国家电网设备综合监测系统

一、应用背景

 发电厂、变电站的高压开关柜、母线接头、室外刀闸开关等重要的设备，由于这些连接部件长期处于高电压、大电流的工作状态，开关的触点和母线连接等部位因老化或接触电阻增大而引起触头或接头处温度升高，如果没有及时处理，将会产生恶性循环，最终导致烧毁高压开关柜，甚至直接影响电力系统正常供电而造成巨大的经济损失。

电网设备在雷雨季节安全、稳定运行，电力系统中广泛应用避雷器对雷电引起的过电压进行保护。金属氧化物避雷器长期在工频高电压的作用下，会逐渐老化，单靠操作人员的正常巡视很难判别避雷器的好坏，一般需通过预试来检验避雷器的状况。而靠一年一次预试来发现避雷器的老化是不够的，即使在预试中合格的金属氧化物避雷器，在运行中也可能发生击穿损坏，保护特性下降，在雷雨天气下可能会产生极其严重的后果。

自然环境（如冰雹，飓风）、人为因素（如盗窃，施工）等也是造成电力设备故障的主要原因，

电力供应是整个社会生产、人民生活的基本保证之一。提供持续不断的电力供应服务和提高运营成本是一对相互矛盾的问题。基于物联网技术的电力综合监测系统方案帮助电力维护部门进一步解决变电站高效维护、统一管理方面、远程监控的问题。

二、系统概述

电力设备综合监测系统是基于无线传感器网络（WSN）技术平台的一个开放性系统，目前已融合电力设备温升预警系统、避雷器泄露电流在线监测、环境温湿度在线监测、水浸在线监测、红外在线监测以及视频在线监测等多个子系统，可实现变电站、环网柜、开关柜、电力线路等设备的温度、避雷器泄露电流、环境温湿度等信息监测，同时具备现场画面视频监控功能。

本系统由现场传感器、基站和综合监测平台组成。

 综合监测平台由监控主机及组态化监控软件组成，集成了多种通讯协议，具有良好的图形化人机交互界面和完备稳定的数据库，主要以被测设备为对象，接受与被监测设备相关的数据，对数据进行存储、分析和处理，实现与综合监测单元或站端监测单元进行标准化数据通信。

基站负责把接收到的传感器节点数据转发到计算机，进行存储，分析和处理。基站提供USB、以太网、CAN、RS485、RS232、GPRS/CDMA等接入方式，既可接入本地计算机，也可通过以太网等其他网络接入远程监控主机。

亦可采用集成基站功能的手持终端设备，完成所有节点的动态链接、数据抄收、参数浏览和设置、数据的实时显示等。

无线传感器节点使用方便，替代了传统测试系统布线带来的麻烦。无线数字信号传输方式消除了长电缆传输带来的噪声干扰，使整个测量系统具有极高的测量精度和抗干扰能力。传感器节点体积小巧，重量较轻，由电源模块、采集处理模块、无线收发模块组成，全部模块封装在一个塑料或金属外壳内。采集的数据既可以实时传输至计算机，也可存储在节点内，保证了数 据的可靠性。

节点设计有专门的电源管理软硬件，功耗较低，可采集温度、湿度、电流、水浸、压力、风速、振动等多种信息。其体积小，便于实施，适合于各种环境复杂的电力设备现场。可自由组合成不同输入量的通道，进行多物理量、多测点、分布式、同步 监测。

BeeNet网络协议是公司基于802.15.4标准自主研发的无线传感器网络协议。传感器节点可组成自组织、自恢复多跳传感器测量网络，支持点对点，星型，线型，树型等多种网络拓扑结构，同一网络可支持多种传感器节点。本协议具有：功耗低、同步精度高、鲁棒性好、可靠性高等特点。

v      无线的传输方式，使得抗干扰能力增强；

v      传输距离远，功耗低，体积小，防水防尘；

v      自组织、自恢复、多网络拓扑结构；

v      深度1的星形网可支持65535个节点；

v      各道独立采集，同步精度可达1ms；

v      采用AES 128位加密算法，数据安全；

v      内置2，4，8M及1G Flash数据存储器；

v      可组成本地监测系统和远程监测系统;

v      可采用锂电池、太阳能电池板、感应供电及高容量干电池等多种供电方式；

v      传感器网络系统结构简单，功耗低，同步精度高，鲁棒性好，稳定可靠，具备易安装、易使用、易扩展、易升级、易维护等特点。

三、系统管理软件

系统管理软件是在电力设备综合监测平台上运行的监控软件。由北京必创科技基于组态化软件开发而成，采用面向SOA的服务的多层架构，系统与无线传感器网络系统、地理信息系统、视频系统、管理信息系统无缝集成，所有的监测数据完全由自动化软件平台采用分布式C/S或B/S构架进行远程汇总，用户界面层针对不同的用户提供了不同的用户应用界面。实现了对变电站、环网柜等电力设备中无线温度、避雷器泄漏电流、温湿度、水浸和门开关等传感器信息的处理，保障了电力设备的安全运行。

