基于无线数传电台的箱式变电站温度在线监测系统设计与应用

徐友刚，朱 能，李建宁，沈晓峰，徐 萍

(国网上海市电力公司青浦供电公司，上海 201799)

基于无线数传电台的箱式变电站温度在线监测系统设计与应用

徐友刚，朱 能，李建宁，沈晓峰，徐 萍

(国网上海市电力公司青浦供电公司，上海 201799)

随着状态检修在配电网中广泛开展，为配网状态检修提供基础数据的配电设备在线监测显得尤为重要。箱式变电站(箱变)作为配电网重要环节，其安全运行直接关系到整个电网的可靠性。基于小区箱变数量繁多和地理位置分散的特点提出并实施了基于无线数传电台网络的小区箱变温度在线监测系统，该系统由无线温度采集设备、无线数传电台网络、远程数据采集(温度监测)后台系统等功能单元组成，具有成本低，安装方便，易维护的特点。

配电网；箱式变电站；箱变温度在线监测系统；无线数传电台

电力设备关键部位的绝缘性能是反映其运行工况的重要指标，设备的绝缘性能的变化往往伴随着温度变化，甚至存在设备部件的温度变化早于绝缘性能的变化。因此，对设备关键部位的温度进行实时监测能够及时发现设备潜在的绝缘故障，避免停电事故。随着智能电网技术的普及，电力设备温度在线监测已经被电力运检部门高度重视并大力推广应用。实践证明，基于物联网技术的电力设备无线测温是电力设备温度在线监测的有效解决方案。

在小区配电系统中，存在多台地理位置分散的箱变，且不具备通信条件，给箱变内设备温度等状态量的采集带来诸多不便。对同一个小区内箱变，如果采用有线方式进行温度数据采集，存在施工周期长、投资大等缺点；采用GPRS等公网无线通信模式也需要额外的无线通信费用，且需要实名制认定。因此，箱变温度在线监测的实现迫切需要解决在一个限定地理范围内多个分散设备温度等监测数据的实时采集。本文提出了基于无线数传电台网络的小区箱变温度在线监测系统，采用无线数传电台网络实现分散的箱变设备温度采集，发送至安装于小区开关站内无线数传模块，并通过调度通道发送至后台监控系统。

1 总体结构设计

箱变温度在线监测系统由部署在多个箱变内的无线温度采集设备、无线数传电台网络、远程数据采集(温度监测)后台系统等功能单元组成。

图1 系统结构图

箱变温度采集系统由温度传感器、温度采集器以及无线数据传输模块组成。温度传感器可以采用有源供电技术，也可以采用无源供电技术。本项目主要采用通过外部射频信号进行充电的谐振型温度传感器，并通过ZigBee无线通信技术与温度采集器之间进行数据传输。温度采集器与各温度传感器采用ZigBee通信，配置RS485有线接口，与无线数据传输模块进行有线通信。

小区开关站内安装一台无线数传模块，和各个箱变无线数传模块通过200MHz无线数据传输网络通信。开关站内无线数传模块提供光纤接口，通过调度通道上传采集到的温度数据至温度监测后台系统。温度检测后台系统部署在远程运维监控中心，以便运监人员实时查看和告警提示。

2 无线数传通信网络

2.1方案选择

箱变温度采集系统是分散在限定地理区域内，一般总面积为1～2个平方公里。由于小区箱变地理布局已经固定，因此很难敷设专用的光纤通信网络，所以采用无线通信是比较理想的选择方案。在无线通信技术选择中，综合比较了无线专用基站、GPRS公用网络和无线数传电台三种无线通信方案。

无线专用基站是可以提供6GHz以下许可及免许可频段无线宽带的技术。该技术和产品可实现高达300Mbps的吞吐量，可以采取点到点和多点到点的拓扑结构部署。覆盖范围可达10～120 km。设备可提供10MHz/100MHz/1000MHz以太网接口和光纤接口。典型设备是以色列瑞赢(RADWIN)的RADWIN 2000系列产品。主要问题是造价成本比较高，一个节点基站的费用为12 500～15 000元。

GPRS公用网络则是通过移动应用商的公共移动网络进行通信。需要在每个能耗采集终端上外挂一个GPRS通信模块。GPRS通信模块本身造价成本比较低。但是要组成一个GPRS VPN通信网络必须采用移动公司的专线网络，后台计算机需要通过移动专线接入现场各GPRS终端。而移动公司的专线接入具有固定费率，而且通信本身产生的流量也需要通信费用。

无线数传电台是借助DSP 技术和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台。无线数传电台覆盖频率范围为220～240 MHz，330～512 MHz。多个无线数传电台之间可以透明组网。无线数传电台分低速、高速等类型。虽然低速无线数传电台数据吞吐量相对比较低，空中传输速率为9 600 bps，但是成本比较低，一个节点只需要1 500元，价格仅为专用基站的1/10。

