在发电厂、换流站、变电站中，存在着大量的端子箱、就地控制柜、汇流箱等放置在户外的箱柜。在阴雨天，特别是南方的回南天，箱柜内部湿度较大，甚至会凝结水珠，一旦箱柜内部受潮情况持续恶化，可能导致端子箱内的端子短路引起设备跳闸等，严重影响电网的安全稳定运行；在夏天，由于这类箱柜在户外暴晒，箱内温度会达到较高温度，箱柜内的设备如果满负荷运行，就有可能会超限工作，引起设备故障或缩短设备的工作寿命。
因此，建设一套能在线监测各类电力箱柜内部温湿度的微环境在线监测系统，对监测到的温湿度信息进行大数据分析，及时对端子箱的工作状态进行预警，对提升电力生产安全、提高电力系统维护管理水平极为重要。
本文将详细探讨这一解决方案的背景、原理、关键技术、实施步骤及优势。
一、背景与需求分析
1. WAPI温湿度传感器在端子箱微环境监测系统中的应用
户外端子箱，特别是南方，往往意味着高温、高湿环境，虽然目前在户外端子里面加了加热片等除湿装置，但是与加热片搭配使用的温湿度传感器，由于布线困难或成本等原因，只是在端子箱内用于在温湿度超限时启动加热片，并没有将温湿度数据传到运维监控中心，所以，运维人员并不清楚除湿效果如何，根据现场的跟踪调研，大部分加热片除湿效果并不理想，容易导致设备运行故障。
2. 传统监测方法的局限性
传统的温湿度传感器在线监测存在许多局限性：
布线难度大：温湿度传感器的通信线（以RS485为主），如果需要将每个端子箱的温湿度传感器通过RS485总线连接到机房，可能会涉及到地面开挖，或者设备停电，实施难度大，费用高。
维护难度大：有线方式，总线上的某个传感器故障，可能会影响整个总线通信，问题排查非常困难，费时费力，运维成本高。
信息安全无法保证：采用传统无线通信的温湿度传感器，如LoRa、Zigbee、Wi-Fi、蓝牙等，虽然可解决布线和维护问题，但是存在信息安全问题。
因此，传统监测方法已难以满足电力端子箱的微环境在线监测的要求，迫切需要更方便、可靠、安全的在线监测解决方案。
二、基于WAPI技术的端子箱微环境在线监测解决方案
1. 工作原理
基于WAPI技术的温湿度传感器，通过在温湿度传感器中集成WAPI通信模组，处理器将温湿度传感器的信息采集到之后，通过WAPI无线方式传输至远程监控中心，监控中心的在线监测系统，通过对历史数据进行大数据分析，对设备运行状态进行预警，协助运维人员判断故障，及时了解设备报警，并采取必要的措施保证设备可靠运行。
图1 WAPI温湿度传感器
2. 系统架构
端子箱微环境在线监测系统的整体架构包括以下几个部分：
WAPI温湿度传感器：负责实时采集端子箱内的温湿度信息并采用WAPI无线通信方式将温湿度传感器数据传输至WAPI边缘计算网关。
WAPI边缘计算网关：网关内置在线监测分析系统，可对传感器采集到的数据进行处理和分析，结合预警门限，可对端子箱内设备运行状态进行预警，也可通过客户端主机（运维人员工作电脑）访问内置的Web服务，展示温湿度曲线、现场温湿度传感器分布图等信息。
站端管理平台：站端一般会有统一的管理平台，通过边缘计算网关与其对接，将数据汇集到站端管理平台，方便全站智能化、数字化系统统一管理。
图2 端子箱微环境在线监测系统网络拓扑图
三、关键技术
1. 数据传输技术
采用WAPI无线传输方式，具有灵活性高、安装方便、无需布线等优点。既方便现场安装部署，又满足了通信安全。
2. 数据处理与分析技术
