電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

王 彬，謝 靜

（國(guó)網(wǎng)山東魚(yú)臺(tái)縣供電公司，山東 魚(yú)臺(tái) 272300）

0 引言

物聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今非常火熱的一個(gè)話題。事實(shí)上，物聯(lián)網(wǎng)出現(xiàn)的時(shí)間的確比較短暫， 然而在信息化的時(shí)代，一項(xiàng)新的事物出現(xiàn)往往伴隨著爆炸式的發(fā)展，進(jìn)入人們的生活和各行各業(yè)中。當(dāng)年的互聯(lián)網(wǎng)是這樣，如今物聯(lián)網(wǎng)也在一步步走著互聯(lián)網(wǎng)曾經(jīng)走過(guò)的路線。 物聯(lián)網(wǎng)的傳感器技術(shù)如何運(yùn)用在電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)中，是需要研究的一個(gè)課題。

1 什么是物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，縮寫(xiě) IoT）是互聯(lián)網(wǎng)、傳統(tǒng)電信網(wǎng)等信息承載體， 讓所有能行使獨(dú)立功能的普通物體實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)［1］。 簡(jiǎn)而言之，就是可以將身邊的萬(wàn)事萬(wàn)物用信息的方式連接起來(lái)，換句話來(lái)說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)其實(shí)就相當(dāng)于互聯(lián)網(wǎng)的延伸， 而與互聯(lián)網(wǎng)不同的是，物聯(lián)網(wǎng)的終端發(fā)生了變化。以互聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)，其終端是計(jì)算機(jī)，例如PC、服務(wù)器等。 除了計(jì)算機(jī)之外，互聯(lián)網(wǎng)沒(méi)有其他終端，導(dǎo)致互聯(lián)網(wǎng)雖然強(qiáng)大，但是由于終端的限制，讓其在很多情況下都有了一定的限制［2］。 這樣的限制由其根本的運(yùn)轉(zhuǎn)方式?jīng)Q定， 在這種情況下， 為了更加方便人們的生產(chǎn)生活，互聯(lián)網(wǎng)必須做出一定的改變。

互聯(lián)網(wǎng)最大的短板或者限制就是源自于其終端太過(guò)固定。 因此，在此基礎(chǔ)上，人們將目光轉(zhuǎn)向了是否能夠?qū)⒔K端進(jìn)行移動(dòng)， 或者說(shuō)能否讓互聯(lián)網(wǎng)脫離終端的限制，以此為前提，物聯(lián)網(wǎng)的概念應(yīng)運(yùn)而生。

物聯(lián)網(wǎng)的改變是從終端開(kāi)始的。在物聯(lián)網(wǎng)中，終端并不僅限制在計(jì)算機(jī)上， 而是轉(zhuǎn)向嵌入式計(jì)算機(jī)以及和其匹配的傳感器。在這種情況下，任何事物都有可能將其數(shù)據(jù)化并上傳至網(wǎng)絡(luò)， 一旦事物的信息在網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)， 那么在遠(yuǎn)程對(duì)其進(jìn)行監(jiān)控甚至操作也就是一件順理成章的事情。

很多人認(rèn)為物聯(lián)網(wǎng)是一種距離生活非常遙遠(yuǎn)的東西，其實(shí)不然，現(xiàn)在很多地方都有物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用。 物聯(lián)網(wǎng)中很重要的一環(huán)便是無(wú)線傳感器（一般叫做 Zigbee）［3］。例如在倫敦奧運(yùn)會(huì)期間，智能垃圾桶引起了很多人的興趣與關(guān)注。 這個(gè)垃圾桶的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是在垃圾桶中內(nèi)置一個(gè)傳感器， 在感應(yīng)到垃圾桶滿了后便通知衛(wèi)生清理部門(mén)對(duì)其進(jìn)行清理。 這便是物聯(lián)網(wǎng)在平時(shí)生活中的應(yīng)用。

2 電力物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)

上文闡述了物聯(lián)網(wǎng)的一些基本概念， 運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)中行業(yè)非常多，本文闡述物聯(lián)網(wǎng)在電力中的應(yīng)用。

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)核心組成元件之一， 在萬(wàn)物互聯(lián)的前提下， 能夠感知并且進(jìn)行反饋的儀器便是傳感器。傳感器種類非常多，且傳感器的分類也各不相同，其中最常用的傳感器通常為以下幾種［4］。

