CN218450254U - 一种基于物联网的牵引变电所辅助监控系统 - Google Patents

Abstract

一种基于物联网的牵引变电所辅助监控系统，包括视频监控数字识别子系统、变电所环境监控子系统、数字化变电站保护子系统三大子系统，三大子系统包括如下设备：远程维护分子系统、综合应用服务器、防火墙、5G路由器、私有云端服务器、可视化终端、视频服务器、通讯管理机、保护装置、红外测温摄像头、通用监控摄像头、红外双鉴、烟雾传感器、温湿度传感器、水浸传感器、LoraWAN无线网关、LoraWAN数传终端、空调控制模块、电子围栏、门禁子系统、变电所气象站、风机控制模块、室内照明控制模块。本新型克服了现有技术现场能够预装的传感器数量有限，检测的精度下降，无法实现系统之外的远端的监测，如果现场出现故障，无法第一时间了解到现场的情况的弊端。

Description

一种基于物联网的牵引变电所辅助监控系统

技术领域

本实用新型涉及轨道交通牵引变电所应用的辅助设备技术领域，特别是一种基于物联网的牵引变电所辅助监控系统。

背景技术

随着智能变电站技术的成熟和普及，变电站监控系统向着智能化的方向发展，解决了变 电站设备的遥信、遥控、遥调 、遥测以及遥视等“五遥”全面监控，使变电站真正实现了无人值班。实际情况下，变电站监控系统除了对实时性要求高的实时电气量监测之外，变电站内还需要对其他实时性要求不高的设备运行状态参数进行监测，主要包括断路器的触头温度、母排和刀闸接点温度，环境参数，人员位置等。由于需要检测运行状态的设备种类繁多，且从绝缘性能要求、布线可行性等方面考虑，无法做到有线传输，所以针对这类对传输实时性的要求不高的监测数据，可以考虑使用无线网络传输数据（物联网传输数据）。现有的物联网传输种类繁多，主要以ZIGBEE、传统433无线非标定制、Lora/LoraWAN、NBIOT、MQTT等协议为主要的物联网通信协议，伴随着近年来的科学技术的迅速进步，推动着各个行业向着数字化、智能化的方向发展，在牵引供电的监控系统也在逐步的改进。5G通信技术是未来的发展方向，也是国家的重大战略决策，它赋予各个行业完善现有产品、提升服务、开拓新应用的更多可能性。目前国家电网提出了建设“泛在电力互联网”，并将5G在电力行业的配电自动化、变电所机器人监控等方面作了一些尝试性应用，但5G通信技术在铁路变电所辅助监控的应用还是空白。

传统的辅助监控系统是通过RS485总线、以太网、CAN总线或者其他的总线完成对现场设备状态数据的读取，通过集中采集器将数据传输到采集终端，再通过以太网将数据传输出去，传统的辅助监控系统存在很多弊端，具体体现如下。其一：由于现场需要敷设线缆，而变电所的线缆敷设需要保持一定的安全距离，这就使得现场能够预装的传感器数量受到了限制。其二：传感器和被检测装置存在一定的间距之后，测量值和实际数值会存在一定的偏差，使得检测的精度下降。其三：传统的辅助监控数据只能在独立内网查询和显示，无法实现系统之外的远端的监测，如果现场出现故障，无法第一时间了解到现场的情况，如果是既有变电所改造项目，就涉及到断电施工的问题，使得现场实施起来更加困难。根据传统变电所辅助监控的特性我们了解到，变电所现场传感器不需要实时的传输数据，只需要隔几分钟或者十多分钟传输一次，或者外部条件触发报警时才传输报警信号，这使得无线传感器有了以下巨大的优势。第一：无线传感器安装方便，不需要现场敷设通信线缆，现场也更加的美观。第二：无线传感器的安装不需要对变电所进行断电操作。第三：无线传输具有较强的抗干扰能力，现场模拟量传输基本不会受到影响，传统的线缆敷设传输模拟量容易受到变电所内电磁干扰的影响。第四：无线设备在低频传输数据时待机时间长，通常只需要2-3年做一次电池的更换即可。基于上述，提供一种基于物联网技术及5G技术，能有效实现牵引变电所相关设备监测的系统显得尤为必要。

