一、系統架構設計

??????? 在某些物聯網場景其基礎資源上提供了市電接入，為遠方供電點實現遠程供電時，通過在供電線路接入點配置局端設備（高壓直流升壓裝置），將市電的AC(如220V)供電電源轉換為DC（如800V以上）直流電源，在每個用電點安裝遠端機（直流供電模塊），該設備將高壓直流電轉換為DC（如48V）直流電源，為負載設備供電。供電點及各個用電點之間采用電纜連接，可以采用管埋或架空線方式布設。

???????? 本解決方案供電部分主要由局端機、遠端機和傳輸電纜三部分組成。而監測部分主要實現對局端機、遠端機的設備監測和傳輸電纜安全監測：

• 對局端設備、遠端機設備進行配用電情況實時監測；
• 對傳輸電纜采用單模光纖伴隨沿線鋪設，光纖纖芯接入光纖監測主機，通過光纖振動監測（測振及測溫）實現對傳輸電纜線路、異常、被破壞等情況實時監測；
• 所有監測數據實時傳輸至后臺監控系統，監控系統對采集數據進行實時分析，給出預警、告警信息。

二、供電計算及設備選型設計

??????? 2.1 局端設備：

??????? 1.遠距離供電負載計算：

????????按照總供電距離a米,每b米一個供電負載，負載要求≤c瓦，則總供電負載d約為：

d≈（a/b) *c*1.2(可靠系數)

??????? 2.依據總供電負載，來確定遠程供電電壓及供電功率，進而明確局端設備選型：

????????供電負載為有功功率（KW），變壓器中的容量為視在功率（KVA），它的大小和功率因數有關！有功功率P、無功功率Q、視在功率S有如下關系：

P=S×cosΦ（cosΦ是功率因數），Q=S×SinΦ

????????假設供電距離10km，每60m一個供電點，供電負載要求100W，則總供電負載（10000/60) *100W*1.2(可靠系數)≈20kW。則可以選型DC800V，視在功率30KVA，功率因數0.95（cosΦ）的局端設備實現遠程供電，滿足供電線需求。

????????注：有功功率和無功功率。有功功率（p)是指保持設備運轉所需要的電功率，也就是將電能轉化為其它形式的能量（機械能，光能，熱能等）的電功率度； 而無功功率（Q）是指電氣設備中電感、電容等元件工作時建立磁場所需的電功率。 無功功率比較抽象，它主要用于電氣設備內電場與磁場的能量交換，在電氣設備（電路系統）中建立和維護磁場的功率。

??????? 3.遠程供電設備（局端）選型： DC800V及供電功率30kVA。

????????4.功能特點設計

• 采用PWM精細電壓調節技術；
• 具有過流、過壓保護功能；
• 模塊化熱插拔結構；
• 零切換自動旁路系統；
• 軟件和硬件均采用抗干擾設計，提高抗干擾能力；
• 提供設備自診斷功能，方便設備的維護；
• LCD顯示電流、電壓；
• 上電自動投入功能，來電無須重新啟動；
• 設有和通訊接口，方便與計算機控制系統連接；
• 內置智能配電儀表，實現對設備運行狀態的實時監測。

?????? 2.2 遠程供電設備（站端）：

??????? 選型：0.5K 供電功率0.5kVA。

????????1.輸入規格設計

輸入電壓范圍	500VDC-800VDC
輸入欠壓保護	≤500V，持續1秒鐘保護
輸入過壓保護	≥800V，持續1秒鐘保護
輸入過欠壓回差	20V，持續30秒鐘恢復
輸入極性	區分極性。(接反不工作，不損壞，內置反接指示等亮。)
輸入防雷等級	三級

?????????2.輸出規格設計

額定輸出電壓		12VDC/48VDC ?
輸出波形		直流
輸 出 功 率	額定輸出功率	500W
	額定輸出電流	40A
	過功率保護	550W
	峰值輸出功率	600W (10秒鐘內保護)
可帶載功率因素		≥0.8
輸出諧波含量		≤5%(阻性負載)
整機轉換效率		≥93%
過溫保護點		≥85℃

????????3.環境條件要求設計

存儲溫度	-40℃～+70℃
工作溫度	-40℃～+70℃
相對濕度	≤95%（40±2℃）
氣壓	70～106kPa
冷卻方式	自冷
防護等級	IP54
整機重量	2.5kg

