輸電線路智能溫度在線監測系統

1.系統背景

       眾所周知，線路金具是線路安全穩定運行的保障，實際運行中會因為架空地線之間的感應環流、金具磨損、電化學腐蝕等原因引起金具溫度高升。如果對線路金具溫度進行實時監控，掌握最真實的運行數據，就可以最大限度地提高線路的穩定運行，并為調度、檢修、運行提供最真實可靠的指導。另外，對于一些重點線路，也可以起到很好的監控作用。在日常運行中，一旦出現金具溫升過高異常時，則可立即找出原因，采取措施，使電網運行更加安全可靠。

       隨著國民經濟的高速發展，各行各業對電力的需求量越來越大，對供電部門提供電力供應的質量（穩定性、不間斷性及伴隨服務）要求也越來越高，因此遠距離高壓輸電線路的電網運行的安全性顯得尤為重要。結合智能電網的發展，需要越來越多的智能化設備來監測線路的安全和運行信息。針對線路監測內容的多樣性，需要監測設備要求具有綜合監測的能力，監測多種數據量（例如導線溫度、金具溫度測量等）

       當前戶外架空線纜的維護主要采用人工定期巡檢及定期檢修的方式，而由于人工巡檢的局限性，常常使隱患不能得到及時的處理，或者需要投入較大的人力，物力來排除此類隱患，鑒于該現狀，我公司提出針對性解決方案。該方案具有以下特點：

彌補人工巡檢的不足，減小人工維護成本；

征兆式報警，將事故消滅在萌芽階段，防止事態的升級、惡化；

傳感器采用無源無線溫度傳感器，正常環境使用壽命可10年；

傳感器具備防水、耐高溫、耐老化，并具備在強電磁環境下正常工作的特性。

現場通信設備采用太陽能供電。

現場通信設備采用定向無線網絡或移動互聯網組網，可方便的將現場數據實時上傳到網絡服務器。

后臺終端采用BS結構，聯網的移動終端可實現隨時隨地監控的需要

實現全天24小時不間斷在線監測，監測數據一越限即報警；

2.系統簡介

輸電線溫度在線監測系統通過溫度傳感器獲取線路和金具的溫度信息，實現數據采集、數據存儲、溫度信息標準、溫度信息展示、系統報警、對比分析、統計報表、短信提醒等功能。平臺提供對原始采集數據信息的查詢，并通過計算形成年、月、日的各種報表。

監控平臺基于我公司自主研發的軟件開發平臺，通過業務模塊的開發，實現系統的各個功能。該開發平臺，具有數據庫兼容功能，和具有強大的數據分析功能，可以保證系統的穩定運行。

3.系統網絡結構圖

3.1系統網絡結構圖如下：

3.2系統架構說明

按照設備在系統中的功能劃分，將系統分為三層：感知層、網絡層、應用層。

感知層：無線溫度傳感器作為系統的感知層，分布于各個發熱點，對于架空線路，主要安裝在線夾接頭位置，實時測量其表面溫度，并將溫度數據通過無線方式上傳給接收終端。

網絡層：接收終端在系統中承擔著數據中繼功能，它接收到傳感器的數據之后再通過光纖、485、無線或者GPRS方式傳輸給數據后臺。

應用層：數據到達后臺后，用戶可以通過瀏覽器方式監測現場每個傳感器的實時溫度、歷史曲線，如果出現超溫情況，可以快速定位并及時通知相關人員。

3.3通信系統基本組成

3.3.1通信系統簡要說明

       在系統運行過程中,傳感器將采集到的數據，通過無線射頻信號傳輸至接收終端。在空曠無遮擋環境下，傳感器與接收終端的有效通信距離可達1000米。

       接收終端收到傳感器數據后，即利用GPRS通信模塊將數據通過TCP/UDP方式接入互聯網，并發送至預設的目標IP地址。只要現場在移動網絡的覆蓋范圍，即可利用移動互聯網實現數據的運傳。

