智能变电站交换机红外测温技术研究综述

智能变电站交换机红外测温技术研究综述

刘芳峤1赵宇2沈妍1刘爱1

（1国网天津电力公司城西分公司天津市南开区300110；2国网天津东丽公司天津市东丽区300300）

摘要：过程层交换机是220kV、110kV智能变电站的重要设备，交换机的安全稳定运行间接影响到用户的可靠供电，通过对天津电网2017年110kv湘潭道变电站过程层A屏柜交换机运行情况进行总结分析，发现过程层柜由于长期密闭散热不好，在高温环境中运行不利于维持设备的使用寿命，而且智能变电站大多都为保护、通讯一体化设备，变电站内多为无人值守，运行中出现告警不能及时采取有效措施保证供电的可靠性。这些因素不仅易造成通讯中断影响设备正常运行，而且还需要高频人力巡视，增大运维人员的工作量。

本文通过查阅大量的资料，在充分了解实际需求的基础上，确定可行的技术路线和方法以110kV湘潭道智能变电站过程层交换机红外测温项目为背景，开发、建立了交换机红外在线监测系统。该系统的主要研究工作如下：

（1）根据过程层交换机的实际运行情况，确定红外探头的安装位置和监测距离。

（2）根据需要实现的目标设计程序监测流程。

（3）选择合适的数据库，设计数据存储结构，方便系统存储和查询数据。

（4）实现测温装置与数据库之间的连接并且经过长时间的运行确定其可靠性。

关键词：交换机；红外测温；在线监测系统

1概述

当今智能电网将成为国内外电网未来发展的大趋势，低碳、绿色、高效、互动、协调、安全、自愈、优质已然成为各个企业的基本目标。依托智能电网快速发展的契机，智能变电站目前有十分广阔的发展前景[1]。在智能变电站“三层两网”的结构中，过程层网络是区别于传统变电站的一个重要结构，如图1所示，它将过程层设备与站控层设备紧密相连。过程层设备通常由智能终端和合并单元组成，利用IEC-61850通讯规约通过光纤交换机实现数据传输，后台设备具备智能功能，通过光通讯来消除电信号的不可靠性[2]。

图1

根据智能变电站的结构特点，我们利用传感器实现电力系统现场状态监测和信息采集，获取电力网络运行隐患。传感器在电力系统应用历史悠久，早期的电磁式电压电流互感器、故障指示器和发电系统AVR等，保证了电力系统自动化的实现。当代传感器在电网中应用主要集中在变电站自动化、电力设备状态监测及光缆电缆线路故障监测和定位等方面[3]。目前现场设备的许多非电气量工况参数无法实时采集或记录，特别是变电设备绝缘监测的问题，平时需专人定时对变电设备进行检测，不能达到实时发现和分析潜在缺陷和隐患的需要。根据统计，在变电设备现场巡检所发现的缺陷中，剔除目前站内综合自动化所能反应的缺陷，与温度相关的设备隐患和缺陷占到了其中的80%以上。因此，对变电设备在线测温检测技术的应用是无人值班技术发展和状态检修的必然要求[4]。20世纪80年代以来，随着电子技术的发展和传感器技术、光纤技术、计算机技术、信息处理技术等各领域间的相互渗透，电力系统监控技术中也广泛使用这些先进的科研成果，电气设备在线监测技术也从此走向实用化阶段。与预防性试验相比，在线监测系统采用更高灵敏度的传感器采集运行设备的劣化信息[5]，信息的处理和识别依靠有丰富软件支持的计算机网络，引进一些新的能更真实反应设备运行状态的特征量，从而实现对设备运行状态的综合诊断，促进电力设备由定期试验向状态检修过渡[6]。

2国内外研究现状及动态分析

温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。目前测温的方式分为接触式测温和非接触设测温，而红外测温具有反应速度快，灵敏度高，测温范围广，可实现在线非接触连续测量等众多优点，能够保证电气设备在正常运行下就获取到相应的温度数据，在智能变电站故障检测中应用较为广泛[7]。

随着计算机网络技术的迅猛发展，Internet即国际计算机互联网成为全球最大的信息资源系统，计算机网络正以迅猛的速度进入社会的各个角落并已成为21世纪经济发展的重要推动力。因特网成为人们快速获取、发布和传递信息的重要渠道，在Internet上发布信息主要是通过网站来实现的，网页作为网站呈现给用户的界面是整个网站必不可少的一部分，而网页的导航菜单是整个网页布局中最重要的部分之一。导航菜单的种类很多，二级下拉菜单是其中的一种（通常网页中只显示一级菜单）。鼠标放在主菜单上出现相应的子菜单，可以在子菜单上点击进入相关的页面，当鼠标离开主菜单或子菜单时子菜单消失。制作二级下拉菜单的方法有很多种，CSS[8]是CascadingStyleSheets（层叠样式表）的简称，是一种标记语言，它不需要编译，可以直接由浏览器执行（属于浏览器解释型语言）。使用CSS可以简化HTML页面代码，将表现与内容分离，便于网站维护[9]。CSS是W3C定义和维护的标准，主要用于描述页面的显示方式，如字体的颜色、背景、如何排列、边缘、连线等。如果以后网站的显示风格要改变，则只需要修改CSS即可，页面的内容无须改动[10]。JavaScript是一种基于对象的脚本语言，它可以直接对用户输入做出响应，无须经过Web服务程序。它对用户的响应，是采用以事件驱动的方式进行的[11]。CSS与JavaScript都是可以直接在客户端浏览器解析并执行的脚本语言，通常认为CSS是静态的样式设定，而JavaScript则是动态的实现各种功能。通过CSS与JavaScript配合，可以制作出更多奇妙而实用的效果。

