智能变电站LoRa无线综合监测方案

-1-智能变电站LoRa无线综合监测方案1智能变电站无线温度监测系统1.1LoRa技术简介LoRa作为LPWAN通信技术中的一种，改变了以往关于传输距离与功耗的折衷考虑方式，为用户提供一种简单的能实现远距离、长电池寿命、大容量的系统，进而扩展传感网络。随着全球智慧城市步伐的推进，低功耗广域网技术的重要性显的愈发重要。而LoRa技术和基于LoRaWAN协议的低功耗广域网（LPWAN）提供了一种智能传感和控制的基础设施，使电力行业以简化有效的方式从成千上万的连接设备收集和分析数据，以便对他们需要提供的服务做出明智的决策。在各类物联网传输技术体系中，LoRa技术具有功耗低、覆盖范围广的优点，非常适合物联网中长距离需要电池供电的应用场景。LoRa技术不仅拥有覆盖性广、容量高的特性，LoRa信号对建筑的穿透力也很强、通讯成本低、能够高效、实时的远程读取数据，作为广域通讯技术有着比Wi-Fi、NB等近场通讯更好的覆盖，在地下管廊通讯、无线远程抄表、输电线在线监测、配电房安全监测以及智能变电站环境安全监测中，可以一次部署，多点接入，大大减轻工程作业量的同时，又减轻了设备成本。目前LoRa凭借其成本低、分布广、耐用性强、技术成熟的特点已经广泛的应用于各个物联网行业。基于LoRa电力智能变电站监测系统可实时掌握智能变电站的综合运行状态，有效保障智能变电站日常工作安全运行，极大降低巡视维护成本，提升管理效率。LoRa超远距离、低功耗特性，解决了在复杂环境中的超远距传输问题。它嵌入各类传感器和监测器中，实现可靠组网与无线传输。1.2系统概况伴随我国城市建设当中对箱式变电站和电缆电路的普遍运用以及电力负荷的大幅度增长，致使变电设施和电缆电路的电缆头因负荷过大出现烧坏的状况不断出现。在当前的变电站的运营和维护的工作中经常会出现变电站当中无人值班，要是只是单靠变电站的运维人员的定时维护和监测就很可能会出现重要数据的收集不及时和不完整的状况，这种形式不但增强了运维工作人员的劳动量，并且这种方式只有在相关设施处于过热的状态时，运维工作才会真正起到预防的作用，但是如果当时相关的运维人员不在现场，那样就会出现变电站的温度控制将会失去有效的管理，进而对变电站设备形成很大的安全隐患，进而不能很好的达到设备风险的可控制性、能控制性以及再控制性，更不能达到设备调控一体化的基本需求。-2-当变电站的电设备遭受到外力损坏的时候，监测系统就会发出对应的保护动作，但是对于保护动作的开始和结束往往都是时间较短，只是一个瞬间，变电站运维人员不可能在这么短的时间内就将设备的开关关闭之后来解决设备的故障，它只能在设备掉闸之后才能对故障进行排除，恢复供电工作正常运行。电力系统的高压开关柜、环网柜、电缆接头、闸刀等设备在长期运行中，会因为设备老化、螺栓松动、局放、高负荷运行等原因，引发温度异常。所以电力设备运行异常或故障通常伴随温度的变化，因此对电力设备的关键节点温度监测是电力设备故障预判较为有效、经济的方式，对电力设备的安全运行具有重大意义。许多变电站内特殊关键节点的温度难以检测，比如高压铠装开关触头、母排搭接位置隐蔽又空间狭小，测温困难，但又是易发热的位置。智能变电站无线温度监测是为了采集易发热重点变电设备温度数据，系统主要由数据采集、实时数据展示、报警提示以及数据汇总等模块组成。系统通过传感器采集空气、环境温湿度，特种设备的温度等数据，通过无线网络传递给综合管理平台，并对数据进行存储、展示、高级分析应用。当数据出现阈值告警时，并可以自动控制相关设备进行智能调节或发送报警信息。1.3系统组成在智能变电站当中，其温度的在线监控的类型为两种：重点设备在线温度监测、环-3-境温湿度在线监测。