????????4.功能特點設計

• 具有過流、過壓保護功能；
• 模塊化熱插拔結構；
• 零切換自動旁路系統；
• 軟件和硬件均采用抗干擾設計，提高抗干擾能力；
• 上電自動投入功能，來電無須重新啟動；
• 帶有上電過零啟動功能；
• 帶有時序控制功能。
• LCD顯示電流、電壓；
• 設有和通訊接口，方便與計算機控制系統連接；
• 線路全部進行防潮處理，適于潮濕地區使用；
• 內置智能配電儀表，實現對設備運行狀態的實時監測。

??????? 2.3 供電電纜選擇：

• ????????按照YJV-16MM2電纜計算
  • ????????壓降計算： 16mm2電纜，10000m阻值為 0.0172*10000/16 ?=10.75 Ω
    • ????????額定電流為20kW /800V =25A
      • ????????則壓降約為 10.75 *25≈270V ?
        • ????????則800V直流電纜供電負載末端電壓約為530V
          • ????????該電壓滿足遠程供電設備（站端）輸入電壓需求。

• 三、高壓直流供電綜合運維管理設計

  ???????高壓直流供電綜合運維管理系統包含兩個方面，一方面是針對高壓直流線纜實時監測，另一方面是 針對局端、遠端主設備及空開、斷路器等配套設備，進行數字式點位監測，即常用的電力運維調度管理系統。將電力行業常用的電力運維調度管理系統作為主監控系統，而將高壓直流線纜綜合監測作為子系統，將其監測數據實時接入到電力運維調度管理系統，從而形成高壓直流供電綜合運維管理系統，實現對高壓直流供電全過程在線實時監測。

????????3.1高壓直流供電線纜實時監測

??????? 1.線纜綜合在線監測系統組成

??????? 分布式光纖測應變及測溫系統由計算機后臺監控系統、監測主機及光纖組成。監測主機利用光纖布里淵散射效應（Brillouin ?scattering）和光時域反射測量技術（OTDR），根據光在光纖中的傳輸速率和背向散射光的回波時間，其中光纖布里淵散射效應（Brillouin ??scattering）用于實現溫度測量，光時域反射測量技術（OTDR）用于實現對溫度點進行定位及管控。

??????? 整個監測系統分為主機和傳感器兩個部分，主機為有源設備需要供電，布置于用戶的監測中心或設備機房；傳感器為無源的光纖，通常最大傳感距離能支持到幾公里到幾十公里，通過粘貼、綁扎、開槽或固化等方法固定到待監測的結構表面或內部。系統通過光纖的溫度和應變變化，來反映得到監測環境的溫度變化和結構的變形。

??????? 可以附加光纖振動探測系統，一種實時監測光纖沿線振動信息的空間連續分布式系統，用于防止高壓線纜被蓄意破壞。在入侵者對光纖的瞬時壓力或者臨近地面的擾動產生時，依據相位敏感的光時域反射技術（φ-OTDR），獲取振動信息，實現振動監測。

??????? 線纜綜合在線監測系統綜合使用了光纖應變及溫度監測系統和分布式光纖測振系統，將兩者安裝于同一機柜中，并可同時接入上位服務機進行線纜狀態的綜合監測，結合軟件顯示、聲光、短信等報警手段，為線纜安全提供可靠保障。其由? 光纖振動監測系統、 分布式光纖應變、溫度監測系統、信號傳輸單元、信號處理單元組成，其中信號傳輸單元即為已鋪設通訊光纖的一芯，無需重新施工。

序號	名稱	作用	詳細構成
1	光纖振動監測系統	探測線纜各處的振動和形變信息	光纖振動傳感主機信號采集、處理、分析各光電部件
2	分布式光纖測溫、測應變系 統	探測線纜各處的溫度、應變分布信息	光纖應變及溫度傳感主機信號采集、處理、分析各光電部件
3	信號處理單元	解調溫度、應變、振動光信號，顯示監測區域光纖溫度、振動、形變，進行超限聲光報警，輸出報警、溫度、故障信號，管理系統數據等	光纖跳線，綜合在線監測系統機柜、服務器工作站、系統軟件、UPS

??????? 注：未來分布式光纖傳感技術發展預估應該是分布式光纖測溫、測振、測應變一體化、小型化、芯片化，即一臺光纖主機實現測溫、測應變、測振動于一體，并性價比更好的國產化、小型化設備。

??????? 2.系統軟件

????????配備可視化監控軟件系統，可以做到現場實時監控。軟件系統應用結構采用 C/S 模式——客戶端、服務器、數據庫三層結構，實現客戶端與服務器的直接相連。客戶操作界面設計個性化，具有直觀、簡單、方便的特點，可以滿足客戶個性化的操作要求，同時本系統的開發是具有針對性的，因此操作界面可以充分滿足客戶個性化的要求。

