荀思超，沈雨生，肖红谊，魏林风，王 军

（国网江苏电力公司盐城供电公司，江苏 盐城 224005）

0 引 言

通信设备智能配电技术是信息时代智能变电站配电技术的重要组成部分。由于变电站运行的环境越来越复杂，变电站要处理的业务越来越多样化，因此需要构建合理的变电站通信配电技术，加强对变电站通信设备配电设施的监测和预警，以保证变电站运行和维护工作的稳定性、便捷性以及安全性。目前，电力系统内已出现多次因变电站二次设备室机房空调异常后室内温度升高，以及站内二次设备保持运行但通信设备启动自保护的现象，因此亟需开发针对变电站通信设备的智能配电和微环境监测系统。通过采集现场通信机柜的环境参数，可实现单个通信设备柜温湿度的自动采集和传输。此外，加强通信设备的智能供电监测系统有利于保证变电站通信设备的正常运行。

1 变电站通信设备及监测系统运行结构

如图1所示，变电站通信设备配电设施和环境监测系统由前端处理系统和后台处理系统两个部分组成。前端处理系统的主要任务是采集变电站内各类仪器的运行数据。安装在变电站通信设备机柜内的采集系统采集到的信息，经过初步的预判断和分析后上传到电网中心服务器。后台处理系统则主要负责收集和分析变电站内通信设备机柜配电装置和环境数据的变化并及时传输到控制中心。两个部分相互配合，保证信息的采集和处理，从而为后续管理提供准确的信息。

图1 变电站通信设备智能配电和监测系统运行图

2 变电站通信设备机柜智能配电及微环境监测方案

2.1 电源设计

电力单位和技术人员需要加强对变电站智能化综合方案实施和设计的重视。电力企业需要将智能化的电力设计方案和配电应用设施推广到变电站的实际建设过程中，加强对直流电综合配电技术的研究。直流电源的发展趋势是共享电源信息集成的重要基础。这个过程中，需分析和讨论适用于电源设计的信息数据，按照相应的电压标准设计元件电源。通过网络操控输电的强度，并监控整个系统的运行情况，简化系统配置，最大限度地降低供电设计成本，从而减少供电安全问题。

2.2 整合信息平台,智能化管理

电网建设的关键环节是智能综合变电设施。在实际方案设计中，要有效利用信息平台。提高变电站的总体配电工作水平和运行效率，需要通过搭建综合的网络信息平台来实现，而这种信息平台综合了变电站的通信设施和监测预警设施。通过该信息平台可以实时对变电站的通信设施发出指令，方便远程操控变电站内的配电机柜，还可以及时监测变电站内机柜运行数据的异常变化情况，及时发现问题并修正。但是，变电站在实际运行中产生了一系列安全和质量问题，导致工作人员在进行维护和检查时的耗时长、效率低。由于传统变电站具有结构复杂和设备多样的特点，因此要根据变电站配电设备的特点具体问题具体分析，构建相应的配电模型，加强变电站内各运行系统的信息管理与共享。

2.3 监控系统框架的拓扑结构

为保证配电站监控系统的可靠性，可以通过变电站内配电线路与通信线路相结合的模式，实现对变电站相应配件区域的集中监测和管理，还可以减少变电站现场布线的工作量。通信后台服务器、通信中间件服务器和通信传感器节点构成了监控系统框架的拓扑结构。其中，通信传感器节点的主要任务是定期测量及分析处理变电站内机柜的温度和湿度。运用ZigBee通信技术，可以在通信中间件服务器四周形成数据无线传输网络，将通信传感器节点采集到的温湿度数据及时传输到通信后台服务器。配电站运行和工作的维护人员可以通过后台服务器上面传输的数据及时掌握配电设施的运行情况，并通过分析电脑数据将数据分析结果上传给监控中心的管理人员，从而及时预报警处理温湿度超标的配点设施，方便及时派遣维修人员对配电机柜进行降温、除湿等工作，以达到及时监测数据、传输数据、分析控制数据以及处理配电问题的目的。

2.4 硬件设计

2.4.1 传感器节点设计

传感器节点的主要功能是采集温湿度信息、预判分析以及传输无线数据。如图2所示，网络无线温湿度传感器通过CC2530搭建，由电源设备、传感器设备、单片机设备以及无线通信设施组成。温湿度信息的感知由SHT20传感器实现，测量信号的数字化由CC2530模块的A/D实现[1]。此外，该传感器可以连接外部电源，便于在内部电池受损的情况下继续传输信息，方便传感器的信号传输与使用。

图2 设计原理与工作流程图

2.4.2 协调器节点设计

管理配电服务区内的传感器用于协调节点器的工作任务。协调器节点负责管理所属区域内的传感器节点，主要通过工作范围内的传感器节点传输配电设施的工作数据，特别是温度和湿度的变化数据，通过CAN线路传给监控控制系统，最终保证监控数据能够实时传输。该监控系统的设计基于CC2530，由无线传输设备、单片机设备、电源设备以及CAN通信设备组成协调器节点[2]，如图3所示。

