基于GPRS/CDMA 的配电站环境监控系统

陶 燕，王庆华

(1.上海市电力公司 金山供电公司，上海 200540;2.上海捷谛电力科技有限公司，上海 201000)

配电站作为输配电系统的末端环节数量不断增多，运行环境日趋复杂，如高温、高湿、雨水过大会影响设备绝缘，造成事故隐患。为保证电气设备的正常运行，预防电力事故，及时获取配电站温度、湿度、水浸等辅助环境数据至关重要。此外其还可作为配网自动化的有益补充，进一步保障电网安全和供电可靠性。

由于配电站地理位置比较分散，且并未建成专用的数据传输通道，因此在实现了监测功能的基础上，还需解决各站监测数据的通讯问题。在通讯方式的选择上，架设专线前期投入较大，光纤通信施工成本高，电力线载波系统的稳定性、可靠性较差。而GPRS/CDMA通信利用现有的网络，具有使用方便、始终在线、资费合理等特点，可有效避免以上问题的发生。

1 GPRS/CDMA 无线通讯技术

GPRS 通用分组无线业务(General Packet Radio Service)是在GSM 系统上发展出的一种数据业务，目的是为用户提供分组形式的数据传输业务［1］。GPRS通过FDD(频分复用)实现上下行信道分离，同一载频通过TDD(时分复用)分为8 个时隙(Time－Slot)，上下行信道通过采用多时隙模式(Multi－slot)来传输数据［2－4］。

码分多址(Code Division Multiple Access，CDMA)是近年来用于数字蜂窝移动通信的一种无线扩频通信技术，其原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽信息数据，用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，其将宽带信号还原成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现数据的传输［5］。

GPRS/CDMA 无线通讯技术进行数据传输方案具有如下优点:(1)“永久在线”功能［6］，即使没有数据传输，设备与网络间也会通过心跳包信号保存线路的连接，确保监控系统的正常运行。(2)按量收费。GPRS/CDMA 无线通讯网络按照客户接收和发送数据包的流量收取费用，当无数据流量传递时，客户即使在线也不收费。(3)组网简单、迅速、灵活。GPRS/CDMA 无线通讯可通过Internet 网络，随时构建覆盖全国的虚拟移动数据通信专用网络，接入便利，节省投资。

2 系统组成

基于GPRS/CDMA 的配电站环境监控系统由配电站环境监控采集系统、GPRS/CDMA DTU 模块、监控平台等组成。配电站环境监控采集系统利用各类传感器对配电站现场监测点进行监测，传感器输出信号经现场数据采集模块处理后，通过现场总线将采集到的数据发送给GPRS/CDMA DTU 模块。GPRS/CDMA DTU模块再将数据通过无线方式，接入到GPRS/CDMA 无线数据网络，并通过移动网络在Internet 互联网的网关节点，传送至Internet 互联网，最终经Internet 网络以TCP/IP 传输协议送到监控平台。系统框图如图1所示。

图1 基于GPRS/CDMA 的配电站环境监控系统结构框图

3 采集系统功能

3.1 SF6、O2 监控

对于采用SF6环网柜的配电站，根据文献［7］规定，必须进行O2和SF6监测。系统配备SF6、O2采集器，实时监测测量环境中的SF6和O2含量数值，并可设置SF6和O2报警点，当检测环境空气中SF6气体含量超标或O2含量过低时，便可发出报警信号进行实时报警，并启动风机进行通风。SF6和O2数值可通过GPRS/CDMA 网络定时传送至监控中心，当出现SF6气体含量超标或O2含量过低时，SF6超限或缺氧报警信号可及时通过GPRS/CDMA 网络传送至监控中心。

3.2 温湿度监控

在配电站内配置多个温湿度传感器，实时检测配电站室内外温度和湿度［8］。为控制室内温湿度，可以设定温度的上限、下限和湿度的上限，即温湿度的报警点，当出现温度湿度过高或过低时，进行实时报警，并启动空调和风机。温度和湿度数值通过GPRS/CDMA网络定时传送至监控中心，当出现温度或湿度报警信号时，可通过GPRS/CDMA 网络将报警信息实时传送至监控中心。

3.3 空调控制

通过空调控制器可对空调进行远程或自动控制，无需人员到现场即可完成设定时间点自动定时开启和关闭空调。由此可根据温度、湿度设定自动开启和关闭空调制冷，实时监测空调的运行状态，实现制热、除湿、温度调节、送风控制等各种调节功能。当设备出现故障时，采取故障联动控制，进行实时报警，及时通知维护人员进行维修。空调开启和关闭状态及时间通过GPRS/CDMA 网络实时传送至监控中心。