       另外考慮到存在無線網絡覆蓋不良的地區，可采用大功率無線通信及無線中繼的方式來延伸無線溫度與接收終端的通信距離（空曠距離）。可在不超過2KM范圍內實現傳感器與接收終端通信距離的延伸，延伸的距離可根據現場實際情況確定。

       用戶可通過接入互聯網的計算機或其他移動終端（如：平板電腦/手機等），使用網頁瀏覽器登錄測溫系統軟件查看現場數據。

4.現場監測系統設備構成

4.1傳感器部分

4.1.1線夾無源無線溫度傳感器

4.1.1.1產品簡介

       環境能量采集（EnergyHarvesting）技術具有可循環、無污染、低能耗等優點，它建立在微電子技術和微功耗技術的基礎上，是近幾年發展起來的一門新興學科，它涵蓋了太陽能、風能、熱能、機械能、電磁能采集等諸多方面。能量收集技術應用范圍極其廣泛：交通、能源、物聯網、航空航天、生物等等。把能量采集技術應用到電力設備的在線監測是一個前所未有的創新，必將為解決電網智能化運行提供一個全新的平臺。

       能量收集(EH)也稱為能量積聚，使用環境能量為小型電子和電氣器件提供電能。能量收集系統包含能量收集模塊和處理器/發送器模塊。能量收集模塊從光、振動、熱或生物來源中捕獲毫瓦級能量?？赡艿哪茉催€來自手機天線塔等發出的射頻。然后，電源經過調節并存儲起來。系統隨后按照所需的間隔觸發，將能量釋放給后續負載使用。

       在輸電線的運行現場具有豐富的電磁能，對于電壓高電流小的場源(如發射天線、饋線等)，電場要比磁場強得多，對于電壓低電流大的場源(如某些感應加熱設備和模具)，磁場要比電場大得多。因此我們認為輸電線是一個工頻電場和磁場能量非常密集的區域。我們正是利用微電子技術、低功耗技術以及能量管理技術收集線夾或者開關柜及戶外接點等測溫點中的電磁能，并將其能量轉化為無線溫度傳感器所需之電源。

       將EH技術應用于輸電線回路的無線測溫，解決了傳感器的能量需求問題，使得傳感器擺脫了對傳統電池的束縛，體積更小，壽命更長，可靠性更高，安裝更方便，維護更簡單，產品更環保，技術更先進。

       我公司的無線溫度傳感器是基于美國TI公司的無線數字通信技術及低功耗技術、EH技術而研制的高性能產品，傳感器采用了多重抗干擾措施以及特有的軟件算法，經過了國內西高所、開普實驗室、浙江省中試所、浙江省質監局等多家權威機構測試認證，并且在國內許多工業現場得以成功應用。其最大的優勢在于不再需要電池供電，徹底解決電池高溫性能差、壽命有限的問題；而且體積小，安裝方式靈活多樣，將線夾或者開關柜及戶外接點等測溫點溫升監測提升到一個新的高度。

4.1.1.2技術參數

4.1.1.3產品外觀

4.1.1.4安裝示意

無源無線溫度傳感器廣泛應用于架空電纜線夾的溫度在線監測；如下圖

4.1.2太陽能無線溫度傳感器

4.1.2.1產品簡介

       我公司針對戶外高壓線路導流股線電氣設備接點部位由于材料老化、接觸不良、電流過載等因素引起的溫度過高，且不宜探測的故障隱患，開發了能夠在高電壓、大電流、以及在高溫下長期穩定工作的ZWMSA-16-V2系列耐張線夾太陽能無線溫度傳感器。

       該產品采用超低功耗設計、太陽能收集技術，無需電池、射頻通訊、CRC校驗等技術，具有綠色環保、免維護、電氣隔離徹底、安裝方便、抗干擾能力強、工作可靠等特點，能很好的解決高空、高電壓狀態下的溫度測量問題。實時將采集到的溫度數據，通過射頻通訊，傳輸到監控終端上，實現不間斷的、準確的自動化監測。

