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【摘要】针对电力配网设备运行监测的需要，设计一种在设备现场用于温度在线监测的系统。即在配网设备、电缆接头等设备上安装相关温度传感器，并通过温度采集和数据无线传输装置，将温度等数据远传至后台服务器，并建设配网温升在线监测软件系统。从而实现各类设备温升在线监测、传输、分析、告警等功能，可以及时发现和处理设备过温现象，避免烧蚀造成严重的设备事故，将配网设备检修从定期检修向状态检修转变。
【关键词】在线监测系统;分布式;温度传感器;GPRS;RS485
1.引言
本系统专门针对电力环网柜设备温升的监测系统，实现了电缆接头温升、柜内环境温度监测、传输、分析、告警等功能，有效解决了配网设备监控、自动报警、故障定位、以及现场排查困难等问题。从而减少运行人员巡视次数和检修人员检修设备更换。
现有的在线监测系统一般采用本地组网，在本地通过RS485有线传输方式组网来进行温度检测和显示。监测装置与后台系统有一定距离限制，不具有分布式的特性。本文提出一种具有通过GPRS无线移动网络上传数据能力的分布式配网设备温升在线监测系统，可以进行远程布控，并且监测点可以分散布置，每个监测点都具有无线传输装置，通过后台监测系统软件集中管理，并形成统一的温度展示、设备管理、维修管理、温度智能判断、历史数据分析等一系列管控后台系统，较好的满足了日益复杂的配电线路网络监测需求。
2.系统架构简介
电力配网设备安装的测温传感器采用高性能的温度探头来监测接头和导线的温度。温度探头由温度测量芯片、圆筒形金属壳体和内部填充物组成，壳体内部填充物为绝缘性高和导热性好的石英粉，壳体表面使用环氧树脂固封。温度探头安装在测温传感器的底部金属面上，并由导热胶或灌胶固定。温度探头的裸露部分套在导热金属板上，测温传感器安装在母排、导线或电缆头上时，导线会直接压住金属导热板上，导线温度经过金属导热板直接传导给温度探头。温度探头产生的电流信号经过信号检测电路，直接传到低功耗单片机进行A/D采样，最后计算出温度值。
温度测量芯片的测温范围为-55～150℃，测温精度为±1℃。测温变送器读取测量传感器温度等数据，每固定频率测量一次，有报警时立即上报，无报警时每10～15分钟主动上报一次。测温变送器采集三相电缆接头温度及测温传感器供电电池电压信息，通过RS485总线将采集数据发送到GPRS数据采集器。数据采集器完成各测温变送器数据的集中及规约封装，通过GPRS网络完成于测试主站的数据交互。
系统组成设计主要有：温度传感器、测温变送器、数据采集器、无线传输设备、系统主站软件。系统架构示意图如下：
图1 系统架构示意图
3.硬件装置主要技术指标
1）接头连接处测温方式：固定式实时在线监测。
2）温传感器安装方式：简便的表带式固定安装。
3）环网柜1个间隔配一组测温变送器，测量A、B、C三相电缆接头及一个环境温度。
4）测温范围：-10℃～+150℃，测温精度：±5%F.S。
5）使用环境：-10℃～+50℃≤95%RH。
6）连续工作寿命：≥100000h。
7）防护等级：IP55。
8）抗电强度：（接线端子对于外壳）>2000V 1min。
9）报警继电器接点容量：AC220V/1A。
10）供电方式：开口CT感应式供电（一次电流不小于为20A）或太阳能加蓄电池供电、市电220V输入，三种供电方式选择接入。
11）数据程数传输方式：GPRS无线通信。
12）数据采集器与测温变送器之间可通过有线RS485方式传送数据信息。
4.系统软件主要功能简介
通过页面及数据库设计，实现用户管理、柜类设备、GPRS模块、监测终端的树状管理和查询功能，同时具备对系统参数设置、温度实时监测、温度异常报警、历史数据查看分析等功能。
4.1 柜类设备管理
功能描述：柜类设备主要分为分段柜、环网柜、高分箱、配电站、配变这5种类型的柜子，分由不同的管理者进行维护，查看柜类设备信息：
超级管理员：可以看到系统内所有柜类设备信息;
普通管理员：仅能看到自己负责的柜类设备信息;
提供按条件筛选查询功能，能够迅速地查找到指定的柜类设备及其附属设备的所有信息，功能用例图如图2所示：
图2 柜类设备管理用例图
4.2 管理GPRS模块与监测终端
