基于无线物联网技术的电气设施监测系统

基于无线物联网技术的电气设施监测系统

赵天平

（中车石家庄车辆有限公司，河北石家庄051432）

摘要:采用无线物联网技术，通过传感器实时采集电气设施的温度、电流等关键数据，经分析处理后，及时将异常信息发布给运行、维护人员，采取针对措施，保障供配电系统的正常运行。

关键字:无线物联网；LoRa技术；电气设施；监测

0 引言

电气设施是工业企业电力输送的关键设施。电气设施的种类较多，包括高压电力电缆、高压开关柜、环网柜、电力变压器、低压电力电缆、低压开关柜等。高压设施覆盖范围广，影响大；低压设施数量多，维护量大。目前公司电气设施除变配电室内的低压开关柜安装有电量采集装置外，其它电气设施都缺少监测手段，主要靠人工巡检发现可能存在的问题。为了让电气设施的维保满足生产的用电需求，确保电气设施处于正常的运行状态，需要及时掌握电气设施的关键技术数据。电气设施在线监测系统具有数据采集、分析作用，可以对电气设施的运行状态进行持续的、实时的监测。因此，电气设施的在线监测越来越受到重视。

1 系统结构

由于电气设施种类多，分布广。为适应电气设施的监测需要，系统结构分为三级：数据采集层、网络传输层和数据管理层。数据采集层负责采集电气设施的温度、电流等数据。网络传输层通过无线通讯方式将数据传输到数据管理层。数据管理层负责管理采集到的温度、电流等数据，通过对数据的分析处理，发布异常信息。

1.1 数据采集层

数据采集层由无线采集终端和无线接收主机等装置组成。无线采集终端负责采集电气设施的温度、电流、故障状态等信息。无线接收主机接收采集终端的数据，每个无线接收主机可以接收多个采集终端的数据。

无线采集终端根据测量点分布广的要求，采用有源、低功耗的装置。可以避免敷设信号、电源电缆，节约投资，简化施工。数据采集层设备之间具有独立性，使得系统具有可扩展性和灵活性，也保证了一次设备的安全、可靠。

1.2 网络传输层

无线物联网电气设施监测系统中数据采集的网络传输采用LoRa技术。LoRa是LPWAN（Low-Power Wide-Area Network，低功率广域网络）技术中的一种，是一种低功耗、远距离无线传输技术。LoRa终端休眠功耗低至微安级，特别适合电池供电的产品。LoRa终端与LoRa网关可自动组网，上电即可工作，无需网络配置和维护，极大地降低了使用难度和维护成本。无线采集终端把数据信号通过LoRa方式直接或经中继器传送给无线接收主机。

无线物联网电气设施监测系统中接收主机与控制主机的网络传输采用WiFi技术。WiFi全称Wireless Fidelity，又称802.11b标准，WiFi传输速度较高，可以达到11Mbps。无线接收主机汇聚各监测点的数据通过WiFi网络传输到控制主机，控制主机的监控平台实时监控每个监测点的数据变化，实现对整个系统的数据进行收集、转储、分析。

1.3 数据管理层

无线物联网电气设施监测系统的控制中心主站采用B/S（浏览器／服务器）结构：

服务器端应用由MYSQL数据库、服务器应用软件组成。服务器端汇集所有无线接收主机的监测数据，通过对数据的解析，分类存入数据库，并提供数据显示、分析和查看功能。服务器端也能生成特殊数据的事件信息，提供系统的设置功能。

客户端应用通过浏览器可查看电气设施监测系统的数据、事件和状态，不需要在客户端计算机上单独安装，后期维护更方便。

2 实施方案

电气设施监测系统主要针对高、低压开关柜、电力电缆、母线、变压器等工业企业常见电气设施的状态进行监测和集成。重点对高压电力电缆的终端头进行温度、电流、短路和接地故障信息监测；对高压电力电缆中间头进行温度、湿度监测。对母线连接处、变压器进行温度监测。

温度测量模块采用PT1000热敏电阻，温度测量范围-40℃～+200℃，采用LoRa通讯方式，无线传输距离≤800 米。温度测量模块自带电源，电池使用寿命5-8年。模块可以实时检测被测部位的当前温度，同时具有供电电压自检功能，可以实时检测传感器自身的供电电压值。传感器检测到的数据全部通过无线方式传输到接收主机。

短路故障指示模块用于指示相应电缆区段的短路及接地故障。线路发生故障时，工作人员可通过指示器的报警指示，迅速确定故障区段，并结合温度检测，找出故障点。同时，报警信息可以实时发送到控制主机上，显示出故障所在的区域和位置，引导巡线人员迅速确定故障区段并找出故障点。短路故障指示模块对查找故障、解决问题，对提高工作效率，缩短停电时间，迅速恢复供电，有着十分重要的意义。

电气设施监测系统具备以下功能：温度显示功能、历史曲线和报表功能、温度异常报警功能、短路及接地故障报警功能等。

电气设施监测系统网络拓扑图，如图1所示。

图1  系统网络拓扑图

3 应用

电气设施监测系统通过433MHz和2.4G频段无线通讯实现数据传输，抗干扰性能良好，组网灵活，易扩展。可广泛应用于以下领域或相关领域：

（1）监测高压开关柜温度。监测高压开关柜内开关触头、母排接头、电缆接头等电气设施关键部位的温度。

（2）监测电力线路温度、湿度、电流等。监测电缆接头、电缆井沟、电缆分支箱接头、密集母线接头和插接箱等部位的温、湿度。监测电力电缆的电流、短路和接地故障信息等。

（3）监测关键电力设备温度。监测变电站内变压器及其连接设备的温度。

4 结语

电气设施监测系统通过被监测电气设施的温度、湿度、电流变化情况，分析判断电气设施故障点，大幅降低故障排查难度，减少事故处置时间，提高电气设施的安全性和可靠性，为生产节拍的有序进行提供可靠的保障。

参考文献：

[1] 张园，于宝明. 物联网技术及应用基础（第2版） [M]. 电子工业出版社 .

[2] 彭迪栎，董 武，蔡 诚． 基于无线物联网 LOＲA 技术的电网智能集采系统［J］． 信息技术，2021 年第 9 期:147－154．