4.1.2.2技術參數

4.1.2.3產品外觀

磁吸式

螺母式

4.1.2.4安裝示意

螺母式安裝和磁吸式安裝，目前可兼容的螺絲型號有M10、M12、M14、M16、M20，客戶可根據線路實際情況選擇相應的尺寸，以便現場施工更加方便。

螺母式安裝方式：

磁吸式安裝方式：

4.1.3太陽能無線傾角傳感器

4.1.3.1產品簡介

我公司針對工程建筑設備安裝角度偏差導致設備運行不良及建筑設備由于地陷及大風吹擺引起傾斜等危害，開發了能夠在工業環境下長期穩定運行的ZWMSA-03-V2系列太陽能型無線角度傳感器。

該產品采用超低功耗設計、微電池供電，射頻通訊、CRC校驗等技術，該產品有高分辨率、精度高、誤差小等優點。能夠滿足不同客戶測量問題。實時將采集到的角度變化通過射頻通訊，傳輸到監控終端上，實現不間斷的、準確的自動化監測。

各種建筑及制造行業需要測量角度偏差的場所，例如彈簧土木機械、坑道支架檢測、塌方監測及高壓鐵塔傾斜變化等。其中角度變化量是一項重要且必須測量指標，而角度傳感器是測量某一基準位角度的裝置，是建筑及制造行業所必須的測量設備。目前市場上已有多種角度量傳感器，但是他們存在電池或者市電供電、價格貴、有線傳輸且必須人工測量校準的缺點；因此開發一款能量自取、無線發射、定期自動測量角度變化實現無人值守的新型角度傳感器具有很好市場應用價值。

4.1.3.2技術參數

4.1.3.3產品外觀

4.1.3.4安裝示意

4.2無線接收終端設備

無線接收終端在現場監測系統中屬于核心部件，主要負責在現場接收無線溫度傳感器發送的無線溫度數據，并將數據通過移動網絡上傳至網絡服務器。

無線溫度接收終端,具備強大的功能和可靠的性能，雙光口、雙無線、雙485、單網口，光纖可以直接接入我們產品，亦可采用多通訊口實現數據中繼功能。

無線接收終端的參數如下表所示：

4.2.1產品外觀

圖表無線接收終端套件

4.2.2主設備尺寸

4.2.3電源模塊

由于現場環境限制，戶外現場設備電源采用太陽能供電系統，供電系統包含太陽能電池板及蓄電池組。通過太陽能電池板在晴朗天氣對蓄電池組進行充電。蓄電池組可保證設備在晚上或陰雨天氣給設備提供充足的電量。

4.3防雷及防水設計

4.3.1雷擊對設備的破壞途徑

雷電通常分為：直擊雷、感應雷及浪涌三種。

直擊雷

直擊雷是指雷云直接對大地某點發生的強烈放電。它可以直接擊中設備，如電力線，電話線等。雷電流便沿著導線進入設備，從而造成損壞。此時雷電的主要破壞力在于電流特性而不在于放電產生的高電位。

感應雷

感應雷是雷電在雷云之間或雷云對地放電時，由于電磁感應而在傳輸信號線路、埋地電力線、設備間連接線產生感應電壓，使連接在線路中電子設備遭到損害。

浪涌

雷電浪涌是近年來由于微電子設備的不斷應用而引起人們極大重視的一種雷電危害形式，同時其防護方式也不斷完善。最常見的電子設備危害不是由于直接雷擊引起的，而是由于雷擊發生時在電源和通訊線路中感應的電流浪涌引起的。

