1. 在線監測系統技術簡介
泛在電力物聯網，就是圍繞電力系統各環節，充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術、先進通信技術，實現電力系統各環節萬物互聯、人機交互，具有狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統，包含感知層、網絡層、平臺層、應用層四層結構。所謂電網狀態全面感知就是利用各種監測傳感器將電網的實時狀態檢測到并通過各種通訊網絡傳給國網的大平臺上，從而實現電力物聯。狀態感知層中最重要的就是電力設備絕緣狀態監測和電力設備溫升監測。我公司研發生產的高壓設備局部放電在線監測系統和無源無線測溫系統成為了泛在物聯網的重要組成部分，下面分別對這兩個系統做一下詳細的介紹：
A.局放在線監測
脈沖電流法是當前普遍認可且廣泛使用的一種局部放電量測試方法，其結果是以pC為單位的視在放電量，屬于定量性質的測量，能客觀反映電氣設備的絕緣狀態。每一次局部放電現象都伴隨著正負電荷的中和，表現為一個具有極陡上升沿的電流脈沖，脈沖電流法即通過測量該脈沖電流的大小來計算局部放電量的大小。此技術在實驗室內應用很廣，但是實際運行設備現場由于存在各種形式的電磁干擾，使得此技術在高壓開關柜在線監測領域應用很少。
我公司經過長期研究開發出基于三相同步脈沖電流法的開關柜局部放電在線監測系統，此系統通過硬件電路很巧妙的實現了電網中各種高頻干擾的濾除，同時在局放監測終端也采用了FFT算法進一步濾除高頻干擾，使得整套系統成熟穩定的監測高壓開關柜的絕緣狀態。
B. 無源無線測溫
溫度是一個基本的物理量，自然界中的一切過程都與溫度有關，許多設備的故障是由異常溫升而造成。在用電緊張、負荷增長迅速的情況下，10kV~35kV開關柜往往由于制造或使用上的原因，造成觸頭的溫度異常上升；在配網領域，由于現場施工工人或則施工環境的影響，導致開關柜的電纜接頭出現異常溫升，如果不及時發現，不及時維護，有時會造成嚴重的設備事故。由這種原因造成的惡性事故在國內經常見諸于報刊。
比如高壓斷路器中正常的導電回路，在正常運行時，長期通過工作電流產生的能量轉變為熱能，使電器材料溫度升高不會超出規定范圍，但導電回路不正常時，會使電器材料溫度升高超出規定范圍，而使電器材料的機械強度、物理性能等下降，因此在國家標準中規定了不同電器材料允許長期工作溫度。在高壓斷路器的結構中，靜觸頭、動觸頭是一個基本元件，在靜觸頭和動觸頭接觸時，它們之間有一個接觸電阻，當電流流過觸頭時，接觸電阻的存在，要引起觸頭的發熱，如果接觸點的溫度超過規定值，則會加速動、靜觸頭接觸處氧化，氧化結果又導致接觸電阻上升，這樣又促使發熱、溫度增加，因此國家標準規定了接觸電阻數值，在這個范圍內，不會造成氧化。對額定電壓3kV及以上、頻率50Hz長期工作電器，如斷路器、隔離開關、封閉式組合電器、金屬封閉開關設備、負荷開關等產品，必須進行發熱試驗，以保證長期通過額定工作電流下，電器各部的溫度不超過標準允許的數值。高壓開關柜內母線聯結處的接觸電阻有一定要求，在出廠前用“回路電阻測試儀”離線測試，其原理是在母線聯結處通過100A直流電流，測出其兩端電壓，即可求得接觸電阻。開關柜出廠后，由于運輸、安裝、碰擊等致使接觸惡化，接觸電阻增加，特別如手車推入，在插接處接觸不良造成事故，造成供電中斷的事例發生。
目前對高壓柜的接點溫度監測手段僅局限于對接頭、本體溫度等部位進行人工巡檢，而對開關柜斷路器接點無較好監測手段；并且變電站設備類多量大，要求大量高素質維護人員進行設備管理。
針對在電網領域的泛在物聯網示范需求，杭州澤沃電子科技有限公司提出了基于局部放電和溫度在線監測系統方案。通過局放和溫度數據綜合分析，捕捉設備運行異常，及時發現設備事故的早期征兆并采取有效措施，預防嚴重事故的發生。采用該綜合在線監測系統可以達到如下的目的：
1.實現全天24小時不間斷在線監測，監測數據一越限即報警（聲光報警）；
2.逐步替代人工巡檢，節約企業成本；
3.征兆式報警，將事故消滅在萌芽階段，防止事態的升級、惡化；
4．對各節點局放、溫度數據進行存儲，以便隨時查看及后期分析等。
2. 監測對象
開關柜可以在開關柜主要部位安裝上無源無線測溫傳感器以達到溫度在線監測；由于局部放電監測技術借助于開關柜已有的帶電顯示用的電容套管傳感器，所以無需再另外增設傳感器就可以達到局部放電信號采集的目的。
3. 系統構成
開關柜綜合在線監測系統主要包括局部放電在線監測系統和無源無線在線測溫系統，二者相互配合，綜合監測開關柜的運行狀態，是電網監測領域的重要組成部分，為電力設備的安全可靠運行奠定了堅實的基礎。
3.1 系統拓撲圖
高壓開關柜綜合在線監測系統主要有三部分構成：局放傳感器、無線測溫傳感器、單通道局部放電分析主機（可接收測溫）、通訊管理機及后臺；
效果結構圖1如下所示：
圖1 系統拓撲圖
4. 在線監測系統單元介紹
4.1 局放在線監測單元
我公司局部放電在線監測系統基于三相同步脈沖電流技術，共用高壓開關柜帶電顯示裝置的絕緣子式電容傳感器進行在線局部放電監測，檢測方法和結果符合IEC60270-2000及GB/T 7354-2003標準。
該技術的優點如下：
（1） 高壓開關柜普遍配置了帶電顯示器，通過一個絕緣子式電容傳感器和LED燈串聯實現對三相母線帶電情況進行指示。該技術將該等效電容器作為脈沖電流法局部放電測試的耦合電容器，并通過集成了局放加強器的帶電顯示裝置外接測試系統實現對局部放電的在線監測。該技術使用開關柜原有的絕緣子等效電容器來進行監測，無須再增設電容傳感器，減少了安裝成本及布線。
（2） 局部放電信號通過高壓母線、同軸電纜傳輸，空間的無線干擾對局放監測絲毫沒有影響。
（3） 該技術采用標準的PD信號發生器進行在線校準，這一技術在國內還沒有，通過在線校準可以消除開關柜內部各種等效參數的影響，進而保證檢測的精度，符合國家標準和國際標準。
局放在線監測單元技術原理如下：
圖2 測量回路
