1 10 kV站所柜內運行狀態及環境指標監測管理平臺設計

1.1站端設備集成系統

為滿足配電室各設備各種信息的共享要求，建立動環系統勢在必行。動環系統主要包括設備的集成和軟件的集成，從而促進管理效率有效提升，*大化控制運行成本，避免多個系統分散維護、管理不便的弊端。通過動環系統的建立，使整個配電室形成一個完整的體系。

1.1.1設備集成

溫濕度傳感器。實現對站房內溫度、濕度的監測功能。①溫濕度監測傳感器借助RS485數字信號通訊上傳溫濕度數，通信協議為Modbus；②實現對智能配電房內溫度濕度值實時監測，溫濕度傳感器與動環系統之間數據采用有線傳輸方式。

氣體傳感器。實現對配電站內六氟化硫濃度值和氧氣含量的實時監測功能。①實現對智能配電房內六氟化硫（SF6）氣體濃度值、氧氣含量實時監測，氣體傳感器與動環系統之間采用有線傳輸方式；②隨主機配置安裝掛件，可方便固定于配電房墻面。

煙霧傳感器。實現監測配電站內發生火災產生的煙霧狀況，并發出聲音等告警信號功能。①通過煙霧探測器，監測站房、電箱內煙霧狀況，并發出報警信號；②煙霧傳感器通過有線節點方式，接入系統；③當附近環境的煙霧濃度降至小于報警值時，探測器的工作狀態會自動恢復正常；④具有電源指示燈、運行燈，可直觀觀察設備的上電、運行的狀態。⑤隨主機配置安裝掛件。

水浸傳感器。實現在線監測配電站水浸狀態。可根據運維需求，按不同高度的水浸傳感器，以實現水浸預警和水浸停電等功能。①實時在線監測配電房水浸狀態；②水浸傳感器通過有線節點信號，接入系統；③有電源指示燈、運行燈，可直觀觀察設備的上電、運行的狀態；④隨主機配置安裝掛件，可方便固定于配電房墻面。

調溫除濕設備。實現配電站內溫濕度的控制功能。①具備手動控制和自動控制功能，手動和自動控制功能，兩者相互獨立；②具有掉電自恢復功能，具備濕度數碼管顯示功能。

視頻監控單元。網絡高速球型攝像機或網絡固定攝像機：實現場景可視化的基本功能，具備遠程控制視頻功能，支持報警信號（環境、安防、設備狀態）及視頻預置位的聯動，可以和環境監測系統保持聯動，立足于環境監測系統的告警或預警區域，對特定區域情況進行查看，為人工確認提供方便，可實現與安防設備系統聯動；可實現與設備狀態系統聯動，對電力設備的運行狀態和操作展開錄像和拍照，以便于運維人員在對設備運行狀態進行判斷時有據可循。

門狀態傳感器。實現采集門開啟、關閉的狀態信息的功能。①門狀態傳感器通過有線節點信號，將配電房門的開啟、關閉狀態信號上傳至采集系統的功能；②選擇帶有觸點的機械式限位開關或帶極性的磁開關的傳感器；③門狀態傳感器采用無源設計，無需鋪設電源線或者外接電源。

（8）開關柜局放傳感器。①主要功能：暫態地電波/超聲波聯合技術在線監測各種柜體局部放電狀態，記錄各種柜詳細歷史數據；②裝置分類：依據監測技術指標分為暫態地電波及超聲波傳感器；③傳感器外殼絕緣防護罩的防護等級為IP65；④傳感器裝置結構合理、方便安裝、方便檢修接地使用。