系统主要采取的是分层和分布式的结构，是由现场的测温设备、通讯的管理设备以及平台侧的软件设施，这三大部分所构成，各个层次的具体功能如下：（1）变电站现场测温设施：该设施是处于系统的最底层，处于变电站中的各个通过测温测试的设施，如电路电缆的接头和触头等，在上面安装对应的温度传感器，可以用来收集各个阶段的温度数据，并且将其发送到上级的通讯管理单元；重点区域安装环境温湿度监测设备。（2）无线通信设备：通讯管理单元处于检测系统的中层，具体来负责系统参数的查询和设置，同时还可以将前端安装的无线温度传感器所发送的有效数据收集起来，将收集的所有数据集合在一起传到当地的通信设备上，经过光纤的通信系统将其上传到温度的监控的总站。（3）平台侧软件：在系统的最层次，主要是用来负责接收和存储变电站的温度数据，提供相应的历史数据以及相应的曲线数据，并对其进行有效的统计，在准备工作中设定出普通警告、重度警告、升温超速警告等，而且要提供出不同类型的警告。1.4智能变电站重点设备在线温度监测图1智能变电站无线设备温度监测拓扑结构图-4-本系统核心是采用了RFID无线无源温度传感器芯片（图2：芯片图），通过此芯片结合阅读器可实现电力设备关键节点的无线无源在线测温（图3：原理图）。图2：芯片图图3：原理图根据电力应用场景，设计抗金属标签（图3：抗金属标签），可以加外壳成为音叉方式（图4：音叉传感器）方便成套设备厂或者新工程现场安装（图5：音叉传感器安装图）。或者以耐高温结构胶辅以耐高温捆扎带方式（图6:母排安装30mm*30mm标签，图7:母排安装25mm*9mm标签），进行老设备改造安装，提高效率，减少停电时间。也可以安装在动触头等狭小位置（图8：动触头测温标签安装）图3：抗金属标签大小30mm*30mm*3mm图4：音叉传感器图5：音叉传感器安装图-5-图6:母排安装30mm*30mm标签图7:母排安装25mm*9mm标签图8动触头测温标签安装阅读器有四个天线接口，可对四个柜子进行温度采集，安装在开关柜的继保室(图9：阅读器安装）。板状天线安装在手车室的侧壁，靠强磁吸附或支架安装，板状天线由馈线经走线槽和阅读器相连（图10：板状天线安装）。阅读器读取到各点温度后，通过485接口有线方式或者GPRS无线通信，传给服务器数据，温度监控系统（图11：温度监控软件平台）就在线监控温度变化情况，越限报警。同时所有数据存储在数据库，以便统计分析。-6-·(图9：阅读器安装）-7-图10：板状天线安装1.5变电站环境温湿度在线监测智能变电站无环境温湿度监测拓扑结构图-8-（1）智能变电站环境温湿度采集系统建设系统主要由数据采集、实时数据展示、报警提示以及数据汇总等模块组成。系统通过传感器采集空气、环境的温湿度等数据，通过LoRa物联网无线网络传递给数据处理系统，并对数据进行存储、展示、高级分析应用。当数据出现阈值告警时，并可以自动控制相关设备进行智能调节或发送报警信息。（2）温湿度数据采集内容温度数据采集分为：空气温度、空气湿度，适宜的温度有利于提高智能变电站培训工作的效率，温度过高或过低都可能导致变电站无法顺利运转。环境监测常用日平均温度、月平均温度和年平均温度来评估温度环境是否良好。温度数据采集功能就是为温度环境评估提供可靠的数据参数。（3）阈值报警当出现被监控点数据异常时可自动发出报警信号，可设定各监控点位的温湿度报警阈值。通过软件系统报警方式上传报警信息，及时通知值班工作人员。可以通过系统设置参数的上下阈值，当环境参数超出预设的范围时，通过系统做出报警提示。系统允许用户制定自定义的数据范围，超出范围的错误情况会在系统中进行标注，以达到报警的目的。