基于移动终端的开关柜触头温度监测预警系统研究

王玉忠　叶海飞　郭志家

摘  要：为了使运维人员能够更好地掌握变电站开关柜触头温度变化趋势，提高电力运维人员的知晓率和控制率，利用4G通信技术、PHP多层构架技术、SAW测温技术，构建基于移动终端的开关柜触头温度监测预警系统。系统实现了触头温度数据的底层传输、网络传输、平台接收、数据存储和数据查询等功能。经系统测试运行表明，系统能自动实时地将触头温度数据上传至生命周期云平台，各监管领导通过手机APP可同步了解变电站开关柜触头温度变化趋势，运维人员通过生命周期云平台可及时调整巡检周期、负荷分配方案。

关键词：高压开关柜;触头温度监测;SAW测温;4G通信

中图分类号：TP277                    文献标志码：A

0 引言

全封闭式金属铠装开关柜已广泛使用在10 kV、35 kV电压等级的系统中，并作为目前电网中的重要设备之一，作为供电系统中接受和分配电能的装置，其性能的可靠性关系到电力系统的安全运行。其开关柜触头的材料具有确定的临界温度，当实际温度高于临界温度时，材料的耐电压强度会显著下降，如不能及时发现并采取措施，可能会造成严重的事故，由此可知触头温升是影响开关柜工作的主要因素。用电需求越来越大，实时掌握触头温度的变化对运维人员就越来越重要，可第一时间采取措施，避免不必要的事故发生。该文通过移动终端和生命周期云平台构建触头温度监测预警系统，实现多用户实时访问、与PC机终端同步智能管理，可及时提高运维人员对触头温度变化趋势的掌握，并有助于运维人员对巡检周期、负荷分配方案进行及时调整，提高设备运行的稳定性，减少停电事故的发生。

1 关键技术介绍

1.1 SAW测温技术

在众多的无源传感器中，SAW传感器是以温度变化导致声表面波的相关器件固有的谐振频率变化，达到测量电气设备实时温度的目的。测温传感器采用石英半导体材料设计的声表面波（SAW-SurPace Acoustic Wave）谐振器， 当有一个特定频率的电波输入声表面波谐振器，谐振器输出的电波信号频率会随着环境温度的变化而变化，利用它的这个特性，通过采集谐振器的输出频率，就可以得到对应的环境温度，经采集器收发无线电波，上传计算温度值。该文通过SAW测温技术实现底层数据采集，可有效解决传输环节的绝缘问题。

1.2 无线分组信息服务技术

4G通信技术是一种成熟的无线通信技术，具有网络覆盖广，带宽高，运营费用低等优势，已经广泛应用于电力系统计量采集的通信链路层，但是在实际采集工作中发现，在一些远离通信基站或通信基站数较少的乡村偏远地区和建筑结构复杂、遮挡物多的城市楼宇群，会严重影响信息传输效率。该文通过分组逆向推送重传技术，将数据分组，由多个服务器发送，通信错误时服务器主动推送重发请求，进行组数据信息验证，可有效地解决4G在复杂用电环境中通信中断及错误效高的问题，完成底层数据的有效传输。

1.3 度监测预警系统整体设计

系统以生命周期云平台为核心，触头温度通过无源无线SAW传感器将采集结果上传至PC机，再经4G通信网上传至云平台，云平台将数据整合分析，主动推送到运维人员及高管的手机APP中，以可视界面及预警信息方式呈現。云平台为运维人员提供设备档案、触头温度趋势图、预警信息、坐标信息等服务;运维人员作为设备一线管理者，可通过手机APP或PC机实现资源共享，及时掌握触头温度变化趋势，制定相应的巡检周期、负荷分配方案等。同时，云平台还具有大数据分析功能，为高管提供触头温度大数据分析服务，作为高管设备全生命周期评估的数据支撑。