发明内容

为了克服现有牵引变电所对辅助相关设备进行监测中，由于技术所限、存在如背景所述弊端，本实用新型提供了在相关设备共同作用下，依托于物联网以及5G技术，能完成现场仪表示数的识别监控、环境温度的采集、室内人员闯入报警、火灾报警、灯光照明的控制、风机的控制、门禁和电子围栏完成对闯入的人监控等的一种基于物联网的牵引变电所辅助监控系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于物联网的牵引变电所辅助监控系统，其特征在于包括视频监控数字识别子系统、变电所环境监控子系统、数字化变电站保护子系统三大子系统，三大子系统包括如下设备：远程维护分子系统、综合应用服务器、防火墙、5G路由器、私有云端服务器、可视化终端、视频服务器、通讯管理机、保护装置、红外测温摄像头、通用监控摄像头、红外双鉴、烟雾传感器、温湿度传感器、水浸传感器、LoraWAN无线网关、LoraWAN数传终端、空调控制模块、电子围栏、门禁子系统、变电所气象站、风机控制模块、室内照明控制模块；所述远程维护分子系统包含系统维护模块以及可视化操作终端软件模块；所述综合应用服务器包含视频编解码分子系统、视频识别分子系统、数据存储数据库、协议转换服务模块以及常用办公模块；所述通讯管理机内部有协议转换服务模块，保护装置的数据进行统一采集形成内部小型数据库，方便变电所内的中和应用主机查看当前设备的状态和电流、电压值。

进一步地，所述远程维护分子系统、综合应用服务器、防火墙、5G路由器、私有云端服务器、可视化终端、视频服务器、通讯管理机、保护装置、红外测温摄像头、通用监控摄像头、红外双鉴、烟雾传感器、温湿度传感器、水浸传感器、LoraWAN无线网关、LoraWAN数传终端、空调控制模块、电子围栏、门禁子系统、变电所气象站、风机控制模块、室内照明控制模块之间经导线连接。

进一步地，所述远程维护分子系统、综合应用服务器、防火墙、5G路由器、私有云端服务器、可视化终端、视频服务器、通讯管理机、保护装置、红外测温摄像头、通用监控摄像头、红外双鉴、烟雾传感器、温湿度传感器、水浸传感器、LoraWAN无线网关、LoraWAN数传终端、空调控制模块、电子围栏、门禁子系统、变电所气象站、风机控制模块、室内照明控制模块可以任意组合但是不限于以上列出的设备，每一种设备可以包含一台或者多台，根据每一个站的具体情况增加或者减少。

本实用新型有益效果是：本实用新型基于现有成熟的5G技术，在相关设备模块等共同作用下，能完成现场仪表示数的识别监控、环境温度的采集、室内人员闯入报警、火灾报警、灯光照明的控制、风机的控制、门禁和电子围栏完成对闯入的人监控。克服了现有技术存在的现场能够预装的传感器数量受到了限制，检测的精度下降，无法实现系统之外的远端的监测，如果现场出现故障，无法第一时间了解到现场的情况的弊端。基于上述，本实用新型具有好的应用前景。

附图说明

图1本新型架构框图。

图2本新型视频监控数字识别系统基本组成架构框图。

图3变电所环境安防监控系统链接框图。

图4 综合应用服务器和5G云端连接关系图。

图5 系统数据流关系图。

具体实施方式

图1、2、3、4、5所示，一种基于物联网的牵引变电所辅助监控系统，由视频监控数字识别子系统、变电所环境监控子系统、数字化变电站保护子系统三大子系统（总系统）组成，如图1 所示，整个站内总系统以综合应用服务器为核心，向下通过交换机链接视频服务器、LoraWAN网关、以及通讯管理机；向上通过防火墙连接至远程维护终端。