????????軟件主要功能：

• 實時顯示各條線纜各處振動情況和溫度值，并將每隔固定時間的相關信息記錄，可隨時調檔進行查閱或打印
• 可自設定預警和報警參數
• 各區域振動情況和溫度的變化，可通過顯示顏色進行區分。
• 查詢多點的歷史記錄，支持數據回放功能：可隨時調用、分析歷史數據，進行最大值篩選及疲勞分析，并同時顯示圖形曲線及實測數值
• 軟件預先設計有預留模塊，以備以后擴充使用
• 可根據振動模式以及溫度的升高速率進行報警，并可設定報警速率值。
• 系統自檢：可對系統內的信號處理器、傳輸光纜、感溫探測器的運行狀況進行實時自檢，如故障及時報警，巡檢周期為 0.2s；
• 報警記錄查詢：可記錄系統終生所有的報警記錄，并可查詢、可導出、可打印；
• 歷史數據查詢：可記錄不少于 1 年的歷史數據，并可查詢、可導出、可打印；
• 系統管理功能：可對系統進行用戶管理、數據管理、權限管理等。

????????3.技術特征

• 采用分布式光纖感溫設備感知線纜溫度和位置信息進行信號檢測、信號傳輸，實現無電檢測，本質安全防爆；
• 采用分布式光纖振動傳感設備感知線纜振動形變和位置信息，通過模式判別探測侵害事件
• 使用先進的分布式光纖感溫作為測量單元，技術先進，測量精度高；
• 分布式感溫光纜長期工作溫度范圍達-40℃到 150℃，最高可達 200℃，應用范圍廣；
• 采用探測器單回路測量方式，安裝簡單，成本低；可留冗余備用芯； 6 實時顯示各個分區的溫度和振動干擾情況，并能顯示歷史數據和變化曲線、平均溫度變化、干擾事件曲線；
• 系統結構緊湊，安裝簡單，維護方便；
• 通過軟件，可以根據實際情況設定不同的預警值、報警值；報警方式多樣化，有振動幅值報警、干擾模式報警、定溫報警、溫升速率報警、溫差報警。
• 通過軟件，可以進行數據查詢：逐點查詢、報警紀錄查詢、按區間查詢、歷史數據查詢，計報表打印。

?? 3.2 配電監測

????????在局端及遠端點選型環網串口交換機作為局端設備、遠端設備或其他監測設備的異構組網設備，實現末端設備接入監控后臺。監測系統涵蓋全景及區域監控、電能質量評估、實時告警、運維搶修、資產管理、數據分析、能源監測及輔助分析等功能，幫助客戶建立多維預警體系，規范運維流程，實現少人及無人值守，大幅提高安全運行保障，降低人力成本，提高綜合效益。

（1）數據采集與處理

????????1）數據采集

• ??????? 模擬量采集：對所有局端、遠端的變壓器、無功補償器、線路、母線等主要設備的電壓、電流、有功、無功，諧波、主變壓器溫度，直流電壓，饋出線頻率、相位、功率因數等進行采集。
• ????????狀態量采集：接入開關、刀閘、變壓器分接頭等位置信息；小電流接地選線動作信號、同期檢測的位置狀態、直流系統故障信號、設備運行告警信號。
• ????????環境量采集：接入開關柜及電纜無源無線測溫；環境溫度、濕度、水浸等信息。
• ????????安全消消防采集：煙霧、溫感、明火等消防信息。
• ????????電能量采集：接入脈沖、數字電能量數據，取代人工抄表。
• ????????監視：對所采集的電壓、電流、主變壓器溫度等進行判斷，若有越限，發出告警信號；監視開關、刀閘、變壓器分接頭等位置信息；接入顯示SOE信息、保護信號、防盜信號、火災報警信號等。能夠輸出中央告警信號。
• ????????記錄：自動記錄SOE事件、模擬量數據值、模擬量越限信息、狀態量變化、繼電保護動作信息、故障數據、運行操作信息（包括操作人、操作對象、操作時間、操作結果）等。

????????2）數據處理

????????數據源選擇、自動計算周期等，按日、月、季、年或自定義時間段統計。

• ????????a）統計指定量的最大值、最小值、平均值和累計值，統計時段包括年、月、日、時等。
• ????????b）多位置信號、狀態信號的邏輯計算；
• ????????c）變位、遙控、遙調等操作次數統計；
• ????????d）遙控正確率和遙調響應正確率統計；
• ????????e）電壓電流越限、功率因數和電能質量合格率統計分析；
• ????????f）支持計算量公式定義和運算處理。