影像傳感器（Image Sensor）可從一整幅圖像捕獲光線的數(shù)以千計(jì)圖元， 基本原理是透過(guò)光電效應(yīng)將光線能量轉(zhuǎn)換成電荷，光線越強(qiáng)電荷越多，這些電荷就成為判斷光線強(qiáng)弱的依據(jù)。 影像傳感器應(yīng)用領(lǐng)域包括工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用，如檢驗(yàn)、計(jì)量、測(cè)量、定向、瑕疵檢測(cè)。未來(lái)技術(shù)發(fā)展方向?qū)⒊秃碾娏?、更廣光線波長(zhǎng)擷取范圍、更高精密度檢測(cè)辨識(shí)、更快檢測(cè)辨識(shí)速度等邁進(jìn)。

壓力傳感器（Pressure Sensor）是檢測(cè)氣體或液體之壓力強(qiáng)度，并將壓力強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)，已廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自動(dòng)控制環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自動(dòng)控、航空航太等。未來(lái)技術(shù)將朝著更微型MEMS 腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、更高靈敏度檢測(cè)能力發(fā)展。

位置傳感器（Position Sensor）主要應(yīng)用于機(jī)器人控制系統(tǒng)，如線性編碼器、旋轉(zhuǎn)編碼器、伺服馬達(dá)等。技術(shù)發(fā)展是朝著更高精確度控制、加速度感測(cè)控制、更微型MEMS 腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方向前進(jìn)。

位移傳感器（Level Sensor）又稱為線性傳感器，分為電感式位移傳感器、電容式位移傳感器、光電式位移傳感器、超音波式位移傳感器、霍爾式位移傳感器， 主要應(yīng)用在自動(dòng)化裝備生產(chǎn)線對(duì)模擬量的智能控制。技術(shù)發(fā)展朝著更微型MEMS 腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、非接觸檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)、數(shù)位式檢測(cè)技術(shù)開(kāi)發(fā)、更高精確度控制等方向演進(jìn)。

力量傳感器（Force Sensor）是用來(lái)檢測(cè)氣體、固體、液體等物質(zhì)間相互作用力的傳感器，多應(yīng)用在力度檢測(cè)，如機(jī)器人手臂抓取物件力度大小的控制。技術(shù)發(fā)展朝著更低耗電量、更快的檢測(cè)反應(yīng)時(shí)間、更高精確度檢測(cè)辨識(shí)等方向前進(jìn)。

氣體傳感器（Gas Sensor）能針對(duì)可燃性氣體、毒性氣體成分進(jìn)行測(cè)定，并將其轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)，可用于工業(yè)自動(dòng)化、礦產(chǎn)資源探測(cè)、氣象觀測(cè)和遙測(cè)、生鮮保存、防盜、節(jié)能等領(lǐng)域。 技術(shù)發(fā)展朝著更快的監(jiān)測(cè)反應(yīng)時(shí)間、更短的監(jiān)測(cè)距離、更多氣體類型連續(xù)監(jiān)測(cè)等方向精進(jìn)。

半導(dǎo)體傳感器（Semiconductor Sensor）系利用半導(dǎo)體材料各種物理、化學(xué)和生物學(xué)特性制成的傳感器。 應(yīng)用領(lǐng)域涵蓋工業(yè)自動(dòng)化、遙測(cè)、工業(yè)型機(jī)器人、家用電器、環(huán)境污染監(jiān)測(cè)、醫(yī)療保健、醫(yī)藥工程、生物工程等。技術(shù)發(fā)展朝著更微型MEMS 腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、更高靈敏度檢測(cè)能力、降低制造成本等方向邁進(jìn)。

光纖傳感器（Fiber Optic Sensor）可將來(lái)自光源的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器（Modulator），使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后， 導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號(hào)光，再經(jīng)過(guò)光纖送入光探測(cè)器，經(jīng)解調(diào)后獲得被測(cè)參數(shù)。主要用于工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，如磁力、聲波、壓力、溫度、加速度、陀螺儀、位移、液體、轉(zhuǎn)矩、聲光、電流及應(yīng)變力等物理量之檢測(cè)。技術(shù)發(fā)展朝著更短監(jiān)測(cè)距離、提高量測(cè)光能量強(qiáng)度的準(zhǔn)確性等方向精進(jìn)。

在電力領(lǐng)域需要根據(jù)這些傳感器的特點(diǎn)分別在不同的場(chǎng)合進(jìn)行使用，這樣有利于應(yīng)對(duì)綜合的場(chǎng)景，并且能夠?qū)?fù)雜的情況進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。

