泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站中的應用與展

張平

摘要：隨著人們生活水平的提高，對電力的要求不斷提高。智能變電站是建設運營好堅強智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關鍵技術節(jié)點。闡述了智能變電站的概念、結構和主要技術，討論了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特征及其體系架構，提出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站的應用場景，基于調研和實踐提出了在故障診斷、在線監(jiān)測、智能運維、安防監(jiān)控等方面的具體應用方案。

關鍵詞：智能變電站;泛在電力物聯(lián)網(wǎng);關鍵技術;應用與展望

引言

國家電網(wǎng)有限公司提出了“三型兩網(wǎng)、世界一流”的戰(zhàn)略目標，即瞄準世界一流，打造樞紐型、平臺型和共享型企業(yè)，建設運營好堅強智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。這一目標推動了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應用于智能變電站建設與運營更顯迫切。但目前泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站建設中的研究和應用均還處于起步階段。首先闡述分析智能變電站的概念、體系結構和主要關鍵技術，然后闡述泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特征及其體系架構，在此基礎上提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站的應用場景，最后在調研和實踐基礎上提出應用思路，并對后續(xù)應用研究進行展望，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站中更深一步應用研究提供基礎。

1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)（Internetofthings，IoT）是通過傳感系統(tǒng)將目標物體接入網(wǎng)絡，實現(xiàn)從原有的人與人間的隨時隨地連接，擴展到多元目標物體間針對性的按需信息獲取、傳輸、存儲、決策等定制化服務“IoT2020”指出，在物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展和5G商業(yè)應用的即將普及背景下，未來5～10a，全球物聯(lián)網(wǎng)將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。

電力行業(yè)中的物聯(lián)網(wǎng)是1種實現(xiàn)周圍環(huán)境、電網(wǎng)人員和設備設施的感知識別與互聯(lián)控制的網(wǎng)絡系統(tǒng)。其本質是實現(xiàn)各類感知設備與通信資源的融合，形成具有自我標識、感知和智能處理的物理實體。通過互動協(xié)作，可實現(xiàn)各物理實體之間的感知交互和反饋控制，進一步構建高度智能的電力生產服務體系。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的核心理念是應用移動互聯(lián)、人工智能等先進信息、通信技術，實現(xiàn)發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)、電力用戶;供應商與其各個環(huán)節(jié)所涉及的設備、人員之間的互聯(lián)與交互。其以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)揮平臺與共享作用，通過泛在感知、可靠通信及高性能信息處理與高級電力應用，實現(xiàn)電網(wǎng)各環(huán)節(jié)“能源流、業(yè)務流、數(shù)據(jù)流”的一體化融合，幫助電力系統(tǒng)提升運行穩(wěn)定性，提高運行效率。

2面向變電站的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關鍵技術

2.1物聯(lián)網(wǎng)技術在電力系統(tǒng)變電環(huán)節(jié)中的應用

在電力系統(tǒng)的變電環(huán)節(jié)中融入物聯(lián)網(wǎng)技術可以大幅簡化變電環(huán)節(jié)的各項操作步驟，利用變電站內部的多種傳感器可以精確控制電壓和電流的轉換并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化收集，從而減少人工成本的消耗。變電站在運行過程中需要維持穩(wěn)定，因此工作人員需要周期性的進行例行排查和維護，減少變電站的各種運行隱患。通過5G技術和物聯(lián)網(wǎng)的融合，可以實現(xiàn)對變電站信息的時刻檢測，并且有效的提高了工作人員檢查變電站的效率，可以在地下電纜中植入各種數(shù)據(jù)傳感器，利用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)電纜的實時監(jiān)控，在出現(xiàn)故障時可以迅速收集故障信息并呈報到后臺監(jiān)管人員的數(shù)據(jù)終端。

2.2電氣線路跳閘故障監(jiān)測

傳統(tǒng)的故障檢修需要人力對故障位置進行檢查來解決該問題，由于電氣線路越復雜，故障排除就越困難。但通過實施泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，故障的監(jiān)測和檢測可以自動跟蹤，與故障相關的所有信息都是自動發(fā)送，如：使用指定的傳感器檢測電流和電壓水平，對于電流值使用霍爾電流傳感器將其串聯(lián)在線路上以捕捉通過線路的電流值。電壓偏差規(guī)則（VDR）被用作傳感器來收集電壓讀數(shù)并由處理器進行分析，然后發(fā)送到監(jiān)控單元。電流值將自動以圖形形式顯示。對于故障情況，將電流值與預設值進行比較，如果電流值達到或超過預設值，系統(tǒng)將觸發(fā)保護裝置，并將故障信息發(fā)送給監(jiān)控裝置。。

