1.项目背景
电力设备安全运行一直是电力行业、各用电企业高度重视的问题，而设备过热是引起电力安全事故的其中一种重要因素，特别是电网一次设备中安装数量最多、集成度最高的开关柜，在长期运行过程中，因其动静触头接触部分、电缆搭接部分老化或接触电阻过大而发热导致的电力事故时有发生。开关柜由于其为铠装封闭运行，运行期间柜门禁止打开，所以目前常用的红外测温技术无法准确反映开关柜内部触头或电缆接头的实际温升，无法及时对异常温度进行监测和预警，严重影响电网的安全运行。因此，亟需采用一种有效的监测技术对开关柜触头、电缆接头等部位的温度进行实时监测。
基于上述，国网设备部提出针对开关柜开展触头测温传感器、低功率/微功率无线传感网、传感器取能、边缘计算等关键技术研究，并选取了福建某220kV变电站来进行该项目的试点，通过关键技术研究和试点应用验证，推动输变电设备运检模式向更智能、更高效、更安全转变。
2.项目概述
作为本项目的承担单位，珠海优特电力科技股份有限公司积极推进 “大云物移智链”等新技术深度融入到研发创新当中，并结合用户需求，提出了基于电力物联网的开关柜无源无线温度感知系统。本项目通过无源无线温度传感器对开关柜触头温度进行实时采集，实时采集数据经汇聚节点并进行阈值判断，如异常则调用平台层存储的带电检测、不良工况、停电试验等数据以及同厂同型设备信息，主动触发边缘计算功能，通过多维度计算与综合分析，并主动推送预警信息，并上传至应用层进行更精确的诊断和分析，为开关柜智能运检提供了技术支撑。
3.无源无线温度感知系统构成
无源无线温度感知系统包含感知层、网络层和平台层，系统总体架构如下。
图1 无源无线温度感知系统架构
（1）感知层
感知层由传感器与传感器网络系统组成，用于实现开关柜触头温度信息采集和汇聚，分为传感器层与数据汇聚层两部分。
传感器层：传感器层即无源无线温度传感器，实现开关柜触头温度的感知，传感器采用无源供电原理与微功耗设计，通过433M无线通信的方式传输数据。
数据汇聚层：数据汇聚层由汇聚节点即温度采集器、接入节点即通信管理单元组成，用于构成全覆盖的传感器网络，实现站内温度传感器数据的汇聚、边缘计算与上传。温度采集器是温度传感器的接入装置，具有传感器无线接入、边缘计算、数据中继传输等功能，温度采集器与温度传感器之间通过433M无线自组网方式通信；通信管理单元用于以标准通信协议ModBus/IEC104进行各级汇聚节点数据的汇聚和控制，并以标准通信协议IEC61850/IEC104接入网络层设备。
（2）网络层
网络层由接入控制器和接入网关等设备组成，用于实现感知层与平台层间广域范围内的数据传输。本项目采用了安全、可靠、快速的电力光纤专网作为数据传输通道接入运维辅助监控系统平台。
（3）平台层
平台层分为平台管理层与平台应用层。
本项目平台管理层为运维辅助监控系统平台。主要用于对物联网物理节点、通信链路进行管理、协调与监控，具备物联网边缘计算配置功能，并可实现网络节点设备边缘计算算法远程配置。
平台应用层由辅助监控应用系统、温度监测APP应用系统组成，基于平台层管理层数据共享、分析，实现对数据的高级应用。
4.系统主要设备
（1）无源无线温度传感器
图2 无源无线温度传感器
无源无线温度传感器采用电流感应能量收集技术，通过绑带固定方式固定在被测点位置，无需电池供电，安全可靠，免维护。传感器过载保护电流高，工作范围为3A~5000A。传感器体积业内最小，与硬币相当，能够直接安装在开关柜手车动触头上，采用接触式测温方式直接测量触头部位的温度，精度±1℃，并通过无线传输的方式将温度数据传输至温度采集器，无线通信距离最远达150米。
（2）温度采集器
图3温度采集器
温度采集器通过433M无线自组网与温度传感器通信，一台温度采集器可汇聚多个温度传感器数据。温度采集器是温度传感器的接入装置，具有传感器无线接入、边缘计算、数据中继传输等功能。具有液晶显示，能够就地查看开关柜触头实时温度数据以及24小时内的温度历史曲线。
（3）通信管理单元
通信管理单元用于以标准通信协议ModBus进行各级汇聚节点数据的汇聚和控制，并以标准通信协议IEC61850接入网络层设备。
图4 通信管理单元
5.主要功能
（1）感知层功能
数据采集：无源无线温度传感器对开关柜触头温度进行实时采集，实时采集数据经温度采集器汇聚，通过数字、曲线等方式进行显示。
阈值判断：可设定绝对温度值、温度横向差异(相间)、温度纵向差异（同相）等报警阈值，并根据实时温度数据进行阈值判断。
告警输出：当出现温度越限告警时发出声光报警信号,并通过开出接点输出告警信号。
边缘计算：当开关柜触头温度异常时，能够通过平台层获取当前开关柜电压、电流等运行数据以及同型设备运行数据，主动触发边缘计算功能，进行历史数据纵向对比、同型设备横向对比、开关柜电流、电压、温度等数据模型分析和综合分析，初步判断开关柜是否存在异常，主动推送预警信息，并上传至应用层。边缘计算支持就地配置和远程配置。
（2）平台层功能
远程配置：可实现对汇聚接点温度采集器的报警阈值、计算模型等边缘计算远程配置功能。
数据展示：采用图表、三维模型等更直观、更友好的界面进行数据展示。
诊断分析：结合实时数据、边缘计算预警信息以及平台层共享的开关柜带电检测、不良工况、停电试验等多源系统数据，应用设备缺陷自动分析模型对设备状态进行全面诊断分析，判断设备是否存在缺陷以及缺陷的种类和严重程度。对于存在缺陷的设备，平台依据缺陷等级及设备重要程度结合设备缺陷处理策略，及时向运行人员推送预警信息。
智能决策：根据数据诊断分析结果，启动决策模型，对于一般的风险预警，可自动控制现场风机、空调等辅助设备进行反馈式调节，解除高温风险；对于劣化明显或运行风险较大的设备，建议设备停电检修，推送包括检修周期、检修等级及检修措施等内容的设备检修决策信息，指导设备的检修工作。
APP应用：在智能手机或平板电脑安装温度监测APP，可随时随地查看温度数据，接收预警与告警信息以及分析诊断结果，突破时间与空间的限制，提高工作效率。
6.现场应用
图5 温度传感器安装效果 图6 温度采集器安装效果
图7 高级应用软件-开关柜在线监测模型展示
图8 温度监测APP界面
7.总结
无源无线温度感知系统充分应用“大云物移智”等现代信息技术、通信技术，实现开关柜触头温度感知、边缘计算、数据网络传输及诊断分析与智能决策等功能。通过现场实际应用，传感器取能技术先进可靠，温度感知数据准确，无线通信安全、稳定，软件界面友好、直观，移动APP应用方便、高效，边缘计算与平台分析决策帮助运维人员及时、准确掌握开关柜运行状况，并提供决策信息。该系统极大地提高了运维人员的工作效率和工作效益，为开关柜智能运检提供了技术支撑。通过本项目的成功试点，有利于推动输变电设备运检模式向更智能、更高效、更安全转变。
