311301)

匯控柜是變電站內重要的控制設備，匯控柜內接線和元器件的可靠工作，是一次設備可靠供電的基礎。目前匯控柜除濕大多數局限于安裝在柜內的獨立除濕設備或材料，對于大范圍的分布式全覆蓋的實時監測、自動控制、分析告警的模式相對較少，對于利用傳感與通信技術智能化監控匯控柜微環境總體情況還存在一定空白。

泛在電力物聯網就是圍繞電力系統各環節，充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術、先進通信技術，實現電力系統各環節萬物互聯、人機交互，具有狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統。本文重點探討基于電力物聯網的匯控柜微智能環境監控技術。

1 匯控柜微環境智能監控技術

1.1 智能監控技術概述

匯控柜微環境智能監控技術可以實時監測柜內環境溫、濕度和電氣接點的溫度變化，監控中心可以根據不同的需求設置多種報警方式，實現提前預警和故障定位，真正對匯控柜實現了智能化、信息化管理。匯控柜面板上安裝有液晶顯示裝置，方便巡檢人員查看，監控中心可以把所有的監測數據保存并統計分析，為狀態檢修提供大量的參考數據，符合國家電網公司提出的建設智能電網的要求。

1.2 智能監控技術主要功能

(1)實現對匯控柜內微環境的在線監測和實時調控。

(2)實現采集數據和控制指令的有線和無線傳輸。

(3)實現智能監控系統監測數據和運行狀態實時本地展示。

(4)實現智能監控系統運行畫面實時遠程展示。

1.3 智能除濕技術

智能除濕技術用半導體除濕方案，可以實現匯控柜內微環境改造，核心功能是對匯控柜內進行除濕，防止由于濕度過大，產生凝露，影響正常運行。

根據內置的溫濕度傳感器監測的數據，控制柜內濕度，進行除濕處理，將柜內空氣中的水汽冷凝成水，排到柜外。同時，對匯控柜進行封堵處理，在柜內底部涂覆密封膠，防止電纜溝內水汽進入柜內；在匯控柜門上安裝密封膠條，防止空氣內水汽進入柜內；對匯控柜原有透氣孔進行封堵，防止內外空氣進行對流。

1.4 智能通信方式

1.4.1 RS-485總線通信

RS-485是一個定義平衡數字多點系統中的驅動器和接收器電氣特性的標準，該標準由電信行業協會和電子工業聯盟定義。使用該標準的數字通信網絡能在遠距離條件下以及電子噪聲大的環境下有效傳輸信號。RS-485使得連接本地網絡以及多支路通信鏈路的配置成為可能。

在匯控柜微環境智能監控技術中，RS-485總線通信采用MODBUS-RTU通信協議，用于實現對匯控柜內微環境的在線監測和實時調控，實現智能監控系統監測數據和運行狀態實時本地展示。

1.4.2 RJ-45以太網通信

以太網(Ethernet)是應用最廣泛的局域網通信方式，同時也是一種協議。以太網協議定義了一系列軟件和硬件標準，從而將不同的計算機設備連接在一起。以太網設備組網的基本元素有交換機、路由器、集線器、光纖和普通網線以及以太網協議和通信規則。以太網中網絡數據連接的端口就是以太網接口。

在匯控柜微環境智能監控技術中，以太網通信采用TCP/IP通信協議，用于實現采集數據和控制指令的有線傳輸，實現智能監控系統運行畫面實時遠程展示。

1.4.3 WIFI通信

WIFI在中文里又稱作“行動熱點”，是WIFI聯盟制造商的商標做為產品的品牌認證，是一個創建于IEEE802.11標準的無線局域網技術。

在匯控柜微環境智能監控技術中，WIFI模塊功能是將串口或TTL電平轉為符合WIFI無線網絡通信標準的嵌入式模塊，符合IEEE802.11協議棧網絡標準，內置TCP/IP協議棧，能夠實現用戶串口、以太網、無線網(WIFI)這3個接口之間的任意透明轉換，用于實現采集數據和控制指令的無線傳輸。

因此，本裝置的智能通信方式如圖1所示。

圖1 匯控柜微環境智能通信方式

2 匯控柜微環境智能處理技術

2.1 智能除濕裝置

智能除濕裝置一般由電源系統、送風系統、半導體制冷器、溫濕度檢測控制回路、加熱回路、報警回路、無線模塊及排水管路等組成。

當潮濕空氣經風扇吸入后，通過特殊設計的風道流動，先經半導體制冷器降溫結露，制冷器的結露在重力作用下滴入引水槽，再由導水管流出柜外。在設定啟動值內經過充分循環除濕，使柜內空氣濕度降至結露點以下，完成整個防潮引凝加熱過程。同時，智能型除濕裝置信號采集傳感器外置，能實時準確地采集到柜內的真實濕度，保證智能型除濕裝置在柜內將要達到凝露條件時提前啟動除濕。

送風電機開路堵轉、半導體制冷器開路短路、外部溫濕度傳感器斷線時，報警繼電器閉合，且數碼管提示“ERR”或者報警指示燈亮，可以通過通訊查詢狀態寄存器判斷故障類型。

當具有RS-485通信功能的除濕裝置收到上位機的數據時，分析數據后馬上回復數據給上位機，上位機可以同歸相應指令遠程操縱智能除濕裝置，實現“遙信”、“遙測”、“遙控”功能。

2.2 凝露的概念

凝露是指當物體表面溫度低于周圍空氣的露點溫度(凝露溫度)時，水蒸汽在物體表面冷凝的現象，而空氣的露點溫度與環境溫度和相對濕度有關。因此，物體是否發生凝露，取決于環境溫度、物體本身溫度、相對濕度以及露點溫度。

露點溫度與環境溫度、相對濕度的關系如表1和圖2所示。

表1 露點溫度與環境溫度、相對濕度對照表 ℃

圖2 露點溫度(CT)與環境溫度(ET)、相對濕度(RH)

(1)相同環境溫度下，相對濕度越大露點溫度越高，露點溫度與相對濕度成正比關系。

(2)相同相對濕度下，環境溫度越大露點溫度越高，露點溫度與環境溫度成正比關系。

2.3 智能處理方式

智能除濕裝置通過溫度傳感器和濕度傳感器監測匯控柜內的環境溫度和環境濕度，并使用自帶程序自動處理監測到的數值。根據自動處理結果，調整匯控柜內的溫度和濕度，使室內環境溫度和相對濕度不處于露點產生曲線上，達到防凝露的效果。

3 智能監控系統平臺

在變電站輔控系統中實時跟蹤除濕器工作與溫濕度變化情況，實現對匯控柜內微環境的在線監測和實時調控。

3.1 數據監控

(1)遙信功能：測量除濕裝置運行狀態；

(2)遙測功能：測量匯控柜內溫度和濕度數值；

(3)遙控功能：遠程控制除濕裝置啟停；

3.2 視頻監控

通過網絡攝像頭實現智能監控系統運行畫面實時遠程展示。

4 結語

本文探討了基于泛在電力物聯網的匯控柜微環境監控技術，應用半導體除濕技術和通信技術，通過數據采集提取匯控柜內外溫濕度，通過算法研判柜內外溫濕度關系，實現除濕器啟停控制，同時在變電站輔控系統中實時跟蹤除濕器工作與溫濕度變化情況。匯控柜微環境感知與監控技術在變電站匯控柜內均可應用，可以有效地提高匯控柜環境調控的智能化程度，減輕人員工作量，可提高柜內線纜、元器件工作環境的安全可靠性，以及絕緣水平，對保障安全供電、提高運行可靠性具有重要的現實意義。