配电箱变智能采集终端的设计及实践

孙巧玲，官清，李燕(.国网山东省电力公司宁津县供电公司，山东德州，53400；.国网山东省电力公司夏津县供电公司，山东德州，5300）

配电箱变智能采集终端的设计及实践

孙巧玲1，官清2，李燕1
(1.国网山东省电力公司宁津县供电公司，山东德州，253400；2.国网山东省电力公司夏津县供电公司，山东德州，253200）

本文以10kV箱变为例，主要研究了箱变智能采集终端的设计方法及在实践中的应用，旨在为提高设备运维和巡检提供参考。关键词：传感器；采集器；智能采集终端

0 前言

目前我国智能巡检技术支撑体系已具备一定的应用基础，如配电箱变智能采集终端是指用于计量和采集各信息采集点用电信息，将数据经处理后通过信道上传给数据采集层，并负责转发和执行下发控制命令和信息的各类电能信息采集终端，通过在用户和供电企业之间形成网络互动和即时连接，从而实现电力、信息、应用数据的高速传输等功能。选择稳定、可靠、实时、安全的采集终端是保证系统安全稳定运行的关键，直接影响着集中器与采集器之间通信的可靠性和采集成功率。因此，如何获取安装设备的数据，快速形成巡检记录就成了研究的重要课题。

1 配电箱变智能采集终端设计概述

1.1 设计原则

（1）先进性与实用性相结合

用电信息采集终端充分利用先进技术和先进理念，采用先进软硬件技术，适应用电信息采集系统的发展，功能设计以切实服务于营销管理和客户服务的各项业务需求为基准，有机结合信息采集、负荷分析等具体业务流程的设置，促进营销业务流程的标准化、规范化和科学化。

（2）灵活性和安全性相结合

采用模块化设计，具有较强的灵活性和可扩展性。同时，注重权限管理，具有控制功能的终端与主站之间的设置和控制报文的传输须采取相应的身份认证和加密措施。

（3）继承与发展相结合

遵循有继承才有发展的思路，充分利用现有的资源、成熟的应用以及技术积累，同时综合考虑未来的应用需求。

1.2 系统结构

配电箱变智能采集终端结构主要包括：无线温度、无线电流等无线数据传感器；无线数据采集器；内/外温湿度采集器、开关量采集器等智能IED设备、通信管理机等。其中无线数据传感器主要负责采集无线信号，并传送到无线数据采集器；通信管理机主要是上传采集数据，并提供无线热点，便于获取箱变实时、历史运行数据。

2 数据传感器和采集器

2.1 无线数据传感器和采集器

ZigBee无线传感器网络是基于最新IEEE802.15.4技术标准和ZigBee.网络协议而设计的低功耗无线数据传感器网络，是中短距离、低速率无线传感器网络，其射频传输成本低，各节点只需要很少的能量，功耗小，适于电池长期供电，可实现一点对多点、两点间对等通信、快速组网自动配置、自动恢复和高级电源管理，任意多个传感器之间可相互协调实现数据通信。

无线采集器可以直接与主站通信，多用于采集单个或多个电能信息，具有数据采集、数据存储、参数设置和查询、自维护等功能。本次将无线电流传感器分别串联与高压进线开口、低压进线开口处，将无线数据采集器部署在智能采集终端壁挂箱内。各无线传感器、采集器之间均通过Zigbee实现无线通信，无线温度传感器和无线电流传感器采取无电源供电方式。

2.2 温湿度采集器

以Modbus协议和Rs-485组成的网络为主体构成的温湿度采集系统，具有结构简单、灵活性好、工作稳定、易于控制等优点。其结构可分为上位机、下位机两部分，下位机的主要任务是完成测量点的温湿度的测量，并通过串行通信，向上传送测量数据。本次选用两台温湿度采集器，用于配电箱变内外温湿度采集，并与通信管理机通过Modbus RTU规约进行通信。

2.3 开关量采集器

开关量采集器结构主要有CPU的读写端口和CPU的地址端口，CPU将采集到的状态数据暂存在缓冲单元(CPU板上的存储器)内，通过CAN总线完成与站机的数据交换。开关量采集器既可以配置多个开关量输入，也可以提供RS-485通信接口，同样利用Mdobus RTU规约与通信管理机通信。