图1、2、3、4、5所示，视频监控数字识别子系统所内包括三个大的分系统，第一个是以红外测温摄像头、通用摄像头、视频服务器组成的视频监控数字识别分系统；第二是个是以LoraWAN无线网关为核心，以红外双鉴、烟雾传感器、温湿度传感器、水浸传感器、LoraWAN无线网关、LoraWAN数传终端、空调控制系统、电子围栏、门禁系统、变电所气象站、风机控制单元、室内照明控制单元等组成的变电所环境安防监控分系统。第三个就是由防火墙、综合自动化分系统以及通讯管理机组成的数字化变电站保护分系统。其中，综合应用服务器(型号SR250)主要功能是完成视频识别、通用协议数据转换、报表输出等，在综合应用服务器内有协议转换模块、视频识别模块和数据库，协议转换模块和视频识别模块可以将LoraWAN、IEC60870-104、视频识别数据存储到综合应用服务器的数据库内，综合应用服务器内还会有一个支持MQTT协议的服务模块，云端服务器可以通过5G网络访、5G路由器（型号是UR75）、防火墙（型号是NS-SecPath F100-C-A3）、交换机访问到综合应用服务器，获取综合应用服务器收集的传感器数据以及站内其他保护装置的数据。防火墙作为网络安全的关口可以有效的防止外部网络的攻击，可以有效的防止外部漏洞扫描、恶意链接、钓鱼攻击、系统漏洞攻击、恶意软件、非法篡改等网络攻击手段，有效的保证了整个系统的安全性以及系统稳定性。5G通信技术是整个系统实现对外信息链接传输的基础，也是整个系统实现远端测控的关键，使用5G路由器来实现这一功能，通过不同的网络端口的数据量对每个端口做了带宽限制，在保证每个子系统都可以稳定传输数据的情况下，具备一定的超负荷传输能力，有效的保证数据和视频的传输。云端服务器在系统中起到了链接移动可视化终端的作用，为可视化终端提供数据服务，并且有云端存储的功能，云端服务器使用私有云，保证了云端数据的可靠性以及自主可控性。移动可视化终端配备了终端APP，可以在APP上进行远程的数据监控、现场图像调取、实时远程做业指导等功能，如果现场出现问题，可以第一时间掌握现场状况并及时提出相应的解决方案。

图1、2、3、4、5所示，视频监控数字识别分系统主要由红外测温摄像机（型号是DS-2TD4136T-25）、通用的摄像机（型号是DS-2DE7220IW-A）、全景云台摄像机（型号是IDS-2DP0818CD-HKY）、以及视屏服务器组成（型号是DH-NVR608-32-4KS2），具体安装数量及使用数量根据现场情况而定，如图2所示，是牵引变电所的基础配置，由4个红外测温摄像机、6个通用摄像机和1个全景摄像机组成，红外测温摄像机分别完成变压器温度测量、进线温度测量、出线温度测量、隔离开关温度测量，同是具备温度测量和测量温度预警的功能，用户可根据实际情况设定温度报警值。通用摄像有多个，这里只列举四个说明，通用摄像机主要完成高压室进线柜、馈线柜控制室综合自动化屏柜、辅助监控屏柜的开关状态拍摄识别、表盘示数读取、报警状态的读取、室外安防监控、室外设备状态监控以及现场人员施工的远程监控巡视的功能，除此之外通用摄像机还可以和安防系统做报警联动，当红外双鉴或者激光对射传感器检测到了变电所内有非法闯入人员，传感器产生报警信息传入综合应用服务器，综合应用服务器通过视频服务器控制摄像机镜头转向报警位置进行实时记录。无论是红外摄像机还是通用监控摄像机都可以设置一个或多个预制位，在没有报警情况下，实现多点、多方向的自动巡检功能，完成仪表示数的读取识别、设备状态的识别等功能，并将巡检照片以及识别后的数据形成表格记录在案。全景摄像机主要是对变电所外部的整体状况做监控，方便监控人员迅速定位问题所在。

图1、2、3、4、5所示，变电所环境安防监控分系统包含了环境和安防两部分组成，主要包含了LoraWAN无线网关（型号是UG67-L01CE-470M）为核心，以红外双鉴、烟雾传感器、温湿度传感器（型号是EM300-TH）、水浸传感器（型号是EM300-ZLD）、LoraWAN无线网关（型号是UG67-L01CE-470M）、LoraWAN数传终端（型号是UC1152）、空调控制设备（型号是RS-KTC-N01-YH2）、电子围栏（型号是HDY3-24）、门禁设备（型号是ZQWL-IO-2CN1R4）、变电所气象站（型号是MULTI-7P）、风机控制模块（型号是DPT10-20A）、室内照明控制模块（J型号是DA-）等设备，传感器如果支持LoraWAN协议，可以直接通过无线网络链接到LoraWAN的无线网关，当传感器不只是LoraWAN协议时，可以使用LoraWAN数传终端将当前的传感器数据传送到LoraWAN网关。变电所环境安防监控分系统的整体的连接情况如下图3所示。目前使用loraWAN协议的传感器不是太多，当所使用的传感器不支持LoraWAN协议时，使用LoraWAN数传终端来完成终端设备的数据采集和数据传输的工作。LoraWAN数传终端支持多种输入接口和协议，可以是模拟量的4-20mA电流、0-5V的电压量、IO开关输入点、支持Modbus-RTU协议的终端。

