陈 丹，傅中君，柳益君，赵小荣，蒋红芬

(江苏理工学院 计算机工程学院，常州市云计算与智能信息处理重点实验室，江苏 常州 213001)

0 引 言

现代社会对电能的依赖性越来越高，对供电设备可靠性提出了更高要求[1-2]。配电站作为电网的末端，上连变电站，下连各种用电设备，不断改变着生产方式和生活方式，配电站的安全正常工作关系到千家万户的日常生活[3]。电站特殊的建筑要求作为配电自动化、配电网智能化的支撑节点，配电站、开关站的智能化建设至关重要。但是，由于配电站分布广、数量大，又面临诸如安防、消防、环境等问题，若缺乏监控手段，不能及时消除隐患将导致停电事故，社会影响重大。电力供应中断感知等监控方法受到关注[4-5]。对配电站内各类电气设备进行实时监控，做出早期预警，不仅可以减少运行与维护成本，而且能够有效提高电气设备的运行可靠性。配电公司需要从目前的管理控制系统向全自动转变[6]。

本文结合“云、物、移、大、智”等技术，研发了配电站智能综合监控系统，增加了局放监测、电缆分布式光纤测温、桩头无线测温、视频监控等新功能，并按照新的技术标准建成投运了一批配电站，系统平台更加稳定强大，用户使用体验也更加良好。

1 系统子站设计

物联网M2M实现了机器(Machine)、人(Man)及移动(Mobile)网络之间的信息全面共享与互通[7]。目前被业界广泛认可的物联网框架体系为4层架构，包括感知层、传输层、处理层和应用层用于配电站、开关站的系统子站，采用模块化设计理念，由监控主机、传感器、控制器、动力设备以及网络通信和交换设备等，通过485总线、无线网和以太网构成物联网监控系统。子站主要设备物联网架构图如图1所示。系统子站主要功能框图如图2所示。

图1 子站主要设备物联网架构图

图2 系统子站主要功能框图

门禁系统由电控锁+磁力锁的两把锁构成，其中电控锁开锁寿命>50 000次。采用经授权CPU卡刷卡开门，远程遥控开门。该模式对机械钥匙遗失、施工队配钥匙等情况可以有效防控；另外，CPU卡不可复制，卡片权限可分区和设置有效工作时间段，遗失或者过期，也能有效管控。在基本功能基础上，可以增加了红外对射探测、触发摄像机抓拍功能，不管人员是从大门正常进入还是非法闯入，都会被抓拍，照片都会与门禁记录、报警记录等一同保存备查。

动力环境监控子系统运用先进的传感技术、通信技术和计算机技术，贴合现实地区实际情况，保证系统的实用性、可靠性、技术先进性等方面具备一定前瞻性。动力环境监控子系统主要由采集网关、双鉴防盗变送器、SF6传感器、烟雾探测器、温湿度传感器、水浸探测器，其中采集网关预留SF6监控主机数据接入接口。其中：

(1)双鉴防盗变送器采用红外+微波的双鉴原理，探测距离可达8～10m，增加系统的可靠性。根据多普勒原理，双鉴传感器发出无线电波，当无线电波在传输过程中感知到人或物体会被反射，反射波的频率会随所感知的人或物体移动状态变化而变化，从而被传感器感知[8]。

(2)SF6传感器分两种：B-35型SF6气体、氧气体变送器，内含SF6气体传感器和氧气体传感器，检测环境中SF6气体和氧气含量，采集数据，直接传送至系统主机进行显示、分析、处理；SB-65型SF6气体、氧气体变送器，该型号变送器基于高精度激光红外检测技术，采用单光束双波长、模拟信号输出、零点和满程跳线校准、扩散式测量方式，具有测量精度高、抗干扰性强等特点，检测范围可达(0～1)×10-3。当设备线路老化或设备电路故障，燃烧产生的烟雾弥漫聚集到天花板，烟雾探测器会及时报警通知运维人员，可降低损失。

(3)温湿度传感器分为内温和外温两种形式，根据温湿度检测情况，可联动风机、空调等动力设备。屋顶水浸监测，可定制水浸探测灵敏度，由感应线S型黏附在内屋顶表面，检测站所渗漏水情况。

(4)水浸探测器可分为3级，用于告警和启停水泵抽水等。

视频监控主要设备为枪机摄像头和高清红外球形机，一般都采用网络高清制式，支持红外夜视模式。视频监控系统采用IP网络摄像机及网络硬盘录像机(NVR)组网的方式，固定枪机安装于出入口，重点监控人员出入情况，枪机、球机安装于室内主要设备附近，用于监控人员的作业情况以及设备运行情况。由于单个球机或枪机镜头范围有限，无法看清被监测区域的全貌，故可采用有多个镜头组成的全景摄像机，提供三维立体高清实时画面(亦可8分画面展示)，并支持3D操作。用户可通过鼠标操作快速选择任意监控角度，并且可以控制监控角度的旋转、放大和缩小，以实现无死角监控，一般吊装于被监测区域的中央。