（4）数据查询可查看智能变电站的实时温湿度数据信息，包括智能变电站位置空气温湿度情况，也可通过选择智能变电站的位置、采集设备号等进行数据查询筛选。（5）统计汇总数据汇总主要把数据采集模块采集的数据按照设定的频率存储到数据中心，为以后的定量定性分析提供依据。通过实时数据汇总模块提供历史数据的统计分析等报表服务。汇总统计为用户通过环境信息得到相关参数提供了方便，用户可以对所要实现自动控制的参数（温度、湿度）进行设置和完成参数的获取，即时了解智能变电站中的生产管控情况，以数字、图形等方式进行实时显示和记录存储监测信息，系统可在线实时24小时不间断的采集和记录智能变电站内的温度、湿度等各项参数情况。显示、记录各监测点的温湿度值和曲线变化，统计温湿度数据的历史数据、最大值、最小值及平均值，累积数据，报警画面，用户可随时打印指定时间段的温湿度数据及运行报告。-9-2智能变电站消防安全监测系统2.1系统概况火灾自动报警系统，是人们为了早期发现、通报火灾，并及时采取有效措施，控制和扑灭火灾而设置在建筑物中的一种自动消防设施。随着我国经济建设的迅速发展和消防工作的不断加强，火灾自动报警设备的应用有了较大发展。火灾自动报警系统是一种用来保护生命与财产安全的技术设施，其基本保护对象是工业与民用建筑和场所。不同保护对象的使用性质、火灾危险性、疏散扑救难度不同，要根据不同情况和火灾自动报警系统设计的特点与实际要求，有针对性地采取相应的防护措施。变电站在整个输变电系统中承担着承上启下的重要作用，而变电所能否安全运行，消防又是重要环节。在变电所安装火灾自动报警设备，首先要把好设计关，火灾自动报警系统是建筑电气系统的一部分，系统设计应该符合建筑电气设计的一般要求，同时火灾自动报警系统又是一种消防安全设施，必须符合消防安全方面的有关规范。智能变电站消防安全监测基于LoRaWAN的智能无线消防解决方案，极易部署并可联网实时报警，配合温度传感器等多种无线传感设备，很好的解决了目前消防改造的探测设备安装及联网报警难题，较大程度提高了变电站消防管理水平，保障了变电站安全平稳运行。2.2系统组成智能变电站消防监测分项测量主要针对智能变电站火灾隐患，有针对性的挑选重要隐患位置，对重点隐患区域进行LoRa独立式烟雾报警器、温度的测量，用于消防安全隐患分析和需求响应。并通过采集终端将分项测量表计信息上传到智能变电站消防安全监测平台。LoRa独立式烟雾报警器：是采用高品质元件，结合先进电子技术及精良工艺而制成。一旦烟雾浓度达到产品报警设定值，本探测报警器将发出声光报警信号，提醒您立即采取有效措施，排除险情，有效避免火灾、爆炸、中毒等恶性事故的发生。本产品采用微处理器控制，具有高可靠，低误报的特点。-10-2.3系统设计智能变电站消防安全监测系统结构图系统结构主要由智能变电站消防安全监测平台、LoRaWAN网关、LoRa烟雾报警器组成。智能变电站消防安全监测平台集成了通信协议、通信管理和LoRa终端数据存储管理，通过LoRaWAN网络接收其下挂的LoRa终端设备数据。智能变电站消防安全监测系统通过LoRaWAN网络完成数据采集，智能变电站中安装的LoRa烟雾报警器通信通过心跳包与平台维持通信，烟雾报警器除了发出85分贝以上报警声音外，也会同时将告警信息通过LoRaWAN网关上送至LoRa核心网络平台，再通过电力内部网络上传到智能变电站消防安全监测平台，完成对火灾告警数据的采集。在消防安全监测平台上实现：分别统计分类信息，形成相应的图表；并检测环境信息数据，当超过设定的阈值时，触发告警；同时存储智能变电站火灾告警信息，便于用户查询和分析。用户可以根据火灾告警情况对变电站内进行及时的整改和维护，有效降低火灾对变电站内设备财产造成的损失。注：可按各变电站场景需求进行，包含但不限于以上内容