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摘要：本文通过对智能电网、智能变电站及物联网的介绍，指出物联网技术在智能变电站中应用的重要性。文中详细介绍了无线测温装置，描述了无线测温系统从搭建到应用的全过程，最后对无线测温系统及其相关技术在智能变电站中的应用前景进行了展望。
关键词：物联网技术；智能变电站；无线温度传感器
Abstract: In this paper, the application of the Internet of Things technology in Smart Substation is pointed out by the introduction of the smart grid, intelligent substation and the IoT. The wireless temperature measuring device is introduced in the paper, and the whole process of the wireless temperature measurement system is described. Finally, the application prospect of wireless temperature measurement system and its related technology in Smart Substation is discussed.
Keywords: Internet of Things, Smart Substation, The wireless temperature sensor
0 引言
智能电网建设是我国在能源领域的重要战略部署，最有可能实现原创性突破、占据世界制高点的领域。智能电网建设将逐步推动我国电力基础生产模式的改变，定位于利用先进的通信、信息和控制技术，构建以信息化、自动化、互动化为特征的国际领先、自主创新、中国特色的智能电网，是电力行业的发展方向。
变电站是电网的重要组成部分，它采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能的变电站。
变电站设备的运行温度是设备运行状态的重要外在表征，变电站电缆接头、闸刀触点、开关触点、铜排连接点、电抗器、消弧线圈、电容器等处可能会因为过载、紧固松动、散热不良等原因而导致发热，通过物联网技术实时测量这些易发热处的温度，实现温度、温升和相间温差的高可靠实时在线监测。
1 国内外研究现状
物联网主要由各种类型传感器、数据传送承载网络、后端综合处理平台等几部分组成，早期国内外对传感器的应用主要以单体或小范围的形式使用。随着网络技术的不断发展，传感器应用逐渐将网络技术融入，以无线网络的形式体现。
2008年，IBM公司向美国奥巴马政府提出智慧地球的战略，引发了传感网的爆发性发展，2009年，温家宝总理视察无锡环太湖产业，提出要大力发展物联网产业，并将无锡定为中国的物联网研究中心，之后成立了物联网研究院，中国的物联网产业开始兴起。
无线温度传感系统在国际市场上，同类产品主要应用于通信机房监控、市政环境监控等，但由于接口标准和管理平台软件标准等原因，需要按需开发，并且要和综合管理系统整合，因此难以将其引入国内应用。在国内，随着物联网的技术发展，已经开始有越来越的厂家开展了研究。依托我国电子制造产业和软件开发产业的优势，开发适应电力系统应用的产品。
2 系统介绍
该系统中使用了一种具有先进的一体化、微型化封装技术和等电位安装技术的产品——无线温度传感器。此产品可以直接安装在电缆接头、闸刀触点、开关触点、铜排连接点、电抗器、消弧线圈、电容器外壳等处。我公司开发的系统拥有独立自主知识产权的空中接口协议，该接口协议支持极低功耗超大占空比的无线传感器网络，并具有极大的扩展空间，充分满足了本无线平台系列化产品的应用。
温度在线监测系统组成原理如下图所示，它由后台系统平台（控制主机）、数据传输基站（无线接收盒）和无线温度传感器组成。
后台系统平台：后台系统管理平台由一台基于Windows OS的控制主机及组态化监控软件组成，控制主机是一个具有完善软件功能的管理平台，它集成了各种通讯协议，图形化人机交互界面和完备稳定的数据库。该管理平台可以完成一个110kV~500kV级变电站全部电缆、母排接头、重要设备的温度管理，也可以嵌入其他管理与控制功能，实现在单一平台上运行多个管理任务，有效的实现多信息融合和集成，降低用户的总拥有成本。
数据传输基站：数据传输基站由MCU、RS-485接口、2.45GHz数字RF收发器、宽输入DC/DC直流稳压电源、IP68 ASA外壳、高增益定向天线和全向天线等组成。数据传输基站通常采用RS-485总线与主机进行通讯。
无线温度传感器：无线温度传感器由微功耗MCU、数字温度传感器、2.45GHz数字RF收发器、高温锂亚电池、IP68不锈钢外壳和天线等组成。关键元器件全部采用经过验证的高可靠世界名牌产品，高温锂亚电池采用世界唯一经过百万颗可靠性验证的以色列产品。
3 工作原理
将无线温度传感器安装在变电站刀闸开关等易超温触点，将无线温度传感器底座与测点贴紧，通过金属热传递热量。无线温度传感器定时测量一次该监测点的运行温度，环境温度传感器也会自动测量环境温度，这些温度数据通过2.45GHz无线信道传输到基站，基站会保存、记录这些数据；当温度达到预设告警温度时，测量时间间隔会缩短，以保证温度越界时能够及时的发出报警信息，将危险控制在发生初期。
基站是通信管理单元中的桥梁，它接收前端温度采集器发射过来的实时温度值，然后在第一时间将当前传感器的ID号、温度值等信息通过RS485直接上传到控制主机。一个基站理论上可以接收512个温度传感器信息，每个基站可以串联起来接入控制主机，也可以独立连接到控制主机。
控制主机的前端处理器负责接收各个基站发送过来的数据，并把温度传感器的ID号、温度值等传送给后台系统保存，以便后台进行综合分析比较并及时发现温度是否异常，同时，控制主机也为各个基站提供电源。
主机会定时通过RS-485总线轮询各基站，各基站将收到的温度数据传输到主机，主机将总线温度数据进行处理并保存。
主机通过比较设备与环境的相对温升、室内与室外大气的相对温升，分析可能的过热情况，提前发出预警信号，提醒管理人员进行处理。主机与集控站可以通过以太网方式进行通讯，或采用自定义温度模型按IEC 61850标准与主机通讯，也可以通过继电器给公用测控屏提供多个报警信号。
如图2所示，左边是为利用所测量温度形成的温度云图，右边为系统界面图：
4 应用前景
随着智能变电站的进一步发展，变电设备智能化程度越来越高，物联网等先进技术的应用将更加深入和广泛。
系统在原有基础上引入先进的实时数据库技术，利用实时数据库高性能、高可用性、易用性、可靠性等特点，以及实时数据库丰富的外围产品（组态工具、报警工具、报表工具、分析计算工具等），大幅度提高现有无线温度监测系统的功能和性能，提高系统的实时性、可靠性、可操作性、灵活性，为运行人员提供更好的决策支持。
今后还可在此应用的基础上逐步引入大数据技术、云技术技术、三维可视化技术等，并且将他们与一二次设备相结合，对智能变电站内信息进行实时采集、全方位监测、分布式存储、立体集成展示,最终实现变电站信息监测的智能化全覆盖。
5 结论
无线测温系统在智能变电站中的应用是物联网及相关技术在智能电网中应用的缩影，作为智能电网的重要支撑技术，必将推动电网智能化的长足发展。智能电网、变电站作为物联网技术的重要应用领域，已成为拉动相关产业的强大驱动力，大力发展物联网技术，将促进智能电网、物联网产业的发展，影响和推动相关技术在其他行业的应用进程，拉动国民经济，进而提高我国工业生产和人民的生活水平。
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作者简介
陈刚（1968年4月——）男，汉族，技师，电力系统变电站运行与维护。
论文作者:陈刚,邹浩,王兰玉,李慕峰,刘亚坤,杜璐,孔繁昕
论文发表刊物:《电力设备》2015年第10期供稿
论文发表时间:2016/4/22
标签：变电站论文; 温度论文; 基站论文; 智能论文; 电网论文; 技术论文; 主机论文; 《电力设备》2015年第10期供稿论文;