當現場被監測高壓開關柜C1產生一次局部放電時，脈沖電流經過耦合電容C2在檢測阻抗Z兩端產生一個瞬時的電壓變化，即脈沖電壓U，脈沖電壓經傳輸、放大和顯示等處理，可以測量局部放電的基本參量。
局部放電在線監測單元傳感器是環網柜原有的耦合電容套管傳感器，通過同軸電纜將耦合到的局放信號傳輸到單通道局放分析主機上，耦合電容傳感器和單通道局放分析
主機如圖3所示。
圖 3 局放在線監測系統組成
一套在線監測系統可以監測1臺環網柜的局放和最多12點測溫，從而達到了很高的性價比。此主機同時也可以將收集到的局放和溫度信號通過433MHz無線發送到通訊終端上，組網非常方便。由于此技術是三相同步采集，所以可以根據上位機相圖軟件進行圖譜識別，很方便的判斷出局部放電發生在某一面柜子的某一相上。
系統連接圖如圖4所示
圖4 局放系統連接圖
現場安裝運行情況：
2018年青島上合峰會，100套局放在線監測系統安裝運行在青島的重要供電區域內，如主會場、領導人酒店及很多旅游景點，為青島上合峰會順利召開，提供了電力保障，具體效果如下：
圖5 青島現場安裝圖片
當時運行了100套局放在線監測系統，由于施工周期很短，工人在電纜頭施工時，會存在各種問題，如：絕緣層損壞，在冷縮時里面遺留鐵屑和汽包等，這樣在線路通過高壓時，就會有局部放電產生，當時發現了7例放電，我們的技術人員就建議青島供電局著重觀察這7臺環網箱的放電趨勢，這樣就大大縮減了供電局運維的范圍，不僅節省了運維成本，也非常準確，及時的發現了電網存在的絕緣問題。下面就其中一處案例來介紹一下：
圖6 與英國EA的手持設備圖譜對照
如上圖6所示，此在線監測系統檢測到的局部放電圖譜與英國EA手持設備檢測到的放電圖譜基本一致，但是幅值明顯高于英國EA的，所以此技術的檢測靈敏度還是相當高的，青島供電局對此技術做出了很高的評價。
4.2 無源無線測溫在線監測單元
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。
新一代無線溫度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。體積小巧，安裝方式靈活多樣，將開關柜溫升監測提升到一個新的高度。
無線溫度傳感器參數如下表所示：
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工作環境 |
-40～85℃, ≤95%RH |
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工作頻段 |
433MHz |
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發射功率 |
<10dbm |
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傳輸距離 |
≥150m |
視距，實際情況據現場條件而定 |
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測溫方式 |
接觸式 |
體積輕小，優先安裝動觸頭 |
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測溫范圍 |
-45～+125℃ |
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測量精度 |
±1℃ |
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測量間隔 |
5S |
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發送間隔 |
20～60S |
溫度越高發送間隔越短 |
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休眠功耗 |
<3.0uA |
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發射功耗 |
<15mA |
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供電方式 |
能量收集 |
啟動電流≥5A |
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使用壽命 |
10年 |
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可維護性 |
后期基本免維護 |
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外形尺寸 |
27.28×22×9.8mm |
傳感器主體尺寸 |
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安裝方式 |
固定式 |
可安裝環網柜電纜接頭以及母排、電纜進出線 |
圖 7 無線溫度傳感器 BD 27.28×22×9.8mm
現場安裝運行情況：
圖9 測溫傳感器現場安裝圖片
如上圖所示，我公司生產的測溫傳感器也廣泛的應用于配網領域，也為電力用戶監測到了很多由于施工和設備絕緣老化導致的溫升狀況，為用戶避免了很多事故。
4.3 單通道綜合在線監測主機
圖10 單通道綜合在線監測主機圖片
具體參數如下表所示：
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局放數據處理部分 |
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原理 |
三相同步脈沖電流法 |
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通道數量 |
單通道 |
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通訊方式 |