图3 原件构成和工作流程图

3 变电站通信设备机柜智能配电及微环境监测系统构建

3.1 构建嵌入式软硬件平台

将编译插件通信框架、协议框架和媒体框架运用于嵌入式目标操作系统，通过向嵌入式目标传送编译好的目标程序和搭建建模框架实现插件的网络通信服务[3]。使用通用通信模块和传输数据模块进行建模，将对应的通信处理插件添加在建模工具中还需要配置协议模块和媒体模块，并在目标系统中载入设计好的插件模型文件。运行文件中生成的通信服务系统能达到使用简单数据模块建立通信通道的目的。这种嵌入式通信平台不是通过编写代码实现数据的交互传递，而是通过一种嵌入式建模系统来完成通信平台的建立。这种智能配电通信系统能够实现无线网络连接及变电站数据的上传和接收，支持WLAN、VPN以及以太网端口的数据传输。

3.2 通信数据的插件搭建

接口管理模块和插件管理模块相结合形成了通信数据的处理模块。插件管理模块的主要功能是能动态加载协议类插件，接口管理类模块的功能则是实现协议的交换回调和相关运行插件框架的搭建，使得拓展协议模块和应用层接口中的数据能够相通。根据预先调试好的配置，插件管理模块可以自动完成媒介插件的动态加载过程，然后媒介插件和其他相关协议插件可以通过接口管理模块进行关联，保证媒介插件和其他协议插件中的信息相互流通，最终搭建完整的通信数据插件。

3.3 搭建实时更新系统

搭建变电站通信设备机柜智能配电及微环境监测实时更新系统的关键步骤如下。首先，通过改变通信通道的模块，将通信服务建模工具运用于通信服务器处理插件。其次，由通信服务器处理接收来自通信服务建模工具传送的服务协议框架修改通知。再次，系统内的服务协议框架通过通信服务器传输的配置变化参数，同步更改建模的配置数据。最后，更改好的配置数据通过通信服务器上传到网络系统。

4 变电站通信设备柜智能配电及微环境监控系统的保障措施

4.1 安全技术措施

变电站通信设备智能配电技术的更新改革及新型变电站通信设备配电设施的使用，是提高电力系统安全性的重要保障[4]。因此，我国的变电站在近些年引进了智能化的通信设备配电系统，并大批量淘汰了老旧的配电设施，提升了我国的智能配电安全技术水平。

4.2 构建变电站智能通信配电及微环境监控一体化网络

4.2.1 构建二次检测监控系统

搭建与正常监控系统相区别的信息来源检测装置，发现、收集并上传正常监控系统中遗漏的问题和数据漏洞，以实现对变电站通信设备配电设施进行双重监测控制的目的。二次检测监控系统与正常监控系统的区别在于，它能够收集正常监控系统外的其他有效信息，并且在变电站正常监控系统断电的情况下正常工作运行，是对变电站经正常监控系统的一个补充，主要起查漏补缺和应急监控的作用。同时，它还能在线监控正常的监控系统，及时报告监控系统的漏洞，实现双向监控。二次监测监控系统的信号处理可以更好地检测目标和数据源，防止信息和数据的误传或丢失，提高数据传输的安全性，为变电站通信设备智能配电和环境监控一体化网络的构建奠定了良好的基础。

4.2.2 构建协同防护措施

采用自动化配电技术搭建变电站通信设备配电设施与智能变电站的协同防护机制，可减少变电站通信机柜配电设施的重复配置工作，实现截流功能，防止超负荷分闸和合闸[5]。

4.2.3 构建程序化系统

程序化控制系统也叫顺序化控制系统。通过变电站内的通信设备操作引导设施可以减少变电站工作人员的工作操作失误，提高操作精度和效率，便于同时完成多个操作程序，从而建立一套完整的操作系统。

4.2.4 构建自动化报警系统

使用该系统后，控制中心往往会收到一些分类混乱的数据或会遗漏部分数据的收集。自动化报警系统的任务是及时清理和合并后台传输的数据，减少信息传输过程中的故障问题。

5 结 论

变电站通信设备柜智能配电及变电站微环境监控系统的构建，有利于变电站通信设备的安全稳定的运行。变电站开关柜温湿度信息的在线监测可以通过温湿度信息帮助判断变电站设备的运行状态，从而提高整个变电站的安全性和可靠性。基于智能化通信设备配电及环境监测系统具有供电连续性好、数据反馈及时以及运行安全性和可靠性高等优点。无论是设计环节还是施工运行环节，都应提前做好规划工作，合理采用相应的技术和设备系统规模，更多地结合社会效益和发展效益。综上所述，将通信机柜智能配电及环境监测系统应用于各类变电站，可以保证变电站通信设备的安全稳定运行，进而提高电力系统的安全性和可靠性。