3.4 风机控制

通过风机控制器可对风机进行远程或自动控制，无需人员到场即可启停风机，并可设定时间点自动定时开启或关闭。当SF6超限或缺氧时，可自动启动风机进行通风，同时可根据需要自行设置通风时间和关闭时间，还可根据湿度设定自动开启和关闭风机，且最终将风机开启和关闭状态及时间通过GPRS/CDMA 网络实时传送至监控中心。

3.5 水浸监测

在配电站的电缆沟内安装水浸传感器［8］，当遇到电缆沟内存在积水问题时，发出报警信号，并将报警时间和积水点通过GPRS/CDMA 网络实时传送至监控中心。

3.6 火灾报警

根据“火灾探测器的具体设置部位”对位于各级保护对象内的配电房、变压器室均安装火灾探测器［9］，在有电气火灾危险的场所宜选择点型感烟探测器。因此，系统选择安装点型感烟器，在变配电室发生火灾时，点型感烟器会发出声光报警信号即时报警，同时关闭风机和空调，并禁止风机和空调启动，报警时间则通过GPRS/CDMA 网络实时传送至监控中心。

4 监控平台

监控平台包含监控服务器和配电站环境监控系统综合监控平台软件组成。监控服务器采用有线或GPRS/CDMA 方式与Internet 公网连接，并利用公网固定IP 或域名［10］，实现与现场环境监控采集系统的通信。综合监控平台软件的设计基于Windows7 操作系统，采用Visual Studio 2010 编制，图2 为软件的整体结构框图。

图2 综合监控平台软件结构框图

综合监控平台软件的主要功能有:(1)系统管理。可实现系统用户、配电站资料和环境监控采集设备台账进行管理。(2)数据采集。监控平台软件可自动接收环境监控系统采集系统上传的数据，也可定时或随机主动召唤相关数据，并将数据保存到数据库，对于告警事件采用列表方式实时显示。(3)远方控制。可对各配电站的环境监控系统采集系统进行校时，统一各系统的时间基准;可不到现场，远程设置空调的各种调节功能，实现诸如制冷、制热、除湿、温度调节、送风控制等，并可实现远程开启和关闭风机。(4)统计分析。监控平台软件采用安全、可靠的数据库，建立标准的数据模型和数据字段，可查询任意时段配变的历史数据、事件记录、报警记录等;可指定配电站自动生成日报表、月报表、年度报表等汇总报表，且报表可直接进行预览和打印;配电站状态信息如温度、湿度可自动生成趋势曲线，直观地反映出配电站环境的变化趋势。

5 结束语

基于GPRS/CDMA 的配电站环境监控系统根据配电站现场的实际情况，选用合适的传感器、数据采集器和通信设备，完成环境监控系统的数据采集、分析和异常报警。利用GPRS/CDMA 作为通讯手段，实现了远距离数据传输，配电网的自动化提供了一种切实可行的解决方案。该系统自投运以来，通过合理整定阈值，减少了空调、风机运行时间，达到了节能效果，同时减少了巡视工作量，提高了效率，具有一定的经济性和实用性。

［1］ 韩斌杰.GPRS 原理及其网络优化［M］.北京:机械工业出版社，2003.

［2］ 文志成.GPRS 网络技术［M］.北京:电子工业出版社，2004.

［3］ 吕捷.GPRS 技术［M］.北京:北京邮电大学出版社，2001.

［4］ 黄志强，韩月霞.基于GPRS Internet 的城市路灯远程监控实现［J］.微计算机信息，2007，23(1):50－52.

［5］ 王晓卉.Cdma 技术在移动通讯中的理论研究［J］.电脑知识与技术，2012，8(23):5583－5586.

［6］ 张京江，江武鹏，张朝林，等.GPRS/Cdma 无线通信技术在gps 数据传输中的应用［J］.气象科技，2007，35(1):139－142.

［7］ 国家电网公司.电力安全生产规程［M］.北京:中国电力出版社，2005.

［8］ 国家电网公司.Q/Gdw688－2012 智能变电站辅助控制系统设计技术规范［S］.北京:中国电力出版社，2012.

［9］ 安全生产部.Gb 50116－98 火灾自动报警系统设计规范［S］.北京:能源部，1991.

［10］程广增，范瑜.基于GPRS 的配电站远程监控系统设计［J］.低压电器，2008(10):22－25.