当GPRS终端上线或出现故障的时候，向ISP提供商对手机号停机或欠费等状态进行咨询。具备了对GPRS模块的查询、修改、删除、添加等功能。
对每个监测终端（变送器）设置唯一编号。后台软件能够接受来自多个厂家的测温终端数据，而设备编码不至于重复，具备对监测终端信息的查询、修改、删除、添加等功能。该监测终端信息的变更需要与柜类设备、GPRS模块等信息进行关联，并在页面中提供方便的按条件查询功能。
4.3 系统参数设置
功能描述：系统定时设置：为了实现定时监控功能，需要对系统的定时参数进行设置;报警决策的设置：
制定报警决策：根据异常分析管理总结的规则，制定不同季节的报警决策方案（设计环境温度、ABC三相之间、绝缘层内外的温度关系函数，或给出具体的算法）;
选择报警决策：根据季节变化选择合适的决策方案;
修改报警决策：根据实际运行情况，对决策进行修改;
删除报警决策：删除不符合实际情况的决策。
功能用例图如图3所示：
图3 系统参数设置用例图
4.4 报警事项
显示未处理的报警事项：当数据库中的报警处理数据实时的更新（即出现了报警信息且未处理）时，利用Ajax实时的监听数据库的变化，传递给客户端，动态的显示未处理的报警记录。在客户端计算机上安装短信发送模块，并以短信方式将报警信息发送给指定的管理者;
对报警事项进行处理：超级管理员或普通管理员根据报警给出的提示信息，对指定位置的设备进行维修，然后在该页面进行确认。
功能用例图如图4所示：
图4 报警事项用例图
4.5 系统监控
系统监控分为定时监控和实时查看两种。定时监控：用户自行设定监测子站上传到主站软件的时间间隔，被动地接受监测子站向主站发送的数据信息，在页面中定时显示当前温度变化情况及报警信息;
实时查看：主站软件主动地向监测子站发送请求，获取当前各设备的实时温度及报警信息，并将获取的数据信息显示在当前。
5.结束语
由于采用了分布式技术的配网设备温升在线监测系统，无论是系统监测点的容量还是安装布控点的位置选择，都打破了传统在线监测方式的条件限制，使得系统兼容性、扩展性以及系统功能有较大幅度的提升，更加适应了配网设备安全运行的发展需要，具有广泛的应用前景。
作者简介：
孙明明（1984—），毕业于安徽师范大学电子信息工程专业，现供职于安徽南瑞继远软件有限公司，从事电力设备监测装置的设计工作。
周洁（1986—），2005年毕业于华北电力大学电气工程及其自动化专业，现供职于国网浙江省电力公司桐乡供电公司，从事电网调度继电保护（配网）专业管理工作。
【关键词】在线监测系统;分布式;温度传感器;GPRS;RS485
1.引言
本系统专门针对电力环网柜设备温升的监测系统，实现了电缆接头温升、柜内环境温度监测、传输、分析、告警等功能，有效解决了配网设备监控、自动报警、故障定位、以及现场排查困难等问题。从而减少运行人员巡视次数和检修人员检修设备更换。
现有的在线监测系统一般采用本地组网，在本地通过RS485有线传输方式组网来进行温度检测和显示。监测装置与后台系统有一定距离限制，不具有分布式的特性。本文提出一种具有通过GPRS无线移动网络上传数据能力的分布式配网设备温升在线监测系统，可以进行远程布控，并且监测点可以分散布置，每个监测点都具有无线传输装置，通过后台监测系统软件集中管理，并形成统一的温度展示、设备管理、维修管理、温度智能判断、历史数据分析等一系列管控后台系统，较好的满足了日益复杂的配电线路网络监测需求。
2.系统架构简介
电力配网设备安装的测温传感器采用高性能的温度探头来监测接头和导线的温度。温度探头由温度测量芯片、圆筒形金属壳体和内部填充物组成，壳体内部填充物为绝缘性高和导热性好的石英粉，壳体表面使用环氧树脂固封。温度探头安装在测温传感器的底部金属面上，并由导热胶或灌胶固定。温度探头的裸露部分套在导热金属板上，测温传感器安装在母排、导线或电缆头上时，导线会直接压住金属导热板上，导线温度经过金属导热板直接传导给温度探头。温度探头产生的电流信号经过信号检测电路，直接传到低功耗单片机进行A/D采样，最后计算出温度值。
温度测量芯片的测温范围为-55～150℃，测温精度为±1℃。测温变送器读取测量传感器温度等数据，每固定频率测量一次，有报警时立即上报，无报警时每10～15分钟主动上报一次。测温变送器采集三相电缆接头温度及测温传感器供电电池电压信息，通过RS485总线将采集数据发送到GPRS数据采集器。数据采集器完成各测温变送器数据的集中及规约封装，通过GPRS网络完成于测试主站的数据交互。