数据处理与分析技术是确保监测系统高效运行的关键。通过大数据和人工智能技术，对收集到的各个端子箱的数据进行横向（同类端子箱、同类场景）和纵向（历史数据）的分析处理，可以识别出端子箱内温湿度的变化趋势，及时发现潜在的异常情况。此外，数据分析技术还可以帮助优化设备的维护策略，延长设备的使用寿命。
3.在线监测系统设计
在线监测系统用户界面设计简洁直观，便于操作人员快速找到所需信息。如采用可视化的方式，通过在场站的平面图上放置温湿度传感器图标，标识传感器位置，通过鼠标悬停，即可实时查看该端子箱的温湿度信息，如出现报警，图标显示红色，如图3所示；监控系统还提供多种数据显示方式，如实时数据、历史数据、趋势图，平均曲线等，如图4所示；具备警报功能，当温湿度出现异常时能够及时提醒运维人员，如图5所示。
图3 可视化传感器分布图
图4 温湿度曲线图
图5 报警图
四、系统实施步骤
在WAPI端子箱微环境在线监测解决方案实施过程中，主要有4个步骤：现场勘测、设备安装调试、系统联调，用户培训与系统移交，流程如下：
1. 现场勘测
现场勘测，需要重点关注拟安装传感器的位置，WAPI信号覆盖是否良好，取电是否方便，确定传感器安装的位置。对于拟安装的端子箱附近信号覆盖不够理想的情况，应及时协调WAPI网络覆盖建设方在该区域附近增加WAPI AP，以加强该区域WAPI信号的覆盖，确保WAPI通信稳定可靠。对于端子箱内不方便取电的，应确定取电位置及电源布线方案。
图6 现场勘测传感器安装位置、信号情况等
2. 现场安装调试
根据现场勘测的结果，在拟安装温湿度传感器的端子箱中安装温湿度传感器，并导入证书，连接上WAPI AP。
图7 温湿度传感器现场安装调试
3. 系统联调
将所有温湿度传感器都安装调试好之后，将各传感器的分配的IP地址导入边缘计算网关，在边缘计算网关的在线监测分析系统中批量添加设备，查看是否每个传感器都正确发送数据到边缘计算网关中，直至所有传感器都正常上传数据，并通过系统压力测试，确保整个系统都工作正常。
图8 系统联调
4. 用户培训及系统移交
在系统联调完成后，根据用户要求进行必要的入网安评、等保测评，对用户（主要是运维人员）进行培训，将系统移交给客户。
五、方案优势
1. 提高安全性
WAPI端子箱微环境在线监测系统能够实时监测端子箱内的温湿度信息，可以及时发现异常并报警，预防故障的发生，提高设备运行的安全性。
2. 提高效率
通过WAPI端子箱微环境在线监测系统，减少了人工巡检的频次和工作量，提高了运维效率，降低了运维成本。
3. 提高运维管理水平
WAPI端子箱微环境在线监测系统可实现跨部门共享数据，也可以与其他系统对接集成，打通数据孤岛，大大提升系统运维管理水平。
关于莲雾科技
广州莲雾科技有限公司成立于2016年，是一家专注于物联网领域的高新技术企业，是WAPI产业联盟会员单位。作为行业领先的解决方案提供商之一，莲雾科技的产品和服务涵盖了物联网云平台、智能通信网关、各类专用传感器和执行器、行业应用解决方案等方面。公司于2018年和2021年连续两次被认定为高新技术企业。
莲雾科技一直坚持以客户需求为导向，提供针对不同行业特点的定制化服务。公司拥有一支技术实力强大的研发团队和专业的售后服务团队，产品已广泛应用于数字电力、数字工业、数字农业、资产管理等领域，在市场上赢得了广泛的认可和信任。
莲雾科技注重核心技术研发，在物联网领域拥有多项专利和软著。公司秉承“精益求精、追求卓越”的理念，通过不断优化产品功能和性能，为用户提供更加智能化、可靠性更高的物联网解决方案。
（本方案由广州莲雾科技有限公司供稿）
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