基于移动4G网络的智能电力开关站的实现

2015-09-20颜小军王宏玉

智能建筑与智慧城市 2015年1期

关键词：开关站报警传输

颜小军 ,王宏玉

（1.浙江融创信息产业有限公司；2.中国移动通信有限公司）

YAN Xiao-jun1，WANG Hong-yu2

（1.Zhejiang Rongchuang Information Industry Co.,Ltd.；2.China Mobile Communications Co.,Ltd.）

1 引言

随着城市化进程的不断深入，电力网络的覆盖范围在迅速扩大，开关站也在快速增加。由于开关站数量众多、地域分布广的特点，电力数据采集和监控系统暂还无法对这类机房统一管理，同时因为数量众多，也不可能做到专人值守；而开关站作为电力系统的下层分配单元，直接面对企业和家庭客户，重要性又不可忽视。

目前的开关站一般采用无人值守的管理模式，对它的管理主要存在以下方面的问题：大量开关站无法纳入电力监控管理系统，无法实时对设备和环境系统进行有效监管；管理人员无法客观掌握人工巡检的真实状况；无法对电力设备设施的盗窃事件进行有效监控和防范。

对于电力行业具有大量无人值守开关站的用户来说，远程、实时的综合监控是行业系统安全运作必备的前提条件，如何将远程的图像监视、环境监控、防盗、消防和报警联网系统有机地结合起来，做到既可以远程监视、遥控和图像传输，又具备环境的整体监控，并且具有联网移动终端报警网络的功能，以及更加有效地预防事故发生、打击犯罪、保障财产安全。确保系统运行稳定，将安全防范技术提高到一个新的水平，这已经成为当前监控行业发展的主要方向。针对电力小区配电间无人值守管理模式所存在的上述问题，本文将详细介绍浙江省某市（区）电力局设计的基于移动4G网络的智能电力开关站。

2 项目概况

浙江省某市（区）地处沿海，夏季用电负荷高，气候条件相对恶劣，容易出现特大暴雨，导致配电设施容易进水；天气炎热，开关站室内温度高，也容易加速绝缘老化；夏季空气湿度大，同时早晚气候变化大，容易出现凝露现象，增加放电概率，进一步加速绝缘老化；部分站内通风不畅，没有安装有效改善运行环境的装置，存在一定安全隐患；随着雾霾天气增加，开关站内容易积尘垢等。以上情况，非常容易大幅提高开关站故障概率。该市（区）电力局下辖开关站5000余个，对于如何有效地加强开关站综合监控管理，是电力局目前首要关注的问题。

3 系统设计

3.1 系统结构

智能电力开关站系统可对门禁管理、环境监测、动力监测、视频监控、入侵报警监测、报警管理、消防辅助系统等进行整合，负责对开关站内门禁、视音频、环境量、开关报警量、设备控制等信息进行采集、编码、存储及上传，并根据制定的规则进行自动化联动。系统拓扑结构如图1所示。

智能电力开关站系统对所辖开关站内的多厂家视频编码设备、入侵报警设备、动力环境主机设备、门禁主机、报警主机等设备进行统一管理，并对多数据处理、融合、展现、报警联动。

3.2 系统设备部署

3.2.1 设备部署示意图

数量大、分布范围广的开关站大多尚未纳入电力SCADA系统（数据采集与监视控制系统）中，这类站的管理现状主要存在以下问题：无法有效管理门的开启和关闭；无法实现集中控制；无法对设备进行有效监测；对人员巡查不能有效监管；无法对环境进行监测；无法防盗。针对上述问题，需要在开关站设置门禁、摄像头、温湿度传感器、水浸探测器、电压及电流传感器、红外对射等设备，如图2所示。

3.2.2 门禁管理

图1 系统拓扑图

图2 设备部署示意图

门禁管理系统主要由前端设备、中间传输网络与管理中心组成。前端设备由门禁读卡器、电控锁、开门按钮及门禁控制器等组成，主要负责采集与判断人员身份信息与通道进出权限，结合电锁控制对授权人员放行。传输网络主要负责数据传输，包括门边设备与门禁控制器之间，以及控制器与管理中心之间的数据通信。管理中心负责系统配置与信息管理，实时显示系统状态等，主要由管理服务器与管理平台组成。