3 電力物聯(lián)網(wǎng)在監(jiān)測(cè)設(shè)備中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)在電力中的應(yīng)用有很多方面， 總的來(lái)說(shuō)在有4 層構(gòu)架，分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺(tái)層和應(yīng)用層［5］。 這 4 個(gè)層面是相輔相成的，其中串聯(lián)這 4 個(gè)層面的便是數(shù)據(jù)。而在這4 個(gè)層面中，電力物聯(lián)網(wǎng)傳感技術(shù)主要存在于感知層和網(wǎng)絡(luò)層。

首先是感知層， 感知層其中較為重要的就是關(guān)于現(xiàn)場(chǎng)情況的收集，而在物聯(lián)網(wǎng)下，感知層中的物聯(lián)網(wǎng)運(yùn)用主要是組織信息采集的工具， 這些工具往往能夠不間斷對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)控， 同時(shí)具有一定的檢測(cè)能力。一旦現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)問(wèn)題能夠快速進(jìn)行反饋，以此減小損失或者防范問(wèn)題等。

其次就是網(wǎng)絡(luò)層， 網(wǎng)絡(luò)層起到一個(gè)居中調(diào)節(jié)的作用。這就好比人體的器官，比如一個(gè)人手碰到了東西， 這個(gè)時(shí)候手的觸碰就會(huì)通過(guò)人體的神經(jīng)向中樞反應(yīng)，隨后人的大腦會(huì)對(duì)這種情況進(jìn)行處理，以此做出反應(yīng)。 在這個(gè)過(guò)程中，人手好比現(xiàn)場(chǎng)的傳感器，它像人手一樣，對(duì)外界的刺激有一定的處理能力。但是其主要還是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層向平臺(tái)進(jìn)行反饋， 這個(gè)時(shí)候網(wǎng)絡(luò)就相當(dāng)于人體的神經(jīng)系統(tǒng)， 能夠快速將信息進(jìn)行傳遞。 所以，網(wǎng)絡(luò)層是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它關(guān)系到電力物聯(lián)網(wǎng)能否及時(shí)做到反饋。因此，需要完整鋪設(shè)。

3.1 全面鋪設(shè)

電力設(shè)備錯(cuò)綜復(fù)雜，其覆蓋面積非常大。 在這樣的條件下， 想要做到全面鋪設(shè)是一個(gè)非常困難且非常巨大的工作，在這樣的背景中，能夠形成一個(gè)完整的傳感器網(wǎng)絡(luò)，所需完成的工作時(shí)間長(zhǎng)，工作強(qiáng)度大。

然而， 這樣巨大的工作量又不是可以隨便取消的，就電力設(shè)備來(lái)說(shuō)，一旦傳感器鋪設(shè)完成，便完全可以做到所有電力節(jié)點(diǎn)都在控制中，省去了排查、檢修的消耗。 以前電力在這方面的投入都是屬于一個(gè)天文數(shù)字，當(dāng)完整的監(jiān)測(cè)設(shè)備形成后，對(duì)成本的控制來(lái)說(shuō)無(wú)疑是提高了不止一個(gè)層面。

全面鋪設(shè)能夠有效提高效率。 現(xiàn)在社會(huì)的發(fā)展使電力成為和所有人息息相關(guān)的一個(gè)產(chǎn)業(yè)， 而電力效率直接和所有人的生活掛鉤，在這種情況下，高效快捷的完成工作，對(duì)未來(lái)而言都是一個(gè)巨大的壯舉。

3.2 網(wǎng)絡(luò)傳輸

網(wǎng)絡(luò)直接決定了傳感器的反饋能否得到解決［6］。首先便是物聯(lián)網(wǎng)一旦建成， 其中海量的信息流必須能夠得到足夠的上傳以及接受， 一旦網(wǎng)絡(luò)端口出現(xiàn)問(wèn)題不僅效率出現(xiàn)問(wèn)題，甚至使一部分信息遺失。對(duì)物聯(lián)網(wǎng)來(lái)說(shuō)， 信息的遺失直接讓整個(gè)系統(tǒng)成為花架子。因此，一個(gè)成熟且堅(jiān)挺的網(wǎng)絡(luò)搭建是構(gòu)成電力物聯(lián)網(wǎng)不可或缺的一部分。

3.3 傳感器檢修

傳感器也是一種機(jī)械， 出現(xiàn)在普通機(jī)械上的問(wèn)題也一定會(huì)出現(xiàn)在傳感器上。 電力的鋪設(shè)往往在各種不同的環(huán)境中其所受到環(huán)境的考驗(yàn)往往是極端的。

