钱陈锋 王程
浙江聚弘凯电气有限公司 浙江省 杭州市 311300
摘要：本文主要对环网柜的机械特性进行分析研究，通过基于物联网的通信技术对环网柜内部运行状态和参数进行在线实时监测，应用物联网技术将收集的数据上传。通过本文所提技术可以使运行管理人员实时掌握其内部的运行情况，并通过该运行情况做出相应评估。通过评估结果，运行人员可以发现环网柜运行过程中可能出现的故障隐患并及时排除。同时可以根据所得出的数据进行分析计算，记录故障发生的次数以便作为监测评估的依据，使设备的检验周期得到延长并减少检验成本。
关键词：物联网；环网柜；机械特性；监测系统；故障报警
引言
随着大规模的城市建设，大量的大型高层建筑物拔地而起，为满足城市化水平的社会结构，科技的发展也随之走向全面化、多样化，其中智能环网柜作为新式的电气设备，对城市的现代化发展，起到了决定性的作用。智能环网柜一般来说，就是将每个配电支路设一台开关柜，而开关柜的母线就是环形配电网的干线的一部分，这些环网柜的额定电流较小，且通过负荷开关操作正常电流，利用熔断器切断短路电流，且从供配电的角度来说，结构简单、体积更小的智能环网柜运行可靠且安全，大大提升了城市建筑供电配网的稳定性。
1物联网的环网柜机械特性监测技术概述
环网柜是一组输配电气设备装在金属或非金属绝缘柜体内或做成拼装间隔式环网供电单元的电气设备，环网柜一般由开关室、断路器室、操作机构室和电缆室四部分组成。其中电缆室作为配电系统进出线仓，主要负责柜体电缆接头连接、保护功能。电力系统配电运行过程中，由于接头老化、负荷超载、施工质量不足等原因，环网柜电缆接头容易发热，导致电缆金具接头加速氧化，严重时会引起电缆接头爆炸、绝缘击穿等危害，进而造成大面积停电事故，使电力设备及周边经济受到损失。
2物联网在环网柜中的应用
随着信息技术、计算机技术、通信技术和网络技术的发展，物联网技术近年来在不同的行业中都得到了应用。物联网技术在数据感知及采集、传输和共享等方面具有明显的应用优势，在环网柜中可以加以应用。配电系统中的环网柜在地理位置分布方面较为分散，符合物联网技术的应用特点，能够发挥物联网技术的优势。本文将根据配电物联网技术，采用环网柜环境感知、电气感知等物联网传感单元和环网柜智能化运行管理网关，开发出环网柜在线综合检测及运行工况智能分析评价系统，同时，该系统还具有发出环网柜运行状态异常预警功能。通过环网柜综合监测系统能够对环网柜的运行工况进行实时直观展示，并能够有效发现环网柜中存在的安全运行隐患，对于提高对环网柜的管控能力及检修自动化水平具有重要的实际价值。
3智能环网柜结构与系统设计
3.1传感器模块
数据采集模块包含开关量及模拟量输入电路。开关量输入电路如图2所示。模拟量输入电路中想要得到适当的电流值，需要串联限流电阻来降低发光二极管的电流，同时2个二极管还可以实现对光耦的保护与控制。电路中有2个独立的电源对电路进行供电且分别实现接地，实现2个电路的完全隔离。模拟量输入电路由若干个独立的单通道组成，并且每个单通道都具有较高的传输效率来保证数据的实时性。模拟量输入电路如图3所示。电路结构中每个单通道都是由单输入模拟通道及采样/保持（S/H）电路组成，每个通道的独立性使电路中数据的转换及采集可以同步进行且互不影响，从而在交/直流（A/D）转换器具有相同的转换频率时各通道有较高的转换速率。
3.2数据传输、储存与告警设计
本设计方案中测温传感器与测温数据终端之间采用基于Ｚｉｇｂｅｅ协议的无线传输方式，测温数据终端与监控主站或云平台之间采用４Ｇ或光纤传输。测温系统的传感器集成了无线数据传输发射模块，数据采集终端集成了接收模块，接收端实现数据集中器的功能，接收、上传、运算所在范围内温度传感模块的数据，从而实时、可靠地收集范围内的有效数据。该模块采用树状拓扑结构，具有较强的可扩展性，从而实现系统架构中的通信功能。测温采集终端利用边缘计算，对温度传感器采集的数据进行储存、运算、分析和告警。终端对每个测温传感器进行告警设置，通过实时监测数据与预设定的阈值进行比较判断。当设备发生温度异常或由于线路中的谐波等干扰因素造成误报，系统将根据传感器所测的数字进行温度绝对值、温升加速度、绝对温差、相对温差（三相不平衡）、历史趋势这五项指标进行分析并发出报警。当状态处于正常时，监测到数据突然超出允许波动范围，装置记录次数，若记录次数达到预设次数时，装置发出告警信号，否则进入休眠状态；当监测数据超过波动范围时间持续达到时间阈值时，产生告警信息并发送。这种多次超限统计判断告警的模式，可以避免周边电磁干扰带来的误报问题。
3.3综合设计远程监测的动态组网方式
对上述分析得到的传输损耗结果进行插值，并设计远程监测技术的动态组网方式，通过动态组网设置监测网络结构，实现网络监测通信。已知监测技术的中心管理平台提供如下监测手段:一是一对一监测服务。监测终端入网通信之前，会给所有终端分配一个监测对象，即智能环网柜，通过该对象的单位代码，与监测终端之间建立连接，实现指令的发出与结果的输入，同时设置通讯权限，控制监测数据的传送方向。二是数据同步服务。监测中心提供监测数据转发和推送，完成对配网任务的数据共享和数据发布。三是地址服务。监测中心在监测终端，监测环网柜的IP地址，便于设置远程监测调控程序。四是通讯服务。监测中心通过通信单元，实现对监测任务的收发、监测结果的储存与传送。
3.4远程监控管理平台设计
实现环网柜“T型”电缆接头的温度在线监测系统，不仅需要温度监测硬件设备，还需设计一套集数据处理、数据展示、图表分析、高温告警、辅助决策于一体的远程监控管理平台。远程监控管理平台收集展示各监测环网柜电缆接头温度数据，通过可视化图表直观展示各监测点温度变化情况，电力系统运维人员通过办公室办公电脑，通过B/S模式访问平台，远程监控各监测点温度数据，系统可进行高温阈值设置，监测点温度超过阈值时，推送告警提示，运维人员可提前介入处理高温点位负荷，避免发生故障。
结束语
随着城市建设进程的较快，环网柜的运行环境也更为复杂，容易受到外界物体的冲击，给环网柜的安全运行带来较大的考验，本文所分析的基于物联网的环网柜综合监测及评估技术具有较强的实际意义和工程实用价值，可以在配电环网柜的运维及管理中加以推广应用。
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