物聯網技術在環網柜在線綜合監測系統中的應用分析

佘強 史金剛 李運旺 王有梅

【摘要】? ? 環網柜是配電網中的重要組成部分，隨著城市用電負荷的增加，環網柜的數量也在不斷增多，亟需建立環網柜在線綜合監測系統，實現對分布在城市各個配電網格中的環網柜的有效管理。當環網柜在運行的過程中出現異常情況時，運維人員能夠及時掌握信息，提高對環網柜的運維和管理效率，本文主要介紹了物聯網技術在環網柜在線綜合監測系統中的應用。

【關鍵詞】? ? 物聯網技術? ? 環網柜? ? 在線? ? 監測系統

引言

在城市配電網中，環網柜一般與若干條10kV配電線路相連，實現電能的分配。然而環網柜在運行的過程中，受到的外界干擾因素較多，如自然條件使得環網柜內的溫度過高或濕度過大、受到外力的撞擊、所接帶的負荷較重導致運行溫度偏高等，這些都是環網柜的異常運行狀態。通過對環網柜進行在線綜合監測，能夠及時掌握環網柜的運行信息，并可以通過移動APP無線傳輸技術，將環網柜的運行狀態信息發送至配電運維人員的終端中，實現對環網柜的高效精準運維，滿足城市配電網的發展需求，本文詳細分析了環網柜在線綜合監測系統的原理和相關的應用情況。

一、物聯網技術

在信息化時代下，物聯網技術的發展速度較快，已經應用在包括電力行業在內的多個領域，提高了社會的信息化和自動化技術水平。通過物聯網技術中的智能感知和智能辨識技術，可以實現數據信息的智能化準確采集，并與通信技術進行融合，實現數據的快速傳輸和處理，提高電力生產的技術水平[1]。

物聯網技術在環網柜在線監測系統中的應用，可以分為感知層、控制層和應用層等三層。

其中，感知層主要是利用物聯網在數據采集方面的優勢，廣泛采集環網柜的各類運行數據。控制層是將所采集的數據進行分析和處理，應用層則是將處理后的數據形成相應的結果或決策信息，供環網柜運維人員進行參考。

二、環網柜在線綜合監測系統

2.1 環網柜在線綜合監測系統的基本功能

環網柜在城市配電網中的分布較為分散，管理的難度較高，如果依然采用傳統人工對環網柜進行巡檢的方式，則管理和運維效率較低，也難以及時發現環網柜中存在的異常或故障情況[2]。

采用環網柜在線綜合監測系統，可以實現環網柜異常運行狀態的識別和檢測，并發出相應的異常運行狀態預警，對環網柜的健康狀態進行評價。

2.2 環網柜在線綜合監測系統的結構和組成

在環網柜在線綜合監測系統中，主要包括單片機、傳感器和通信模塊等。傳感器負責采集環網柜的各類運行數據信息，并將數據信息傳輸到單片機中，通過計算程序進行分析，并將得出的結果通過通信模塊發送到環網柜的運維人員所持的終端。

傳感器包括溫濕度傳感器、光電傳感器等，其中溫濕度傳感器主要用于采集環網柜中的溫度和濕度信息，光電傳感器用來采集環網柜中的開關量信息[3]。此外，由于環網柜可能會受到外界的撞擊，故在該在線監測系統中還設置了加速度傳感器。其中，環網柜在線綜合監測系統的結構示意圖如下圖1所示。

這種環網柜在線綜合監測裝置能夠適應較為復雜的應用環境，容易安裝。此外，該環網柜在線綜合監測裝置還具有以下特點：

一是自帶傳感器（配電纜及接線端子），現場即插即用，安裝施工簡單;

二是全端口防雷，光電隔離;

三是主動上報機制，有告警則上報數據，具備智能設備低端協議解析功能，數據量也較小，通信效率較高。

三、環網柜在線綜合監測系統的物聯網關鍵技術和實際應用

3.1 智能感知

環網柜的空間較為狹窄和緊湊，長時間的運行容易出現異常的運行狀態，應對其進行系統監測，其中智能感知技術發揮著關鍵作用，可為監測系統提供豐富準確的數據信息來源。

環網柜中，物聯網通過轉換元件進行處理后，可以轉換為電信號或者光信號，這類信號可以輸入到網絡通信系統中進行傳輸和處理。物理量包括溫度、濕度、振動等，化學量包括環網柜是否浸水、氣體含量等。通過對這些信息量進行采集，能夠掌握環網柜的運行狀況。

