一種基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)電纜監(jiān)測(cè)方法的研究

王吉友　付維峰　范繼偉　李鑫　王蒙

摘 要：配電專(zhuān)業(yè)由于網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多變，同時(shí)大量采用地埋、管溝的電纜敷設(shè)方式，監(jiān)測(cè)手段匱乏，截止目前基本還沒(méi)有一套完整的針對(duì)電纜的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，仍然采用一些帶電檢測(cè)手段監(jiān)測(cè)設(shè)備的健康狀態(tài)。該文提出基于物聯(lián)網(wǎng)的配電網(wǎng)電纜監(jiān)測(cè)及監(jiān)控方法研究，發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在復(fù)雜配電網(wǎng)環(huán)境下的末端信息獲取能力，充分融合異構(gòu)信息，為配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供更多有效信息，開(kāi)展更多業(yè)務(wù)應(yīng)用，為電力企業(yè)安全生產(chǎn)提供有力信息支撐。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) RFID 在線(xiàn)監(jiān)測(cè) GIS

中圖分類(lèi)號(hào)：TM72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）01（b）-0103-02

隨著電網(wǎng)規(guī)劃的逐步推進(jìn)，配電網(wǎng)大量采用地埋和管溝方式布設(shè)，由于特殊的敷設(shè)方式及環(huán)境因素，對(duì)于電纜的監(jiān)測(cè)及監(jiān)控手段受到一定程度的制約，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移，電纜接頭由于工藝質(zhì)量、自然老化、受潮等因素存在一定安全隱患，一旦出現(xiàn)故障將導(dǎo)致電纜燒毀，其覆蓋地域面臨斷電風(fēng)險(xiǎn)，由于社會(huì)對(duì)供電安全高度敏感，所以必須采取有效措施，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在運(yùn)行電纜時(shí)的工作狀態(tài)，提前預(yù)判故障，確保電纜安全運(yùn)行。

1 配網(wǎng)電纜監(jiān)測(cè)面臨的主要問(wèn)題

電力系統(tǒng)由輸變配三大供電環(huán)節(jié)組成，國(guó)網(wǎng)公司于2010年開(kāi)始進(jìn)行了輸變電專(zhuān)業(yè)的狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)實(shí)施，截止2013年底，各網(wǎng)省公司基本實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的上線(xiàn)運(yùn)行，通過(guò)與PMS等系統(tǒng)的集成，基本上解決了輸變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和故障預(yù)警的問(wèn)題。配電專(zhuān)業(yè)由于網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜多變，同時(shí)大量采用地埋、管溝的電纜敷設(shè)方式，監(jiān)測(cè)手段匱乏，截止目前基本還沒(méi)有一套完整的針對(duì)電纜的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，仍然采用一些帶電檢測(cè)手段監(jiān)測(cè)設(shè)備的健康狀態(tài)，如，紅外測(cè)溫、局放測(cè)試、環(huán)流監(jiān)測(cè)等；也會(huì)結(jié)合狀態(tài)檢修計(jì)劃，做一些停電檢測(cè)項(xiàng)目，如，震蕩波局放、接地系統(tǒng)檢查、外護(hù)套絕緣檢測(cè)等。有部分區(qū)域雖然在一些高電壓等級(jí)的電纜線(xiàn)路、通道上，逐步加裝在線(xiàn)監(jiān)測(cè)裝置，如，光纖測(cè)溫、水位、氣體、非法進(jìn)入、接地環(huán)流超限定值等，但由于缺少統(tǒng)一的管理和數(shù)據(jù)共享機(jī)制，難免形成了監(jiān)測(cè)信息的孤立和應(yīng)用的局限性，無(wú)法系統(tǒng)化地對(duì)電纜監(jiān)測(cè)進(jìn)行全面管理和提升，無(wú)法形成完整、統(tǒng)一的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)全局描述和資源信息庫(kù)，無(wú)法將離散的設(shè)備狀態(tài)信息資源按狀態(tài)監(jiān)測(cè)的角度進(jìn)行深度整合、分析和應(yīng)用。綜上所述，關(guān)于電纜監(jiān)測(cè)目前存在人工定期檢測(cè)作業(yè)方式，效率低、人力成本過(guò)高，存在監(jiān)測(cè)不全面、不及時(shí)。人工監(jiān)測(cè)方式存在監(jiān)測(cè)不到位、不完整的問(wèn)題，下埋設(shè)備無(wú)法直接進(jìn)行監(jiān)測(cè)。部分加裝監(jiān)測(cè)裝置的線(xiàn)路，由于缺少統(tǒng)一的規(guī)劃，造成了信息的孤島、信息應(yīng)用不全面、數(shù)據(jù)價(jià)值無(wú)法有效體現(xiàn)。

2 系統(tǒng)解決方案

應(yīng)用系統(tǒng)由“感知層”“數(shù)據(jù)傳輸層”“應(yīng)用層”組成，監(jiān)測(cè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)思路圖見(jiàn)圖1。

感知層設(shè)備主要包括現(xiàn)場(chǎng)各種無(wú)線(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)，這些傳感器不依賴(lài)外部供電，僅從環(huán)境或自備一次長(zhǎng)壽命電池完成長(zhǎng)時(shí)間（5～10年）信息采集任務(wù)，主要可以完成配網(wǎng)設(shè)備的工作溫度、電壓、電流、振動(dòng)等信息的采集，同時(shí)還采集了配網(wǎng)工作的環(huán)境參數(shù)：環(huán)境溫濕度、水浸、水位等信息。感知層設(shè)備采集的信息采用統(tǒng)一的格式化數(shù)據(jù)傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)，這些格式化信息由其所屬單個(gè)傳感器自有的傳感器信息模型定義，應(yīng)用根據(jù)每個(gè)傳感器的信息模型對(duì)格式化數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，得到可用的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)信息。