动力设备包括不锈钢低噪音轴流风机、除湿机和空调。这些都是配电房的标配，它们可与监测到温湿度联动，也可以远程和就地控制。其中，空调不仅可以进行启停控制，还可以进行模式切换等操作。还有基于半导体制冷原理研发的应用于开关柜、端子箱等柜内除湿的电子式除湿器。

局放监测主要应用于站内的变压器柜、开关柜和配电电缆等，监测原理是检测高频脉冲电流，核心原件是钳式高频CT，套接与进柜的配电电缆外表面地线上，感应主设备放电电流。另一个核心部件是采集器，将放电检测信号做AD转换，在通过总线方式，将每个检测点的信息汇入辅助系统。局放采集系统组成原理图如图3所示。开关柜内母排搭接桩头、电缆搭接桩头都是易发热部位，可采用无源无线测温技术进行监测，包括测温传感器和监测主机。柜内内置电池的无线测温传感器，主机通过无线技术采集各无线测 温传感器温度，汇总后通过以太网上传平台。配电电缆的接头处也经常需要重点关注的故障点，采用基于拉曼原理[9-10]的分布式光纤测温原理，对配电电缆进行全程测温，核心部件包括测温主机和感温电缆。测温主机布置于监控屏柜，内置核心检测算法和软件，感温光纤附着于电缆表面。

图3 局放采集系统组成原理图

2 系统主站设计

配电站智能监控系统横向通过与站内一、二次设备和辅助设施的信息集成，实现对开关站、配电室设备及运行环境的全面监控；纵向实现上级应用系统对辅助设备的远程监视、控制及管理。配电站智能监控系统网络连接图如图4所示，整套系统由主站系统、通讯系统、子站系统等组成。

图4 配电站智能监控系统网络连接图

本系统采用2级组网，所有数据都先汇聚到地区级主站，再按权限分发到各集控、巡检中心，保证了地区级主站的绝对控制权，再由权限分配的方式由各集控、巡检中心获取相关站点数据。

智能综合监控主站采用数字化、网络化、智能化的建设方案，以视频监控、环境监控为主，多个业务系统互联，结合智能分析功能[11-13]，建设智能化居住区开关站、配电站智能综合监控系统，满足电力运检人员工作需要。系统能提供标准软件接口，即支持二次开发，兼容性强。系统主站有以下主要功能。

(1)信息采集功能。包括：现场各类传感器(门禁控制、防盗报警、火灾报警、水浸报警、温度湿度监测、照明等)、视频探头的监测参数、图像和动力设备运行状况，收集事件记录和告警信息等。

(2)控制功能。包括：对门禁、风机、空调、除湿机、水泵、照明等动力设备的远程控制，远程防盗报警的布防撤防操作功能，摄像机的云台控制和预置位调用功能等。

(3)联动功能。包括：① 联动设备。配置门禁控制，风机的启停，空调的启停，除湿器的启停，水泵的启停；② 联动条件。配置启用站内重要设备告警信息、越限信息等、开关刀闸等设备变位信息；③ 联动配置管理。联动优先级处理、联动过程及结果的展示与记录。

(4)告警处理功能。包括：告警信息分级处理及展示功能，告警级别设定，告警的人工抑制功能，告警记录保存管理，如报警信息不得丢失和误报、告警信息应有时标、精确到秒级等。

(5)实时展示功能。包括：支持配电站各类型数据、图像视频信息、告警记录、事件记录，以多种形式进行展示。① 支持以平面、接线图、列表等多种画面展示设备运行状态、告警信息、模拟量数据等；② 支持在画面上直接控制可控的辅助设备；③ 支持以曲线、棒图、饼图等方式展示模拟量数据；④ 支持告警联动、操作联动的展示；⑤ 以多画面的方式展示实时视频；⑥ 支持对实时视频的本地录像和抓图功能；⑦ 支持视频轮巡显示功能。

(6)对时功能。包括：主站系统应对各子站进行统一受时和对时，确保全网时间统一。主站对子站采用NTP或SNTP方式接受时间同步设备对时信息；子站监控主机可对各辅助设备统一对时；时间同步准确应优于1 s。

(7)数据存储功能。包括：各类型数据、图像视频信息、告警记录、事件记录，以多种形式进行后台存储，便于调用。包括：① 存储系统配置参数信息；② 存储用户及权限信息；③ 存储辅助设备模型信息；④ 存储告警及操作联动配置信息；⑤ 存储采集的模拟量数据，存储周期可调；⑥ 存储辅助设备运行工况及告警信息；⑦ 存储告警及操作联动产生的事件、抓图、视频等信息。