????????3）數據質量檢查

????????包括合理性檢查及越限告警，包括但不限于：

• ????????a）數據完整性檢查：自動過濾壞數據、自動設置數據質量標簽；
• ????????b）設定限值：支持不同時段使用不同限值；
• ????????c）告警：告警定義、告警動作、告警分流、畫面調用和告警信息存儲等。

????????4）數據存儲

????????應具備對采集數據信息進行存儲的功能，包括但不限于：

• ????????a）分類存儲、管理原始數據和應用數據；
• ????????b）存儲事件順序記錄和操作記錄。

（2）分析統計

??????? 分析統計功能包括配電柜有功、無功功率的最大、最小值及發生時間；母線電壓最大值、最小值及合格率統計；功率總加、功率因數、負荷率計算等。

（3）防誤閉鎖

????????1）集控中心應支持多種類型自動防誤閉鎖功能，包括基于預定義規則的常規防誤閉鎖和基于拓撲分析的防誤閉鎖功能。

????????2）所有操作指令應經過防誤驗證，當出錯時應告警并閉鎖指令執行。

（4）操作與控制

?????? 1） 操作和控制應能實現人工置數、標識牌操作、閉鎖和解鎖操作、遠方控制與調節功能，應有相應的權限控制。

????????1）人工置數

????????a）人工置數的數據類型包括狀態量、模擬量、計算量；

????????b）人工置數的數據應進行有效性檢查。

????????2）標識牌操作

????????a）應提供自定義標識牌功能，常用的標識牌應包括：

• ????????禁止操作——禁止對具有該標識牌的設備進行操作；
• ????????保持分閘/保持合閘——禁止對具有該標識牌的設備進行合閘/分閘操作；
• ????????警告——某些警告信息應提供給調度員，提醒調度員在對具有該標識牌的設備執行控制操作時能夠注意某些特殊的問題；
• ????????接地——對于不具備接地刀閘的點掛接地線時，可在該點設置“接地”標識牌，系統在進行操作時將檢查該標識牌；
• ????????檢修——處于“檢修”標志下的設備，可進行試驗操作，但不向調度員工作站報警。
• ????????試驗
• ????????缺陷

????????b）應能通過人機界面對一個對象設置標識牌或清除標識牌，在執行遠方控制操作前應先檢查對象　的標識牌；

????????c）單個設備應能設置多個標識牌；

????????d）所有的標識牌操作應進行存檔記錄，包括時間、廠站、線路、設備名、標識牌類型、操作員身份和注釋等內容。

????????3）閉鎖和解鎖操作

????????a）應提供閉鎖功能用于禁止對所選對象進行特定的處理，包括閉鎖數據采集、告警處理和遠方操作等；

????????b）閉鎖功能和解鎖功能應成對提供；

????????c）所有的閉鎖和解鎖操作應進行存檔記錄。

????????4）遠方控制與調節

????????a）控制與調節類型；

????????控制與調節類型應包括：

• 開關的分合；
• 投/切遠方控制裝置（就地或遠方模式）；
• 成組控制：可預定義控制序列，實際控制時可按預定義順序執行或由調度員逐步執行，控制過程中每一步的校驗、控制流程、操作記錄等與單點控制采用同樣的處理方式；
• 空調控制：遠程控制空調與溫度進行聯動；
• 新風控制：實現對主、副風機的智能控制；
• 燈光控制：實現燈光遠程控制和聯動控制。

????????b）控制種類；

• 單設備控制：常規的控制方式，針對單個設備進行控制；
• 序列控制：應提供界面供操作員預先定義控制條件及控制對象，可將一些典型的序列控制存儲在數據庫中供操作員快速執行。

????????c）操作方式；

• 支持單席操作/雙席操作；
• 支持普通操作/快捷操作。

????????d）控制流程；

????????對開關設備實施控制操作一般應按三步進行：選點－返校－執行，只有當返校正確時，才能進行“執行”操作。

（5）時鐘對時

??????? 支持以RS232、現場總線、以太網通信方式。

（6）通信

??????? 內部通信方式可采用載波通信、雙絞線通信、光纖通信和無線通信，通信協議宜支持到Modbus、MQTT物聯網通信協議和104等電力規約協議。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的物联网感知-高压直流长距离供电在线实时监测（光纤传感技术）的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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