综合三种无线通信技术，本项目主要目的是实现箱变温度在线监视，数据采集量和传输速度要求并不高，因此选择了无线数传电台作为各箱变温度采集设备和后台温度监测系统之间通信的技术方案。

2.2组网模式

图2所示为无线数传电台组网方式，各箱变温度采集设备分别配置一台无线数传电台，小区开关站内也配置一台数传电台，该电台的光纤接口通过调度通道和远程监控中心的后台计算机建立通信链路。

图2 无线数传电台组网方式

无线数传电台支持透明组网，对于远程后台计算机来说，就如同现场的各个能耗采集终端通过光纤直接与后台计算机发生通信一样。这样后台软件基于光纤通信设计的软件无需做任何更改即可使用。现场的无线数传电台也可以通过RS 485总线同时连接多个测控设备设备。同样的，这些连接都是透明的，就如同这些测控设备都直接连接到后台计算机RS 485通信端口上一样。

3 系统功能

3.1温度传感器和温度采集器

温度传感器实现各箱变回路电缆温度数据采集，通过ZigBee信号把温度数据传送到温度采集器。温度采集器和各温度传感器通信，获取温度采集数据，通过RS 485接口将温度数据上送到温度监测后台系统，一个温度采集器可以和多个温度传感器通信。

3.2无线数传网络

在温度监测后台系统和各箱变温度采集器之间构建透明的无线通信网络，实现各箱变温度数据在线采集。

3.3温度监测后台系统

温度监测后台系统具有温度数据采集、数据存储等功能，并综合应用了设备热缺陷分类模型、绝对温度判别、绝对温差判别、相对温差判别等方法对设备热缺陷进行分类和评价。评价结论定期形成报表，如果触发告警阈值则提供实时预警。运维人员通过后台监控系统及时了解各箱变不同部件的运行温度和温度变化曲线。当被测设备温度高出预警值时发出告警，提醒运维人员至现场检查，及时安排诊断试验，避免停电。

4 工程应用

该系统完成研发后，选取了某小区作为项目实施试点。该小区有一座小区开关站和六座箱变。通过在各箱变内安装温度在线监测设备和无线数传电台，和安装在变电站内的无线数传电台实现了无线通信。监测数据上送到了远程监控中心的后台温度在线监测系统，实现了对小区箱变的温度在线采集。后台温度在线监测系统可从各箱变正常接收温度采集数据，系统运行稳定可靠。后台软件具有温度监视，越限告警，统计报表，缺陷分析等功能，对指导生产运行和状态检修起到了很好的技术支撑作用。

5 结语

通过对小区箱变温度进行在线数据采集和运行监视，为实现配电设施的状态检修提供了基础技术平台。基于数传电台的小区箱变温度在线采集系统，很好地解决了常规通信手段造价高，安装不便的实际问题。该方案具有造价低、安装灵活、维护扩展方便等优势。这一技术在同领域应用具有很好的推广价值。

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沈晓峰.无源无线电缆头测温系统的设计和实现[J].电工技术，2016(5)：11-12.

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YAN Jie. Application of wireless communication technology to cable terminal temperature measurement system [J]. East China Electric Power, 2013，41(11)：2429-2431.

[3]梅凡，金剑，孙进，等.新型变压器铁芯接地电流在线监测装置的设计和应用[J].电力与能源，2016，37(3):311-313.

MEI Fan, JIN Jian, SUN Jin, et al. Design and application of a new type of online monitoring device for transformer core earthing current[J]. Power & Energy，2016，37 (3)：311-313．

(本文编辑：杨林青)

Design and Application of Box-Type Substation On-Line Temperature Monitoring System Based on Wireless Data Transmission Station

XU Yougang，ZHU Neng，LI Jianning，SHEN Xiaofeng，XU Ping

(State Grid Qingpu Power Supply Company, SMEPC, Shanghai 201799, China)

With the development of condition-based maintenance in distribution network, the on-line monitoring of distribution equipment, which provides basic data for condition-based maintenance of distribution network is very important. As an important part of distribution netwrok, the safe operation of the box-type substation (box-type transformer) is directly related to the reliability of the whole power grid. In view of the large number of the neighborhood box-type substations and their wide geographically distribution, this paper proposes and implements a neighborhood temperature on-line monitoring system based on wireless data transmission network. The system is composed of wireless temperature acquisition equipment, wireless data transmitter network, remote data acquisition (temperature monitoring), background system and other functional units, and it has the advantages of low cost, convenient installation and easy maintenance.

power distribution network; box-type substation; temperature on-line monitoring system; wireless data transmission station

10.11973/dlyny201704017

徐友刚(1985—)，男，硕士，工程师，从事变电运检工作。

TM41

：A

：2095-1256(2017)04-0435-03

2017-07-05