4.3.2現場在線監測系統設備防雷措施

針對上述雷擊途徑，為了有效防范上述雷擊途徑可能對設備造成的損害，現場設備需具備如下防雷措施

設備線路前加裝避雷器

箱體外部電源線或信號線采用金屬管內穿線保護，并保證金屬管的有效接地

設備的安裝需考慮有效利用鐵塔本身的避雷系統，使設備在避雷器系統的有效保護范圍之內

4.3.3防水措施

防水系統主要針對現場檢測系統設備，考慮戶外氣候變化，設備的防水措施關系到設備是否長期穩定的運行，現場檢查系統主要設備包括：無線溫度傳感器，無線收發終端。

4.3.3.1傳感器的防水措施

傳感器采用防水外殼封裝，內部填充環氧樹膠，可保證傳感器在戶外各種氣候下正常穩定的運行。

4.3.3.2無線接收終端及太陽能供電系統的防水措施

無線接收終端及太陽能供電系統固定在具備防水特性的金屬外殼機箱；

機箱開孔位置設計在機箱底部，并在開孔出填充具備防水特性的材料；

任何處在箱體外面的線纜及接頭需具備防水、絕緣特性。

4.4后臺軟件系統

4.4.1主要功能

4.4.2系統界面

4.4.3登錄界面-主功能選擇

4.4.4主功能界面-設備狀態

4.4.5主功能界面-數據查看

4.4.6主功能界面-一次圖顯示視圖

4.4.7系統設置界面-信息錄入

5.后臺系統功能結構圖

5.1系統功能框圖

5.2系統報警

實時連續監測溫度信息，根據系統實際情況，當溫度越限時，自動進行系統報警。

通過系統設置，事件發生時觸發預/報警。并通過系統報警畫面、音效、動作觸發、E-mail、短信等方式通知用戶。

5.2.1越限報警曲線

選擇某個線夾或者開關柜及戶外接點等測溫點，可直接進行越限信息的報警。以曲線圖的方式展示。

5.2.2電站報警信息

展示變電站內的所有測點的溫度信息，進行三色報警：

溫度正常：藍色顯示

溫度越限：10%以內，紫色顯示

溫度越限報警記錄

5.3對比分析

對比分析主要是對同一變電站中的多個設備的對比分析，以及同一設備不同時間的溫度對比分析。

5.3.1同一設備溫度對比

可以選擇一個線夾或者開關柜及戶外接點等測溫點，一段時間進行溫度信息的對比。

5.3.2不同設備溫度對比

可以選擇多個線夾或者開關柜及戶外接點等測溫點和時間進行溫度信息的對比。

5.4統計報表

5.4.1設備溫度統計報表

設備統計報表信息，根據選擇的時間和線夾或者開關柜及戶外接點等測溫點，展示統計報表信息。

報表包含以下功能：

時間段選擇

設備選擇

報表展示

Excel導出

5.4.2變電站設備溫度報表

選擇變電站信息，自動將當前變電站下的設備溫度統計出來，并在報表中進行展示。

主要包括：

變電站信息選擇

時間段信息選擇

報表展示

Excel導出

5.5短信提醒

根據報警信息，自動觸發短信發送的流程，能夠準確的顯示變電站名稱、安裝位置、線夾或者開關柜及戶外接點等測溫點名稱、報警溫度值等信息。

5.6數據采集系統

數據采集系統是將變電站已經存在的溫度采集系統進行接入的功能，接入方式主要有WebService接入、數據庫數據接入、其他接入方式等。

5.6.1WebService接入

WebService接入是指變電站溫度在線監測系統提供統一的數據接口，已經存在的變電站溫度監控系統，根據接口的規范，進行數據接口的開發，將溫度信息等數據，寫入到平臺中。

具體功能包括：

接口規范制定

接口WebService開發

原始數據存儲

設備臺帳對應

5.6.2數據庫數據接入

數據庫數據接入是指變電站溫度監控系統將數據庫開放，并給予平臺數據庫用戶權限，平臺直接到各個廠家的數據庫中進行數據的獲取。平臺將溫度信息等數據，寫入到平臺數據庫中。