3.2 統一信息模型和統一通信規約技術

由于環網柜的運行數據信息類型較多，故在環網柜在線綜合監測系統中采用了多種不同類型的傳感器，各類傳感器所采集的數據進行交互存在一定的困難，并且不同生產廠家的傳感器設備的數據格式、表達方式等方面不一，在互聯互通方面也難以實現。為了保證各類應用系統的數據信息交互質量，實現對環網柜運行狀態的全面感知和實時掌握，采用統一信息模型和統一的通訊規約技術，是環網柜在線綜合監測系統中的關鍵技術之一。其中，統一信息模型可以采用目前在智能變電站中廣泛采用的IEC 61850通信標準[4]。在這種通信標準中，以傳感器作為最小的邏輯通信單元，并對環網柜中所布置的各類傳感器分別建模。由于在建模的過程中采用的是統一的信息模型，故可以實現統一建模，提高數據之間的互操作性。

IEC 61850采用面向對象的建模技術，定義了基于客戶機/服務器結構的層次數據模型，如圖2所示。面向對象的建模方法的出發點和基本原則是盡可能模擬人類習慣的思維方式，使開發軟件的方法盡可能接近人類認識世界的方法與過程。從應用的角度，IEC61850標準又將服務器分層為邏輯設備LD（Logical Device），邏輯設備包含邏輯節點LN（Logical Node），邏輯節點包含數對象DO（Data Object ），數據對象則是由數據屬性（data attributes）構成的共用數據類的命名實例。

IEC 61850把裝置的不同功能抽象為邏輯節點，裝置具有的功能就是各個邏輯節點的集合，這很好地解決了裝置的類型和裝置功能的組合。此外建立環網柜在線監測系統的統一信息模型之后，需要通過統一的通信規則映射到網絡層，以實現數據信息在網絡層的傳輸。

在IEC 61850通信標準中，采用面向對象技術定義通信服務，服務接口采用抽象通信服務接口的方法，它獨立于具體的網絡應用層協議。客戶服務通過抽象通信服務接口，由SCSM映射到采用的通信棧或協議子集[5]。該統一通信規約在應用的過程中，只需要將對象和服務映射到新的特定通信協議棧，只要改變相應的特定通信服務映射SCSM即可，而信息模型及相關規范不用變化。正是由于IEC 61850標準的這些特點，使應用和通信解耦，促使構建無縫開放式的環網柜自動化監控系統得以實現。

3.3 環網柜在線綜合監測系統的應用

環網柜在線綜合監測系統在實際部署應用中，應把握各類傳感器的關鍵安裝技術指標，保證合格的施工安裝質量。

傳感器涉及到的技術指標包括通信頻率、運行溫度、工作電流、發射功率等，其中通信頻率可以取2.4GHz，運行溫度一般范圍較多，基本都能夠滿足。傳感器的發射功率不超過1mW，工作電流不超過3微安，當滿足這些基本條件時，傳感器能夠保證正常可靠工作，準確采集環網柜的運行數據，實現對環網柜的在線實時監測。

四、結論

隨著物聯網技術的發展，利用物聯網技術構建環網柜在線綜合監測系統，可以有效提高環網柜的運維和管理的信息化和自動化水平，為打造堅強配電網提高技術支撐。本文所分析的物聯網技術在環網柜在線綜合監測系統中的應用技術，可以在實際環網柜運維中加以應用，有力保障配電網的運行安全。

參? 考? 文? 獻

[1] 蘇偉明. 基于物聯網技術的多參數在線監測系統研究[J]. 港口經濟， 2020， 000（004）：64-65.

[2] 劉德山. 物聯網技術在電力配網智能監控管理中的應用[J]. 四川建材， 2018， v.44;No.216（08）：206-207.

[3] 吳宇紅， 紀濤， 樓建強， et al. 環網柜除濕監控系統的設計[J]. 電力信息與通信技術， 2019， 017（008）：P.81-86.

[4] 王學良. 基于物聯網技術的輸電線路在線監測系統[J]. 電子測試， 2018， 402（21）：81+86-87.

[5] 陳普然. 物聯網技術下的配電線路在線監測系統應用[J]. 農家參謀， 2020， No.658（12）：278-278.