图1、2、3、4、5所示，数字化变电站保护分系统主要是通过通讯管理（型号是JDA-901）、防火墙（型号是NS-SecPath F100-C-A3）、链接的综合自动化保护子分系统（型号是JDA-3000系列）。综合自动化保护子分系统主要由常规的主变压器保护装置、主变压器测量控制装置、主变压器后备保护装置、馈线保护装置、动力变压器保护装置等装置组成，以上装置通过以太网线或者光纤（交换机）连接至通讯管理机，通讯管理机还有一个特别的做用就是讲所有的装置信息收集起来之后，整理成一个大的点表，所有装置的信息都包含在内。图4 综合应用服务器和5G云端连接关系图。数字化变电站保护分系统整个分系统的数据流向可以参照下图5。环境监测的传感器如果支持LoraWAN无线协议的传感器可以直接链接到LoraWAN无线网关，如果传感器支持的可以使用LoraWAN数传终端来完成数据的传输，传感器的数据流入LoraWAN，经过LoraWAN无线网关处理之后，传输到综合应用服务器。测温摄像头、监控识别摄像头和全景摄像头通过以太网接入视频服务器，视频服务器将采集到的数据和摄像头数据再通过以太网传输到综合应用服务器。站内的保护装置通过以太网（交换机）连接通信管理机，通信管理机将数据整合处理之后再将数据传输到综合应用服务器。综合应用服务器将传感器数据、摄像头数据和保护装置的数据整理之后将数据存储至数据库内，在综合应用服务器内还有协议转换软件，能够以MQTT的协议将数值通过5G网关上传至云端的MQTT服务器，手持终端可以通过5G 网络连接云端的MQTT服务器，实时查看变电所的数据值以及状态值。这里需要说明一下的是视频数据是通过综合应用服务器做转发，综合应用只对视频识别数据做处理，视频数据不做处理，直接转发到5G路由器，5G云端同样也不对视频数据做处理，且视频数据和MQTT协议传输的数据相互独立。

通过上述，本实用新型基于现有成熟的5G技术，在相关设备模块等共同作用下，能完成现场仪表示数的识别监控、环境温度的采集、室内人员闯入报警、火灾报警、灯光照明的控制、风机的控制、门禁和电子围栏完成对闯入的人监控。克服了现有技术存在的现场能够预装的传感器数量受到了限制，检测的精度下降，无法实现系统之外的远端的监测，如果现场出现故障，无法第一时间了解到现场的情况的弊端。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征及本实用新型的优点，对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种基于物联网的牵引变电所辅助监控系统，其特征在于，包括视频监控数字识别子系统、变电所环境监控子系统、数字化变电站保护子系统三大子系统，三大子系统包括如下设备：远程维护分子系统、综合应用服务器、防火墙、5G路由器、私有云端服务器、可视化终端、视频服务器、通讯管理机、保护装置、红外测温摄像头、通用监控摄像头、红外双鉴、烟雾传感器、温湿度传感器、水浸传感器、LoraWAN无线网关、LoraWAN数传终端、空调控制模块、电子围栏、门禁子系统、变电所气象站、风机控制模块、室内照明控制模块；所述远程维护分子系统包含系统维护模块以及可视化操作终端软件模块；所述综合应用服务器包含视频编解码分子系统、视频识别分子系统、数据存储数据库、协议转换服务模块以及常用办公模块；所述通讯管理机内部有协议转换服务模块，保护装置的数据进行统一采集形成内部小型数据库，方便变电所内的中和应用主机查看当前设备的状态和电流、电压值。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的牵引变电所辅助监控系统，其特征在于，远程维护分子系统、综合应用服务器、防火墙、5G路由器、私有云端服务器、可视化终端、视频服务器、通讯管理机、保护装置、红外测温摄像头、通用监控摄像头、红外双鉴、烟雾传感器、温湿度传感器、水浸传感器、LoraWAN无线网关、LoraWAN数传终端、空调控制模块、电子围栏、门禁子系统、变电所气象站、风机控制模块、室内照明控制模块之间经导线连接。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的牵引变电所辅助监控系统，其特征在于，远程维护分子系统、综合应用服务器、防火墙、5G路由器、私有云端服务器、可视化终端、视频服务器、通讯管理机、保护装置、红外测温摄像头、通用监控摄像头、红外双鉴、烟雾传感器、温湿度传感器、水浸传感器、LoraWAN无线网关、LoraWAN数传终端、空调控制模块、电子围栏、门禁子系统、变电所气象站、风机控制模块、室内照明控制模块可以任意组合但是不限于以上列出的设备，每一种设备可以包含一台或者多台，根据每一个站的具体情况增加或者减少。

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