傳感器要能夠經(jīng)受住長(zhǎng)期極端環(huán)境的考驗(yàn)，因此在選擇的過(guò)程中不僅要考慮其功能， 更重要的是對(duì)傳感器的質(zhì)量、檢修難度等進(jìn)行綜合的考慮。

首先是質(zhì)量， 質(zhì)量?jī)?yōu)的傳感器工作年限大大增加，能有效節(jié)約成本。 傳感器在鋪設(shè)的過(guò)程中簡(jiǎn)單，從而降低鋪設(shè)的難度。

其次是檢修的難度問(wèn)題。 目前專門(mén)從事傳感器檢修的人才偏少，在這種情況下，一旦傳感器出現(xiàn)問(wèn)題，檢修就成為了難度很大的一部分。 所以，傳感器的檢修難度一定要控制在一定的范圍之內(nèi)， 只有這樣才能有效的對(duì)傳感器進(jìn)行整修， 以此適應(yīng)當(dāng)前的情況。

傳感器的復(fù)雜化以及功能多樣化必然是日后傳感器發(fā)展的主流，在這樣的背景下，傳感器的簡(jiǎn)單操作也只是一個(gè)過(guò)渡的環(huán)節(jié)， 只有培養(yǎng)足夠多的人才才能適應(yīng)未來(lái)的變化， 所以人才的培養(yǎng)也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

3.4 配套設(shè)施

物聯(lián)網(wǎng)的誕生催生了一批傳感器制造企業(yè)，在這樣的大背景下，與之配套的產(chǎn)品遲早會(huì)出現(xiàn)。在這種情況下， 如何選擇配套設(shè)施的使用以及在這種情況下與配套公司的合作就成為了重中之重， 能夠形成完整的配套企業(yè)， 并且能夠根據(jù)這種變化不斷改變的企業(yè)才應(yīng)該是未來(lái)合作的重點(diǎn)。

4 電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題解決

綜上所述，在當(dāng)前的電力設(shè)備檢測(cè)之中，存在的主要問(wèn)題：第一是出現(xiàn)問(wèn)題不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)；第二是發(fā)現(xiàn)故障之后不能夠?qū)ζ湓蜻M(jìn)行探究； 第三則是人手缺乏，導(dǎo)致維修不夠及時(shí)；最后就是在電力監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題到問(wèn)題反饋的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。

針對(duì)以上的問(wèn)題，電力物聯(lián)網(wǎng)能夠很好對(duì)問(wèn)題進(jìn)行解決。 首先就是在架設(shè)傳感器的時(shí)候，可以大規(guī)模進(jìn)行鋪設(shè)。 傳感器鋪設(shè)工作難度不大，成本也不高，所以可以大規(guī)模使用。 一旦使用，傳感器能夠在短時(shí)間對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控，出現(xiàn)問(wèn)題能夠短時(shí)間對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)。 由于情況的不同，主要使用的傳感器應(yīng)該搭配使用，例如在內(nèi)部裝半導(dǎo)體傳感器，能夠?qū)﹄娏M(jìn)行監(jiān)控；在外部可以裝力量傳感器或者光纖傳感器，這樣做的好處就是能夠短時(shí)間對(duì)問(wèn)題發(fā)生原因進(jìn)行分析，從而能夠?qū)ΜF(xiàn)場(chǎng)中出現(xiàn)的情況有針對(duì)性地安排工作人員。 通過(guò)傳感器的裝載， 能夠有效提升對(duì)電力網(wǎng)絡(luò)中存在問(wèn)題的解決。

其次則是傳感器的使用能夠大大降低對(duì)人員的需求。以往需要電力人員對(duì)電力問(wèn)題進(jìn)行解決，由于電力設(shè)備出現(xiàn)故障檢修較為困難， 因此會(huì)消耗大量的時(shí)間。隨著傳感器的應(yīng)用，由于能夠短時(shí)間對(duì)故障進(jìn)行確認(rèn)，因此人員的需求也會(huì)大大減少。

最后則是物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前使用的反饋接收主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此相比起傳統(tǒng)的方式，網(wǎng)絡(luò)能夠有著更加寬泛的使用條件，在使用的時(shí)候，能夠通過(guò)實(shí)時(shí)反饋，讓電力網(wǎng)絡(luò)更加統(tǒng)籌、協(xié)調(diào)。

5 結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)是未來(lái)的大勢(shì)所趨，其在節(jié)省人工、提高效率等方面的優(yōu)勢(shì)無(wú)可比擬。 同時(shí)能夠讓人們快速反應(yīng)工作中存在的問(wèn)題。