具體功能包括：

各個變電站系統數據庫連接

不同監控系統的數據庫適配

字段信息對應

原始數據存儲

設備臺帳對應

5.6.3其他接入方式

其他接入方式，是指變電站溫度監控系統如果不具備上述兩種接入方式的時候，需要電力公司配合，提供其他的數據接入方式，如Socket通訊等。

5.6.4實時數據采集

實時數據采集，是指可以采集到變電站溫度監控系統中存儲的實時數據。實時數據的采集，主要為了變電站溫度監控系統的采集數據是否正確，以及采集的時間點是否準確。

5.6.5歷史數據采集

歷史數據采集，是對變電站溫度監控系統中存儲的歷史數據進行采集。歷史數據的采集，需要在采集協議中有年、月、日、時、分的信息，來確定讀取的是采集器中哪個時間點的數據。

5.7采集監控系統

采集監控系統，主要是對采集過程中，監控各個變電站監控系統的數據是否正常、采集數據是否穩定等。

5.7.1狀態監控

狀態監控是對當前變電站監控系統的連接狀態進行監控，并根據接收到的數據信息，分析線夾或者開關柜及戶外接點等測溫點的溫度監測設備是否正常。

5.7.2溫度監控系統連接情況

溫度監控系統連接情況，可以顯示當前溫度監控系統的地址、連接信息、是否主站、以及溫度監控系統的名稱和地址等信息。溫度監控系統連接情況將各個溫度監控系統與服務器的連接情況進行展示，方便工作人員技術了解采集器的運行情況。

5.7.3日志信息查詢

請求命令記錄，對服務器發送采集數據的命令和返回命令信息進行展示，主要內容包括：顯示發送的時間、發送的報文和返回的報文等信息。

顯示的報文內容，也存儲到文件中，方便以后查看。

5.8數據存儲系統

數據存儲系統是將獲取到的變電站的溫度數據信息進行存儲的功能。由于接入的變電站較多，數據量非常大，數據存儲需要制定相應的規則，來確保數據能準確的存儲到數據庫中。

5.8.1多線程存儲

多線程存儲主要解決多個變電站的數據，同時寫入數據庫的時候，會對數據庫造成較大的壓力。通過多線程存儲，可以系統自動分配存儲數據，減輕服務器的壓力，并保證將數據信息存入數據庫。

5.8.2分區存儲

數據量大了之后，會出現查詢速度非常慢的情況。平臺通過對每天的數據進行分區，確保每天的數據查詢速度非?？?。

5.8.3數據提取存儲

對于日、月、年的數據，平臺提供數據提取的功能。即對天的數據，通過每日的數據匯總成一條記錄，則存到日數據表。對月的數據，通過提取日的數據，匯總到月數據表。年的數據，則通過月數據匯總到年數據表。