RS485/光纖 |
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接口 |
USB-B |
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工作電壓 |
AC 220V 50Hz |
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功耗 |
5W |
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工作溫度 |
-40~70℃ |
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額定測量范圍 |
0~1000pC |
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監測覆蓋范圍 |
電容傳感器前后5m，電纜1m |
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超限報警 |
門限可設 |
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防護等級 |
IP55 |
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海拔高度 |
≤4000m |
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耦合電容 |
3PF~150PF 取決于設計 |
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額定電壓 |
5kV~36kV 取決于設計 |
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溫度接收部分 |
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RF工作頻段 |
433MHz |
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RF接收靈敏度 |
-110dbm |
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RF傳輸距離 |
＜500m（空曠） |
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傳感器采集點數 |
72（8組） |
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安裝方式 |
導軌式、壁掛式 |
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外形尺寸（長*寬*深） |
200*120*60mm |
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后臺部分 |
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配置機型 |
根據用戶需求選擇知名品牌工控機（系統為WIN7及以上版本） |
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供電方式 |
AC220V或DC220V |
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硬件配置 |
內存≥8G、硬盤1T以上、酷睿I7以上CPU |
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顯示要求 |
實時數據、歷史曲線、二級超限報警設置、一次圖、工程分組、瀏覽權限設置、數據導出 |
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報警功能 |
具有告警短信通知功能 |
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通訊功能 |
串口、以太網口、modbus協議、IEC61850協議 |
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可訪問性 |
可通過瀏覽器訪問 |
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數據容量 |
可接入不少于60000只無線測溫傳感器，并記錄數據 |
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軟件系統 |
SPV2.0系統，BS結構 |
5. 安裝服務
5.1 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：
5.1.1基礎設施建設完工、線夾或者開關柜及戶外接點等部位固定就位、母排、進出線安裝完畢。
5.1.2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。
5.1.3現場具備布線的條件，如RS485線光纜的走線槽、穿線孔等。
5.2 施工服務
5.2.1 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。
5.2.2 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。
5.2.3 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.