● 功能简介

1、实时、在线监测：实时汇集监测数据，直观的以数据列表、图形化等形式显示给用户；

2、监测报警：软件可以对任一监测点进行报警值设置，当监测数据超过此预设值时，可自动进行报警并记录该情况。报警类型有图形闪烁、蜂鸣器、音响和公用测控屏等；

3、历史数据：查询历史数据信息，并能对这些历史数据进行分析，以列表、柱状图以及曲线的方式显示，能够直观的反映出设备的使用性能情况；

4、巡检记录：一键巡检记录，巡检人员在巡检时，能够对系统运行的当前状态进行记录，并可对历史巡检情况进行查询；

5、与局端通讯：开放电力标准协议IEC-61850和104协议接口，可与“变电站智能辅助系统综合测控平台软件”或与局端软件进行通信，将监测数据统一汇总到集控站。

6、本地与远程的监控：监控系统可移植于手持设备或直接使用本地计算机，实现本地数据的采集处理，亦可通过电网实现电力设备的远程监控。

● 系统管理软件特点：

1、美观的界面显示功能：组态软件充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点，可视化的风格界面、丰富的图形控件和工况图库，开发人员可以根据用户具体需求，设计出各种工业界面，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使界面生动、直观。

2、良好的开放性：系统软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设备，向下应能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。

3、丰富的功能模块：提供丰富的控潲功能库，满足用户的测控要求和现场需求。利用各种功能模块，完成实时监控 产生功能报表 业示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作，系统既叫适用于单机集中式控制、DCS分布式控制，也可以是带远程通信能力的远程测控系统。

4、强大的数据库：配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散量、字符型等，实现与外部设备的数据交换。

5、安全可靠：周密的系统安全防范，对不同的操作者，赋予不同的操作权限，保证整个系统的安全可靠运行。

● 软件部分界面截图 

四、无线传感器网络产品

传感器网络与其他各电力设备监测子系统融合在一起，通过综合监测平台统一管理，其系统结构图和产品介绍如下。

1．无线温度节点

?         产品概述

   本产品使用2.4GHz数字无线技术平台，采用了先进的一体化、微型化封装技术、将无线温度传感器直接安装在电缆接头、闸刀触点、开关触点、铜排连接点、电抗器、消弧线圈、电容器外壳等处，实现温度、温升和相间温差的高可靠实时在线监测，实现智能变电站设备运行温度的自动管理，为智能变电站的安全运行提供数据支持。

本产品可应用于：高压开关柜母排接头、刀闸开关触头、电缆接头温度直接在线测量；高压电容器、电抗器温度直接在线测量；电配变、电缆沟温度在线监测。

2.     无线温湿度节点

?         产品概述

无线温湿度传感器可以实时、准确的测量环境温度和环境相对湿度，它能使用户对现场环境实现远程的数据采集和监测，大大减少了人工量，突出便利性、准确性和实时性。对变电站中的开关柜、设备工作环境等的温湿度的监测，具有重要意义。

本设备可应用于：变电站的开关柜、控制柜、监控室等处的环境温湿度监测。

?         产品特点

    可以实时、准确的测量环境温度、环境相对湿度和照度，它能使用户对现场环境实现远程的数据采集和监测，大大减少人工工作量，突出便利性、准确性和实时性。

    具有体积小、使用寿命长、无线信号传输距离远、环境适应性好、测量精度高、安装便捷、防水等特点，是一款高性价比的产品 。

1、   无线水浸传感器

?         产品概述

    在变电站电缆层室、机房等场所，会经常出现因设备漏水或下雨而导致水浸的情况，从而给设备的安全运行带来了隐患。无线水浸传感器是WSN技术的又一典型应用，能够实时在线监测传感器安装位置（场所）是否浸（积）水，并实时的将水浸信息通过数据传输基站上传到控制主机，以达到监控告警的目的。

本产品可应用于：变电站电缆沟、地下电缆层以及厂房、办公室、仓库等处的水浸监控。

4、无线门开关传感器

?         产品概述

   在变电站中，控制柜、开关柜等柜门在相关操作完毕后应及时关闭，没有关闭或非法打开，都可能会为设备的安全运行带来隐患。

   无线门开关传感器（又称无线磁传感器）是安装在柜门上，与永磁铁或电磁线圈等能形成磁场的器件配合使用，能够实时在线监测柜门的开、关状态，以及开关次数。具有体积小，安装方便等特点，不会影响柜门的正常使用及其外观。  

本产品可应用于：变电站开关柜柜门的开关状态检测；门、窗、盒子的开关状态检测。