5.8.4數據查詢處理

對于查詢速度較慢的問題，系統為保證平臺能快速將數據查詢出來，采取如下措施： 

常用表建立索引

主鍵

存儲過程

SQL語句優化

5.9基礎數據信息維護

系統基礎數據信息維護是指對系統中的組織機構、用戶、角色、權限等的信息維護。

5.9.1用戶信息

用戶信息維護頁面顯示了用戶的基本信息，并可以進行密碼修改。修改密碼需要正確輸入原密碼，并且兩次輸入新密碼進行修改。

5.9.2人員維護

人員維護用于對人員進行新增、修改、刪除、密碼復位等操作。

新增的用戶默認密碼為123456；如果忘記密碼可以選中列表中的該用戶，點擊“密碼復位”按鈕，即可將該用戶密碼重新復位成默認密碼。

5.9.3組織機構維護

本功能用于新增、修改、刪除、排序組織機構。

5.9.4角色維護

本功能用于新增、修改、刪除角色。點擊左側樹節點可以篩選要查看的角色。通過列表上方的按鈕對角色數據進行操作。

5.9.5權限角色維護

本功能用于將某一權限分配給多個角色。首先在左側功能權限樹中選擇需要分配的權限菜單，然后勾選具有該權限的角色，完成后，點擊左上角的保存即完成權限角色的維護。

5.9.6人員角色維護

本功能為某人分配其所具有的角色。首先在左側組織機構人員樹中選擇待分配的人員，然后勾選該用戶具有的角色，完成后，點擊左上角的保存即完成角公人員的維護。

6.項目施工方案

6.1傳感器安裝方案

6.1.1線夾無源無線溫度傳感器安裝方案

通過對工程實際情況的了解，確定傳感器安裝主要安裝在耐張桿塔線夾位置：

傳感器安裝采用卡扣式，通過帶電安裝工具將傳感器固定于金具上，并保證傳感器感溫部位與被檢測部位表面充分接觸以保證測溫效果。

嚴格保證傳感器安裝后的電氣間隙不低于對應電壓等級的最低安全間隙。

6.1.2太陽能無線溫度傳感器安裝方案

磁吸式：取傳感器，將其底座對準塔桿螺絲；

將傳感器底座凹面靠近，吸附于塔桿螺絲上即可，連接可靠。

螺母式：將傳感器底座對準塔桿螺絲位置；

平穩緩慢擰入螺絲，擰到底，連接可靠。

6.1.3太陽能無線傾角傳感器安裝方案

采用磁鐵吸附加螺栓固定

將傳感器凹面吸附于塔桿螺絲上；

用內六角扳手將兩個內六角螺栓擰緊即可。

6.2無線接收終端安裝方案

6.2.1無線接收終端電源參數

?供電方式AC220V或DC220V

?整機功耗<8W

?無線接收終端安裝方式（安裝方式根據客戶需求及實際施工環境靈活定制）

6.2.2主設備安裝方式:捆綁式

根據現場無線傳感器實際分布情況及無線接收終端的有效接收范圍考慮，可將設備安裝在桿塔支架上。

6.3通信布線結構及方案

用戶提供現場開關柜及所在空間的平面圖，同時需要提供無線溫度接收終端、站端系統和開關柜所在空間之間的平面圖，方便施工人員制定方案。

無線測溫節點至無線接收終端之間的通信采用433M無線射頻通信；無線接收終端至后臺之間的通信采用RS485通信。無線接收終端至后臺通信采用GPRS通訊。

無線測溫系統框圖

后臺服務器可單獨布置，后臺通信可選擇的通信協議有以下幾種（具體通信協議可根據客戶需求及工程環境確定）

RS485通信（默認為企標，支持Modbus-RTU/Modbus-TCP協議）

TCP/IP通信

IEC61850通信協議

6.4設備配置說明

6.4.1傳感器配置

6.4.2無線接收終端配置

6.4.3其他設備及物流配置

6.4.4設備匯總及報價

售后服務承諾

6.5安裝準備

用戶購買我公司的產品后，請在下列條件滿足的情況下，請提前一周通知我公司售后服務部門：

1.1.1基礎設施建設完工、線夾或者開關柜及戶外接點等測溫點固定就位、母排、進出線安裝完畢。

1.1.2需要后臺的用戶，必須提供現場的平面圖，包括線夾或者開關柜及戶外接點等測溫點布局、監控室與線夾或者開關柜及戶外接點等測溫點之間平面圖，我們會根據這些資料準備現場所需的安裝材料，譬如通訊電纜、光纜已經其他輔料。

1.1.3現場具備布線的條件，如RS485線光纜的走線槽、穿線孔等。

6.6施工服務

6.7施工計劃

施工前明確安裝進度時間，一般安裝時間為2至5個工作日，如有后臺調試則需與客戶協商施工進度及時間；如施工安裝由第三方負責，則我公司有義務負責培訓第三方工程服務人員。

6.8現場安全

我們的技術人員都經過專業培訓，具備豐富的現場作業經驗。盡管如此，還需請用戶為我們提供1-2名現場服務人員，以保證施工安全和調試順利。

6.9用戶培訓

我們在安裝調試完成后，會把整個系統交付給用戶，請及時給我們的服務進行驗收和評價，同時我們會安排專門的用戶培訓，指導用戶操作我們的后臺、進行簡單的配置和維護。