1.1.2軟件集成

專用于數據管理和高級應用功能，以一個實時數據庫為核心，實現實時數據處理、事件處理和通知、內部運算和歷史數據存檔；各級操作員對系統的監視和操作。

圖1為技術拓撲圖。

圖1 技術拓撲圖

1.2 SAAS版IT執行

因項目硬件均實地部署，而演示、調閱、管理在遠程辦公室，該項目的軟件運行端（邊緣側）就地部署，軟件總控部分須運行在電信機房（云側）。

“云側”協同“邊緣側”，“邊緣側”協同就地傳感與聯控“端設備”，形成“端-邊-云”的基礎構架。當部署N個邊緣側時，云端軟件事實上須升級為SAAS版本軟件。

一個客戶擁有一個或多個動環現場，在SAAS版本軟件中，分配一個賬號給該客戶，類似賬號也稱為“租戶”。按當前業務形態現狀，此階段的SAAS版本軟件初定按容納1 000個租戶“動環站點”的標準執行（如圖2所示）。

圖2 SAAS版本軟件

2 關鍵技術

2.1 MQTT消息傳輸技術

消息傳輸采用MQTT（消息隊列遙測傳輸協議，詳見圖3），其具有能用有限的寬帶以及極少的代碼，為連接遠程提供更具可靠性和實時性的消息服務的優點。

圖3 MQTT消息傳輸技術

MQ遙測傳輸（MQTT）是輕量級以代理的發布/訂閱為基礎的消息傳輸協議，在設計中秉持易實現、輕量、簡單、開放的原則。此特點決定了其在受限環境中適合運用。因為其屬于一種低寬帶、低開銷占用的即時通訊協議，因此其在移動應用、小型設備和物聯網等方面應用十分廣泛。

MQTT協議為不可靠、低寬帶的網絡遠程傳感器以及控制設備通訊而設計的協議，其主要具有下述特性：

借助發布/訂閱消息模式，提供一對多的消息發布，將應用程序耦合解除。此點與XMPP很相似，但MQTT的信息冗余更小，其原因是XMPP在數據傳遞中采用的是XML格式文本。

（2）傳輸負載內容屏蔽的消息。

（3）運用TCP/IP提供網絡連接。常用的MQTT是以TCP連接為基礎推送數據，但同樣有以UDP為基礎的版本，被稱之為MQTT-SN。兩種版本因為連接方式有所區別，優缺點也不一樣。

（4）有3種消息發布服務質量：①“至多一次”，完全借助底層TCP/IP網絡發布消息。會有消息重復或丟失的問題出現。此級別可以在下述情況中運用：環境傳感器數據，丟失一次讀記錄關系不大，其原因是不久之后還會再發送一次。此方式主要是普通的APP的推送，如果智能設備在推送消息的過程中沒有聯網，沒有收到推送的消息，重新聯網也無法接收到了。②“至少一次”，保證消息達到，但可能出現消息重復的現象。③“只有一次”，保證消息到達一次。在部分具有嚴格要求的計費系統中，可以對這一級別進行運用。在計費系統中，消息丟失或重復造成結果有誤。此類*高質量的消息發布服務還可以在即時通訊類的APP推送中使用，保證用戶可以接收到，同時只能接收一次。

（5）小型傳輸，成本較低（固定長度的頭部是2字節），協議交換*小化，以促使網絡流量降低。這就是說它“在物聯網領域，服務器和傳感器的通訊以及信息的收集”中十分適合的原因，要了解到嵌入式設備的元代以及運算能力均不強，因此在傳遞消息中十分適合運用此類協議。

（6）使用Last Will以及Testament特性通知相關各方客戶端異常中斷的機制。

Last Will：也就是遺言機制，在對同主題下的其他設備發出通知，發送設備已斷開了連接。

Testament：也就是遺囑機制，功能和Last Will相似。

參考文獻：

陳偉凡,陳曉亮,高偉,等.變電站10KV開關柜運行環境監控系統設計［J］.電氣技術,2016,17（9）：83-87.

郭和川,任小勇,潘豪蒙,周威,黃沙熠.10?kV站所柜內運行狀態及環境指標監測管理平臺分析.

安科瑞企業微電網設計與應用手冊2022.05版.

審核編輯 黃宇