傳輸層設(shè)備由匯聚節(jié)點(diǎn)（無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸基站）和匯聚控制器組成，匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)各傳感器節(jié)點(diǎn)的入網(wǎng)管理、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、路由查找、傳感器信息解密與再加密和格式化數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，匯聚控制器負(fù)責(zé)各匯聚節(jié)點(diǎn)的接入、匯聚信息解密、非格式化數(shù)據(jù)傳感器信息接入（個(gè)性化定制協(xié)議棧）與格式化轉(zhuǎn)換，并完成傳感器信息模型到IEC61850信息模型的轉(zhuǎn)換與重定義、重建模。匯聚網(wǎng)關(guān)將獲得的傳感器信息歸一化為IEC61850信息模型，將這些信息加密后發(fā)送到應(yīng)用層存儲(chǔ)服務(wù)器。

應(yīng)用層設(shè)備主要包括存儲(chǔ)服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器。存儲(chǔ)服務(wù)器解密接收到的匯聚控制器的信息，應(yīng)用IEC61850信息模型解析這些信息，并按IEC61850信息格式統(tǒng)一存儲(chǔ)。通過(guò)與電力系統(tǒng)的其他管理系統(tǒng)集成，提供信息展示應(yīng)用。

3 監(jiān)測(cè)信息的接入方式

通過(guò)安全接入平臺(tái)，在無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸基站加裝安全加密芯片，適用于省公司層面統(tǒng)一建設(shè)，部署結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖2。

采用安全接入平臺(tái)的部署方案，在感知層及應(yīng)用層與上面介紹的“通過(guò)安全隔離裝置”的部署方案原理相同，傳輸層未使用安全隔離裝置，通過(guò)在無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸基站上加裝安全加密芯片，通過(guò)虛擬的公網(wǎng)VPN通道直接接入電力系統(tǒng)的安全接入平臺(tái)，將采集數(shù)據(jù)傳輸至內(nèi)網(wǎng)環(huán)境的主站存儲(chǔ)服務(wù)器。

4 系統(tǒng)平臺(tái)的應(yīng)用功能

4.1 告警信息監(jiān)視與處理

對(duì)于異常告警的監(jiān)測(cè)信息，系統(tǒng)進(jìn)行故障段的精準(zhǔn)定位，通過(guò)監(jiān)視屏幕視窗提醒或響鈴告警、與短信平臺(tái)接入通過(guò)短信提醒相關(guān)人員，系統(tǒng)提供異常信息及處理結(jié)果的記錄功能并進(jìn)行存儲(chǔ)，作為運(yùn)行巡視、檢測(cè)、檢修、大修的依據(jù)。

4.2 監(jiān)測(cè)信息組合監(jiān)視

主要提供狀態(tài)監(jiān)視的靈活組合功能，可以對(duì)多個(gè)設(shè)備、多個(gè)監(jiān)測(cè)類(lèi)型進(jìn)行多維度自有組合，在一個(gè)監(jiān)視界面上顯示跨監(jiān)測(cè)點(diǎn)、跨監(jiān)測(cè)類(lèi)型的多種信息，為用戶(hù)在不同應(yīng)用場(chǎng)景下提供更有針對(duì)性的狀態(tài)監(jiān)視功能。如，監(jiān)視施工區(qū)域的電纜、監(jiān)視保電區(qū)域的電纜、監(jiān)視剛剛投運(yùn)的電纜、監(jiān)視水災(zāi)地震等特殊區(qū)域的電纜；對(duì)于高溫天氣可重點(diǎn)監(jiān)視設(shè)備的溫度屬性等。

4.3 設(shè)備監(jiān)測(cè)信息綜合展示

可以在GIS地圖上，通過(guò)點(diǎn)選具體設(shè)備（電纜段、中間接頭、終端頭、電纜分支箱、接地箱、交叉互聯(lián)箱等）進(jìn)行定位，以組態(tài)圖、表格等方式展示電纜單體設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)詳細(xì)信息，可以將狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息與PMS中的其他生產(chǎn)類(lèi)信息（臺(tái)賬信息、缺陷信息、故障信息、檢修信息等）組合展示給用戶(hù)，同時(shí)提供針對(duì)單體設(shè)備的狀態(tài)評(píng)價(jià)、診斷等功能。

4.4 監(jiān)測(cè)信息綜合展示

通過(guò)GIS的集成，依托GIS圖形，以“業(yè)務(wù)主題”的方式從宏觀(guān)上展示整個(gè)電網(wǎng)電纜設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)情況?？梢园幢O(jiān)測(cè)類(lèi)型進(jìn)行分層展示，對(duì)于狀態(tài)異常的電纜段可以通過(guò)高亮、冒泡提醒或者鈴聲提醒的方式進(jìn)行告警。

4.5 監(jiān)測(cè)報(bào)表

此類(lèi)應(yīng)用提供常規(guī)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)表功能，包括監(jiān)測(cè)裝置的故障率統(tǒng)計(jì)報(bào)表、誤報(bào)率統(tǒng)計(jì)報(bào)表、覆蓋率統(tǒng)報(bào)表以及狀態(tài)告警分布和處理情況統(tǒng)計(jì)報(bào)表等，提供報(bào)表的導(dǎo)出與打印功能。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備監(jiān)測(cè)、評(píng)估、診斷、事故預(yù)警及輔助決策等的智能化管理，以信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化、可視化的智能技術(shù)保證設(shè)備運(yùn)行的安全性和可靠性，從而適應(yīng)統(tǒng)一加強(qiáng)智能電網(wǎng)發(fā)展的需求，為社會(huì)提供更加優(yōu)質(zhì)電源。

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