2.4 通信管理机

2.4.1 技术要求

通信管理机具有低压子站内智能设备的通信数据采集、协议转换、数据二次组态及与监控中心的监控主机进行实时数据交换等功能，能够实现站内信息共享。其技术要求主要有：

（1）下行采集通信口：至少具有8个RS-485通信口，每个通信接口最多连接10台现场智能设备。

（2）上行主站通信口：至少具有2个10／100MB以太网接口。

（3）具有前置机功能，用户可二次组态并定义，装置根据用户的配置顺序文件，将通信采集到的低压子站内各智能设备的通信数据高速归纳、整理和计算，实时完成与主站的通信数据交换。

（4）必须具备组环网功能，一主一备在线切换。主备环网通信管理机具备的功能原理：由主通信管理机下达数据采集命令，备用通信管理机监听通信总线的数据，防止出现数据异常现象。但需要注意两个方面的内容：一是为实现数据传输的准确性，主、备用通信管理机的数据必须保持同步；二是备用通信管理可自行启动并下达采集命令，防止主通信管理出现故障时，数据丢失的现象。当主通信管理机恢复正常工作时，备通信管理机应将权限移交给主通信管理机并恢复环网结构。

（5）供电电源：具备双电源供电，交直流通用。AC 75～255V，频率50Hz或DC110／220V。

2.4.2 设计与安装

结合设计技术要求及配电箱变的实际情况，本次选择了尺寸较小的研华ARK-1123L无风扇嵌入式工控机作为智能采集终端。其前置通信模块实现了多通道数据接入，监控告警模块具备异常用电状况在线监测、诊断、报警及智能化处理功能，满足计量装置故障处理和在线监测的需求等功能；存储模块，可以保存各套保护送来的信息，上传给监控系统或保护分析系统的PC机，以便随时调用分析系统事故；查询模块，当有保护动作时，保护跳闸事件、跳闸报告等信息在查询时上传给保护通信管理机并通过监控接口转接至监控系统的通信总控单元；数据访问接口可提供实时数据和历史数据查询，并与智能终端APPA软件通信；定值整定与修改，监控系统可以方便地对各保护和自动装置进行定值整定修改和信号复归及保护软压板投退等操作；规约转换，保护通信管理机与各保护的通信是按保护内部规约，而保护通信管理机与监控系统的通信是采用通用标准规约，因此在监控系统与保护通信时就必须进行规约转换。

3 工程实践分析

本文选择某箱变改造工程为研究对象，通过在侧进线处安装无线电流传感器和测温电缆头，在壁挂箱内安装无线数据采集器、开关量采集器、通信管理机，在高压室安装温湿度采集器，经实际运行表明：智能采集终端不仅实现运行参数采集，而且无线温度传感器和无线电流传感器无需额外电源支撑，实现了免维护运行。并且与手机APP通信，快速形成巡检记录，提升了工作效率。此外，还为运维和快速故障处理创造了技术条件。

4 结语

智能技术的发展不仅有利于提升巡检质量，降低巡检工作强度，而且有利于保障设备安全稳定运行。智能采集终端不仅实现了开关运行状态监测、供电电能质量监测，并对采集的数据实现管理和远程运输，而且也为配电管理部门制定经济、安全的运行方案及设备增容等提供参考数据。

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[3]吕钢.无线测温技术在变电站电力电缆的应用[J].自动化应用,2014(05).

Distribution box is intelligence collection terminal design and practice

Sun Qiaoling1,Guan Qing2, Li Yan1
(1. Its Chinese shandong province electric power company NingJin County power supply company,Dezhou Shandong,253400;2. Its Chinese shandong province electric power company xiajin county electric power supply company,Dezhou Shandong,253200)

in this paper, with 10 kv box into the case, the main change design method of intelligent acquisition terminal box is studied and its application in practice, which provided reference for improving operations and inspection equipment

sensor；terminal；intelligent acquisition terminal box