(8)电子地图。功能：电子地图数据是地图导航系统的基础数据库，电子地图数据规模庞大，集成度较高，集成了城市及道路的各种信息，包括道路交通信息、道路设施信息等信息[14]。电子地图兴趣点直观有效地反映了各类城市要素的集聚状况[15]。电子地图主要是将接入系统的子站在电子地图上进行布点和关联，便于站所地理信息的查询和展示。包括：① 主站系统与全市电子地图结合，在电子地图上显示现实所有接入系统(站所)地理位置，所在站所有告警触发时地图闪烁提示；② 支持放大、缩小地图图片，支持重新加载最新的地图；③ 双击地图上的配电站、开关站，进入该子站监控界面；④ 加载地图：从目录树上选择一个居住区，从本地加载已保存的居住区地图图片和设备；选择不同居住区，切换到不同地图；⑤ 从地图上新增或删除配电站、开关站。

(9)历史数据查询。功能：对站所各种类型数据、图像的历史数据进行查询或者回放。包括：以时间、设备等组合查询条件对历史记录数据进行综合查询及展示；支持曲线方式展示查询的采集的模拟量数据；支持以事件为线索检索和回放联动的视频录像，回放过程中支持播放、暂停、停止、快放、慢放、拖放、抓拍等控制功能。

(10)报表功能和平台管理管理功能。支持的报表类型包括日报、周报、月报、季报、年报以及自定义报表，支持对所定义报表的调用、显示及打印等功能。平台管理功能主要是用户权限配置管理、站所设备配置、告警配置、联动配置等。主要包括：用户及权限管理、辅助设备的接入管理、辅助设备配置参数管理、信息建模管理、告警配置管理、联动关系配置及展示管理、矢量图形绘制及管理。

3 系统主站实现

3.1 系统主站硬件配置

主站系统主要由综合服务器、视频服务器、数据通信网关机、存储单元、网络交换机、监控工作站、监控大屏，以及必要的安全防护设备等组成。

(1)综合服务器。负责采集各子站监控主机汇集的辅助设备数据的采集、处理，实现辅助设备的运行监视、操作与控制、信息综合分析及告警。

(2)视频服务器。负责对各子站视频信息的采集、处理，实现对各视频设备的运行监视、操作与控制、信息综合分析及告警。

(3)数据通信网关机。实现向上级应用系统的数据传输，接收上级应用系统对辅助设备的操作控制及信息查询等功能。

(4)存储单元。实现配置参数、告警视频、辅助数据等各类数据存储功能。

(5)监控工作站。实现辅助监控系统站内运行监、操作控制，具备事件记录及告警显示查询、具备设备状态及参数查询、具备系统配置维护和管理功能。

(6)监控大屏。主要解决多路信号的集中、直观、准确、及时的控制显示，实现在同一平台上实时辅助信号和视频图像的混合显示，监控中心的重要组成部分。

3.2 系统主站软件

主站软件结构分为平台层、中间层和应用层。平台层主要以Windows/Unix操作系统、TCP/IP等网络通信协议通过软总线、通信中间件软件、数据库与中间层连接;中间层包括前置服务器、数据处理服务器、视频服务器等；应用层面向用户，实现配电站智能综合监控系统所有的应用功能。主站软件系统结构如图5所示。

3.3 系统主站实现平台

系统主站平台基于B/S架构的Web后台，简单来说，就是主站服务器及数据库汇聚到各子站的信息，用户通过Web网页，输入网址、账号和密码，登陆管理后台，进行站所监控操作。目前，云计算越来越普遍，且开源云计算平台巳经被广泛应用[16]。站所信息通过无线4G网送阿里云服务器，管理人员通过账号密码登录管理后台。

图5 主站软件系统结构图

另外，同步开发了手机端APP，包括苹果和安卓两个平台。APP支持站点位置查询，站点状态、设备及视频实时查看，站点环境实时显示，远程操作等功能。系统主站实现平台如图6所示，包括PC端Web网页平台和手机端APP平台。

通信方式目前主要分为电力内网、Internet(俗称外网或者公网)、外网转内网、租用运营商的专网方式。例如南京浦口配电智能监控系统采用外网方式租用运营商无线网络，信息安全方面需要有相关安全技术提供保障；江阴地区配电综合监控系统租用的专网是由移动提供的，信息安全有保证，投资小，组网便捷。

(a) PC端Web网页平台(b) 手机端APP平台

图6 系统主站实现平台图

4 结 语

随着电子信息技术和嵌入式应用的发展，对智能控制系统的要求越来越高，安全可靠、功能丰富、响应及时、使用方便、界面人性化等因素都被列入考虑范围。本文从智能综合监控系统子站和主站设计出发，设计并实现了一种配电站智能综合监控系统。该系统是一种用于配电站控制的智能设备，技术先进、系统实用、结构合理、产品主流、低成本、低维护量以及具备良好的可扩展性。配电站智能综合监控系统可以充分利用其综合功能和资源，提高电力系统配电站自动化程度，在电力安全管理和生产领域发挥了不可或缺的作用。