1.3.1 技术架构设计

触头温度监测管理业务成熟性、稳定性的PHP多层技术构架，以提高系统的灵活性、可扩展性、安全性及处理能力，同时通过统一数据接口实现与温度监测系统和4G通信系统等子系统集成。

实现系统功能，具体如图1所示。

1.3.2 业务架构设计

系统将业务体系分为3层，由下向上依次为温度监测物理层、4G通信层和业务应用层。

温度监测物理层：借助自动化组网、多传感器集成的监测方式，将数据集中采集至PC机终端，再通过4G通信把环境数据发送给服务器，完成实时数据采集作业。

4G通信层：该层是温度监测管理平台的一个核心，提供了温度监测的数据传输支持，实现服务器与PC机终端、移动终端的实时通信。

业务应用层：基于触头温度监测信息的支持，开展各模块信息录入、修改、删除、权限分配等数据展观和集成管理。

1.3.3 功能架构设计

系统功能架构可以划分为2个层次：下层为数据层，当PC机终端对触头进行自动测温时为上层提供数据;上层为数据管理及移动监管层，为管理人员提供信息管理，查询、权限分配、监测的集成和统一入口。

1.3.4 数据架构设计

变电站开关柜触头温度监测系统的数据架构设计以系统功能业务模块为依据，分别是变电站、PC机终端、用户移动终端、用户端管理员、温度传感器、权限、用户和历史记录。

1.4 运行架构设计

监测系统运行架构从逻辑设计上需要一个触头温度数据库，一个智能移动终端平台。

服务器的作用是：触头温度数据库作为变电站触头测温监测预警系统的核心服务器，用于存储系统的业务数据、设备数据、空间地理数据和系统支撑平台数据;移动终端平台用于部署监测系统MVC架构的应用程序，应用Android操作系统;物理部署中数据库设有一台独立服务器，建立新的数据库服务器。

1.5 权限管理结构设计

提供的权限管理基于先进的责任模型。通过定义不同对象之间的关系的约束，可以根据不同单位的特定业务组织结构来灵活地定义应用的权限管理结构，实现触头运行状态资源共享监管。

2 应用方案

系统配置结合现场开关柜各连接点要求，以开关柜为例，每面开关柜内需安装9个点，即断路器上触头三相、下触头三相与电缆进出线终端头连接处。预计接入1个站100个测温点，使用专用服务器、原移动终端和4G网构建整体系统，实现管理员、运维人员的权限分配，支持对1个变电站100个测温点，8个以上移动终端接入点的权限管控。

云平台是整体系统的桥梁，实现用户远程监测开关设备触头温度变化情况。所有设备接入云平台时均采用双向自动识别和验证，并完成数据的上传及访问，接收的数据进行分类存储、数据分析、预警信息推送、权限划分及识别等。数据查询接口依次调用服务层、数据访问层方法完成数据库查询，并将查询结果以List集合的方式返回，服务层将查询结果转换为JSON字符串后，由控制层返回页面。

3 效果评价

（1）系统正常投运后，可有效地降低运维巡检人员工作强度，减少遗漏、不及时、不专业的问题，还可实现资源共享，提高了人身安全性及监管的随时性，产生了显著的经济和社会效益。

（2）开关柜触点温度在线监测，为故障定位获得第一手运行数据，便于及时发现隐患。

（3）温度监测预警系统的应用解决了开关柜内部各连接点温度无法检测的难题，满足了供电系统安全稳定运行的要求，达到了预期目标。

4 结论

温度监测预警系统应用效果很好，对处于高电压、大电流的环境中的开关柜运行状态，实现了实时安全在线温度监测，因该技术是基于移动终端的无线监测，避免了PC机终端监测的局限性，且双向自动识别，随时随地的安全查看开关柜触头温度变化趋势，实时主动推送异常数据，有助于提高电力运维人员的知晓率和控制率，可满足电力系统快速处理事件的机制，也初步实现了高压开关柜的智能化管理，具有较好的应用前景和推广价值。

参考文献

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