2.3感知設備層關鍵技術

感知設備層的狀態(tài)感知終端由邊緣計算單元、集成感知序列、設備級感知網(wǎng)絡和傳感器組成，如圖1所示。邊緣計算單元負責對變電站周圍環(huán)境、實時狀態(tài)、行為動作和電氣參量的全面融合，實現(xiàn)對變電站內各設備本體及運行環(huán)境的深度感知，進一步對風險預警、多參量主動觸發(fā)及多設備聯(lián)合分析信息進行推送。集成感知序列中各基本單元可通過Ethernet網(wǎng)絡或GPS實現(xiàn)分布式同步采樣，將紅外探測、視頻監(jiān)控、局放監(jiān)測、聲音氣味檢測等傳感功能融合起來，實現(xiàn)對變電站內現(xiàn)場設備的非接觸式感知測量，進而對變電站內異常設備所在區(qū)域進行定位。集成感知序列單元還可以作為設備級的邊緣計算單元，通過藍牙、ZigBee等設備級感知網(wǎng)絡與變壓器油色譜、聲音振動、變電站GIS超聲、容性設備介損等變電站設備級傳感器進行數(shù)據(jù)交互。當感知到設備出現(xiàn)過熱、水浸、著火等異常工況時，系統(tǒng)可根據(jù)預設閾值自動啟動空調、風機、水泵等輔控設備。

2.4設備故障智能診斷

變電站內設備運行工況復雜，會因力、熱、電等多種因素導致設備異常，故障機理復雜，需要明確給出故障判據(jù)。在變電站設備故障智能診斷方面，通過將大量不同場景的故障案例上傳至平臺應用層，利用人工智能手段分析變壓器、GIS等不同設備的故障/異常診斷判據(jù)并建立相應的判斷規(guī)則。通過泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將判斷算法發(fā)送至變電站感知設備層計算單元模塊;計算單元模塊分別與變壓器、GIS設備上的傳感器進行數(shù)據(jù)交互，及時感知設備數(shù)據(jù)信息，排查疑似異常情況，并通過集成感知序列單元和變壓器、GIS設備本體監(jiān)測時間、空間的變化，對故障設備進行協(xié)同分析診斷并準確定位。

2.5設備環(huán)境類監(jiān)測應用

環(huán)境監(jiān)測應用主要有火災報警、水浸、SF6氣體監(jiān)測以及環(huán)境溫濕度、雨量、氣壓、風向監(jiān)測等?；馂膱缶O(jiān)測通過煙霧傳感器、溫度傳感器和圖像監(jiān)控共同實現(xiàn)，若溫度過高且煙霧濃度較大，可結合圖像監(jiān)控設備，及時確定火災點并觸發(fā)報警系統(tǒng)，啟動滅火裝置;水浸監(jiān)測是對站內地面或埋電纜處的水量進行監(jiān)測，若發(fā)現(xiàn)積水，啟動自動排水裝置并將信號發(fā)送給工作人員;SF6氣體監(jiān)測是通過傳感器監(jiān)測空氣中有毒氣體和氧氣的濃度，若有毒氣體濃度過高，需對排風裝置發(fā)出排風命令并發(fā)出報警信號，提醒工作人員暫時不要靠近。

結語

能變電站作為智能電網(wǎng)的關鍵環(huán)節(jié)，也是建設運營好堅強智能電網(wǎng)的重中之重，因此，將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應用于智能變電站的建設和運維前景廣闊。本文首先闡述了智能變電站的概念、體系結構和關鍵技術，然后對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特征及其體系架構進行討論，在此基礎上提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站的應用場景，最后基于調研和實踐提出了諸如在故障診斷、在線監(jiān)測、智能運維、安防監(jiān)控等方面的具體應用方案，并進行了展望，旨在為后續(xù)研究和應用奠定基礎。

參考文獻：

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