3.2.3 视频监控

开关站部署1台130万像素的红外定焦摄像机和1台带2T硬盘的NVR，采用本地存储、远端调用的模式，能将摄像机的号码及位置、摄像日期和时间等信息进行叠加，以便在监视图像上显示必要信息，并可用汉字显示。所有字符的格式、内容等信息，均可由用户方便地自由修改。

3.2.4 环境监控

开关站部署水浸探测器、温湿度传感器、电压及电流传感器，可直接接入物联网一体机上传监控中心。系统可以对模拟量设置阈值，当模拟量数值超过阈值时产生告警；支持实时显示环境信息的告警，告警时将在环境信息数据上以特殊的颜色来标示；支持查看环境信息模拟量的实时趋势曲线，以及对历史环境信息模拟量进行检索并生成曲线。

3.2.5 入侵报警

入侵报警系统由用户端、传输网络和接警中心组成，其中用户端包括各类探测传感器、控制主机；传输网络采用移动4G；接警中心（运检部门）则由接警管理计算机以及相应软件等组成。前端用户报警发生后，管理平台按照视频复核系统的应用设置，会自动弹出视频，通过视频以及报警和视频系统的有机结合，来监控现场情况，这样巡检人员就可以迅速准确确定警情的真实性，并第一时间对所发生的警情进行处理，从而减少处警资源。

3.3 传输网络

由于开关站前期大多采用无人监管的方式，有线光纤也基本上未铺设到位，故一般只考虑两种传输网络方式，即有线光纤及无线传输，综合两者的性价比来决定采用哪种方式，本文中只讨论中国移动无线4G传输网络。

3.3.1 移动4G网络介绍

移动4G（TD-LTE）即 Time Division Long Term Evolution（分时长期演进），是由阿尔卡特-朗讯、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为技术、中兴通讯、中国移动等业者共同开发的第四代（4G-LTE）移动通信技术与标准。TDD即时分双工(Time Division Duplexing)，是移动通信技术使用的双工技术之一，与FDD相对应。TD-LTE与TD-SCDMA实际上没有关系，TD-LTE是TDD版本的LTE的技术，FDD-LTE的技术是FDD版本的LTE技术。TD-SCDMA是CDMA（码分多址）技术，TD-LTE是OFDM（正交频分复用）技术。两者从编解码、帧格式、空口、信令，到网络架构，都不一样。移动4G下行带宽最高100Mbps，上行带宽50Mbps。

3.3.2 移动4G网络结构

4G网络结构如图3所示。

图3 移动4G网络结构

4 系统测试

部署完成后，经过测试，系统支持在地图上直接对视频、报警、门禁等设备进行管理；支持增加、修改和删除电子地图的图层，并可进行切换，具有超级链接功能；支持对地图进行放大、缩小和漫游；支持报警事件联动，可以图标闪烁、弹视频窗口等。对电子地图的支持效果如图4所示。

系统能监控站内的SF6的气体浓度，当浓度超过指定的限制时，自动启动排风扇；浓度正常时，自动关闭排风机。进入开关站工作时，用监控中心提供的遥控器撤防后进入开关站，否则将被视为非法门禁闯入报警；能对所内的风扇、空调、除湿机等设备进行控制；对于大电流设备应采用大电流的交流接触器或者开关，并采用相配合截面的导线，防止发热。

5 结束语

移动4G网络技术已经非常成熟，覆盖范围也日趋扩大。据笔者所知，浙江移动4G网络率先实现省内各大地市、县城、乡镇以及主要交通干道的网络全覆盖，覆盖人口超过4000万。中国移动4G用户超过5000万户，浙江移动4G客户也已达220万户。期待移动4G网络能广泛应用于公安、环保、交通、金融、教育等各行业，为各行业的信息化建设进一步添砖加瓦。