基于电力物联网的汇控柜微环境智能监控技术研究与应用

潘继军，田晓声，季珊珊，张晓勇

(1.国网上海市电力公司检修公司，上海 200063；2.浙江都美电力科技有限公司，浙江 杭州 311301)

汇控柜是变电站内重要的控制设备，汇控柜内接线和元器件的可靠工作，是一次设备可靠供电的基础。目前汇控柜除湿大多数局限于安装在柜内的独立除湿设备或材料，对于大范围的分布式全覆盖的实时监测、自动控制、分析告警的模式相对较少，对于利用传感与通信技术智能化监控汇控柜微环境总体情况还存在一定空白。

泛在电力物联网就是围绕电力系统各环节，充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术，实现电力系统各环节万物互联、人机交互，具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。本文重点探讨基于电力物联网的汇控柜微智能环境监控技术。

1 汇控柜微环境智能监控技术

1.1 智能监控技术概述

汇控柜微环境智能监控技术可以实时监测柜内环境温、湿度和电气接点的温度变化，监控中心可以根据不同的需求设置多种报警方式，实现提前预警和故障定位，真正对汇控柜实现了智能化、信息化管理。汇控柜面板上安装有液晶显示装置，方便巡检人员查看，监控中心可以把所有的监测数据保存并统计分析，为状态检修提供大量的参考数据，符合国家电网公司提出的建设智能电网的要求。

1.2 智能监控技术主要功能

(1)实现对汇控柜内微环境的在线监测和实时调控。

(2)实现采集数据和控制指令的有线和无线传输。

(3)实现智能监控系统监测数据和运行状态实时本地展示。

(4)实现智能监控系统运行画面实时远程展示。

1.3 智能除湿技术

智能除湿技术用半导体除湿方案，可以实现汇控柜内微环境改造，核心功能是对汇控柜内进行除湿，防止由于湿度过大，产生凝露，影响正常运行。

根据内置的温湿度传感器监测的数据，控制柜内湿度，进行除湿处理，将柜内空气中的水汽冷凝成水，排到柜外。同时，对汇控柜进行封堵处理，在柜内底部涂覆密封胶，防止电缆沟内水汽进入柜内；在汇控柜门上安装密封胶条，防止空气内水汽进入柜内；对汇控柜原有透气孔进行封堵，防止内外空气进行对流。

1.4 智能通信方式

1.4.1 RS-485总线通信

RS-485是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。RS-485使得连接本地网络以及多支路通信链路的配置成为可能。

在汇控柜微环境智能监控技术中，RS-485总线通信采用MODBUS-RTU通信协议，用于实现对汇控柜内微环境的在线监测和实时调控，实现智能监控系统监测数据和运行状态实时本地展示。

1.4.2 RJ-45以太网通信

以太网(Ethernet)是应用最广泛的局域网通信方式，同时也是一种协议。以太网协议定义了一系列软件和硬件标准，从而将不同的计算机设备连接在一起。以太网设备组网的基本元素有交换机、路由器、集线器、光纤和普通网线以及以太网协议和通信规则。以太网中网络数据连接的端口就是以太网接口。

在汇控柜微环境智能监控技术中，以太网通信采用TCP/IP通信协议，用于实现采集数据和控制指令的有线传输，实现智能监控系统运行画面实时远程展示。

1.4.3 WIFI通信

WIFI在中文里又称作“行动热点”，是WIFI联盟制造商的商标做为产品的品牌认证，是一个创建于IEEE802.11标准的无线局域网技术。

在汇控柜微环境智能监控技术中，WIFI模块功能是将串口或TTL电平转为符合WIFI无线网络通信标准的嵌入式模块，符合IEEE802.11协议栈网络标准，内置TCP/IP协议栈，能够实现用户串口、以太网、无线网(WIFI)这3个接口之间的任意透明转换，用于实现采集数据和控制指令的无线传输。

因此，本装置的智能通信方式如图1所示。

图1 汇控柜微环境智能通信方式

2 汇控柜微环境智能处理技术

2.1 智能除湿装置

智能除湿装置一般由电源系统、送风系统、半导体制冷器、温湿度检测控制回路、加热回路、报警回路、无线模块及排水管路等组成。

当潮湿空气经风扇吸入后，通过特殊设计的风道流动，先经半导体制冷器降温结露，制冷器的结露在重力作用下滴入引水槽，再由导水管流出柜外。在设定启动值内经过充分循环除湿，使柜内空气湿度降至结露点以下，完成整个防潮引凝加热过程。同时，智能型除湿装置信号采集传感器外置，能实时准确地采集到柜内的真实湿度，保证智能型除湿装置在柜内将要达到凝露条件时提前启动除湿。

送风电机开路堵转、半导体制冷器开路短路、外部温湿度传感器断线时，报警继电器闭合，且数码管提示“ERR”或者报警指示灯亮，可以通过通讯查询状态寄存器判断故障类型。

当具有RS-485通信功能的除湿装置收到上位机的数据时，分析数据后马上回复数据给上位机，上位机可以同归相应指令远程操纵智能除湿装置，实现“遥信”、“遥测”、“遥控”功能。

2.2 凝露的概念

凝露是指当物体表面温度低于周围空气的露点温度(凝露温度)时，水蒸汽在物体表面冷凝的现象，而空气的露点温度与环境温度和相对湿度有关。因此，物体是否发生凝露，取决于环境温度、物体本身温度、相对湿度以及露点温度。

露点温度与环境温度、相对湿度的关系如表1和图2所示。

表1 露点温度与环境温度、相对湿度对照表 ℃

图2 露点温度(CT)与环境温度(ET)、相对湿度(RH)

(1)相同环境温度下，相对湿度越大露点温度越高，露点温度与相对湿度成正比关系。

(2)相同相对湿度下，环境温度越大露点温度越高，露点温度与环境温度成正比关系。

2.3 智能处理方式

智能除湿装置通过温度传感器和湿度传感器监测汇控柜内的环境温度和环境湿度，并使用自带程序自动处理监测到的数值。根据自动处理结果，调整汇控柜内的温度和湿度，使室内环境温度和相对湿度不处于露点产生曲线上，达到防凝露的效果。

3 智能监控系统平台

在变电站辅控系统中实时跟踪除湿器工作与温湿度变化情况，实现对汇控柜内微环境的在线监测和实时调控。

3.1 数据监控

(1)遥信功能：测量除湿装置运行状态；

(2)遥测功能：测量汇控柜内温度和湿度数值；

(3)遥控功能：远程控制除湿装置启停；

3.2 视频监控

通过网络摄像头实现智能监控系统运行画面实时远程展示。

4 结语

本文探讨了基于泛在电力物联网的汇控柜微环境监控技术，应用半导体除湿技术和通信技术，通过数据采集提取汇控柜内外温湿度，通过算法研判柜内外温湿度关系，实现除湿器启停控制，同时在变电站辅控系统中实时跟踪除湿器工作与温湿度变化情况。汇控柜微环境感知与监控技术在变电站汇控柜内均可应用，可以有效地提高汇控柜环境调控的智能化程度，减轻人员工作量，可提高柜内线缆、元器件工作环境的安全可靠性，以及绝缘水平，对保障安全供电、提高运行可靠性具有重要的现实意义。