系统组成设计主要有：温度传感器、测温变送器、数据采集器、无线传输设备、系统主站软件。系统架构示意图如下：
图1 系统架构示意图
3.硬件装置主要技术指标
1）接头连接处测温方式：固定式实时在线监测。
2）温传感器安装方式：简便的表带式固定安装。
3）环网柜1个间隔配一组测温变送器，测量A、B、C三相电缆接头及一个环境温度。
4）测温范围：-10℃～+150℃，测温精度：±5%F.S。
5）使用环境：-10℃～+50℃≤95%RH。
6）连续工作寿命：≥100000h。
7）防护等级：IP55。
8）抗电强度：（接线端子对于外壳）>2000V 1min。
9）报警继电器接点容量：AC220V/1A。
10）供电方式：开口CT感应式供电（一次电流不小于为20A）或太阳能加蓄电池供电、市电220V输入，三种供电方式选择接入。
11）数据程数传输方式：GPRS无线通信。
12）数据采集器与测温变送器之间可通过有线RS485方式传送数据信息。
4.系统软件主要功能简介
通过页面及数据库设计，实现用户管理、柜类设备、GPRS模块、监测终端的树状管理和查询功能，同时具备对系统参数设置、温度实时监测、温度异常报警、历史数据查看分析等功能。
4.1 柜类设备管理
功能描述：柜类设备主要分为分段柜、环网柜、高分箱、配电站、配变这5种类型的柜子，分由不同的管理者进行维护，查看柜类设备信息：
超级管理员：可以看到系统内所有柜类设备信息;
普通管理员：仅能看到自己负责的柜类设备信息;
提供按条件筛选查询功能，能够迅速地查找到指定的柜类设备及其附属设备的所有信息，功能用例图如图2所示：
图2 柜类设备管理用例图
4.2 管理GPRS模块与监测终端
当GPRS终端上线或出现故障的时候，向ISP提供商对手机号停机或欠费等状态进行咨询。具备了对GPRS模块的查询、修改、删除、添加等功能。
对每个监测终端（变送器）设置唯一编号。后台软件能够接受来自多个厂家的测温终端数据，而设备编码不至于重复，具备对监测终端信息的查询、修改、删除、添加等功能。该监测终端信息的变更需要与柜类设备、GPRS模块等信息进行关联，并在页面中提供方便的按条件查询功能。
4.3 系统参数设置
功能描述：系统定时设置：为了实现定时监控功能，需要对系统的定时参数进行设置;报警决策的设置：
制定报警决策：根据异常分析管理总结的规则，制定不同季节的报警决策方案（设计环境温度、ABC三相之间、绝缘层内外的温度关系函数，或给出具体的算法）;
选择报警决策：根据季节变化选择合适的决策方案;
修改报警决策：根据实际运行情况，对决策进行修改;
删除报警决策：删除不符合实际情况的决策。
功能用例图如图3所示：
图3 系统参数设置用例图
4.4 报警事项
显示未处理的报警事项：当数据库中的报警处理数据实时的更新（即出现了报警信息且未处理）时，利用Ajax实时的监听数据库的变化，传递给客户端，动态的显示未处理的报警记录。在客户端计算机上安装短信发送模块，并以短信方式将报警信息发送给指定的管理者;
对报警事项进行处理：超级管理员或普通管理员根据报警给出的提示信息，对指定位置的设备进行维修，然后在该页面进行确认。
功能用例图如图4所示：
图4 报警事项用例图
4.5 系统监控
系统监控分为定时监控和实时查看两种。定时监控：用户自行设定监测子站上传到主站软件的时间间隔，被动地接受监测子站向主站发送的数据信息，在页面中定时显示当前温度变化情况及报警信息;
实时查看：主站软件主动地向监测子站发送请求，获取当前各设备的实时温度及报警信息，并将获取的数据信息显示在当前。
5.结束语
由于采用了分布式技术的配网设备温升在线监测系统，无论是系统监测点的容量还是安装布控点的位置选择，都打破了传统在线监测方式的条件限制，使得系统兼容性、扩展性以及系统功能有较大幅度的提升，更加适应了配网设备安全运行的发展需要，具有广泛的应用前景。
作者简介：
孙明明（1984—），毕业于安徽师范大学电子信息工程专业，现供职于安徽南瑞继远软件有限公司，从事电力设备监测装置的设计工作。
周洁（1986—），2005年毕业于华北电力大学电气工程及其自动化专业，现供职于国网浙江省电力公司桐乡供电公司，从事电网调度继电保护（配网）专业管理工作。