J2EE平台的成熟，为Web应用程序更进一步的发展提供了更广阔的空间。目前，大部分用过程语言比如ASP、PHP开发出来的Web应用，初始的开发模板就是混合层的数据编程，开发速度往往比较快，但由于数据页面的分离不是很直接，因而很难体现出业务模型的样子或者模型的重要性。产品设计弹性力度很小，很难满足用户的变化性需求，与这些传统的开发方法相比，J2EE是一种企业级的应用，有着严格的规范，更能够胜任迅速开发一个灵活而又功能强大的Web信息系统[12]。

在面向对象的编程中，软件编程人员更加注重以前的代码的重用性和可维护性。设计模式使人们可以更加简单方便的复用成功的设计和体系结构，为开发者提供了好的设计经验。设计模式的思想是将程序中可能变化的部分与不变的部分分离，尽量减少对象之间的耦合，当某些对象发生变化时，不会导致其他对象都发生变化。其中MVC模式是一种目前广泛流行的软件设计模式，随着J2EE的成熟，它正成为J2EE平台上推荐的一种设计模型，将业务处理与显示分离，将应用分为模型、视图以及控制层，增加了应用的可扩展性[13]。

文献[14]中提到，在数据存储方面，由于数据库的复杂性、多样性和成本等因素，往往很难作出选择。MySQL是世界上最大的开源数据库，具有低成本，高性能等特点，是可靠和可拓展的网络数据库。作为一个稳定可靠的数据管理系统，MySQL经常被定制来管理数据库，通过使用MySQL，将数据保存在不同的表格中。另外，通过表格，MySQL将相关信息关联起来。为了创建一个MySQL数据库，用户需要执行以下操作：

（1）显示当前数据库表单；

（2）创建一个尚不存在的数据库；

（3）选择所创建数据库；

（4）创建一个数据库表；

（5）显示数据表结构；

（6）在表中加入记录或通过文本将数据导入；

MySQL数据库可以实现多源化数据连接操作，包括网络连接、ODBC连接等，同时MySQL还提供优化查询系统，通过改系统查询操作可以提高查询效率和查询速度，从而提高用户对数据信息的处理过程[15]。

一般来说，网络应用服务在选择传输层协议时有两大选择，即TCP或UDP。TCP网络传输控制协议，提供的是面向连接、可靠的字节流服务。通信双方必须先建立TCP连接后，才能进行彼此的可靠通信。TCP连接为每一方的接收缓冲区设置滑动窗口，接收端只允许发送缓冲区能容纳的数据，在滑动窗口的基础上进行流量控制，以防止缓冲区溢出的现象发生。接收端在接收时进行TCP数据校验，如果接收的数据报校验有差错，将丢弃这个分片，接收端将不确认接收，致使超时重发来确保数据传输的准确性和可靠性[16]。

UDP协议即用户数据报协议，主要作用是将网络数据流量压缩成数据包的形式在网络中进行传输。数据包的前8个字节包含报头信息，剩余字节包含实际传输的数据。UDP协议是一个面向无连接的传输层协议，提供不可靠的数据传输服务。

曾占据网络中绝大部分流量的TCP目前仍然是网络流量的较大组成部分，但UDP流量伴随着新型网络服务的发展而迅猛增加。但从2000年开始，面向流级别的流量测量研究逐渐成为网络测量领域的一个热点问题。很多测量结果显示UDP正在逐渐成为新兴网络服务进行数据传输的主要选择，其重要性正在逐渐赶上或者超过TCP，而只使用TCP进行控制命令的传输。在发展迅速的P2P设计方面，UDP通信也占有相当的比例，也有专家指出目前主流P2P协议一般都可以使用TCP或者UDP进行数据传输[17]

结论：

智能变电站作为电力系统输变电线路上重要组成部件，其安全运行越来越重要，而由于智能变电站过程层交换机数量多、安装位置紧凑、散热慢等原因，造成屏柜内交换机温度过高，在高温情况下长时间运行会缩短设备的使用寿命，降低设备运行的安全性和可靠性，严重的情况下还会导致恶性事故，造成重大经济损失，现有的都是运维人员经常性的打开柜门散热，这种方法不仅散热效果差，并且需要运维人员时常注意，不仅浪费时间和劳动力，也增加了运维人员的工作负担，无法做到实时监测，增加了安全事故发生的可能性。

为改善上述情况，本论文旨在根据现有的交换机特点，结合红外测控技术和通讯网络的研究，研制一种智能变电站交换机温度调控装置，实现在线测温并实时监控，及时进行散热处理，提高变电站运行的安全性。

参考文献：

[1]黄益庄.智能变电站自动化系统原理与应用技术[M].北京：中国电力出版社，2012.

[2]高兆丽.智能变电站过程层故障诊断与状态评估技术研究[D].山东大学，2015

[3]王丽丽.红外测温在电力系统中的应用[J].电子技术与软件工程，2013（12）：71-72.

[4]杨启平，薛五德，兰之达．传感器技术在变压器在线监测中的运用[J]．变压器，2007，44（12）：50-55