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

許躍 駱娟

摘要：本文探討了電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)，分析了電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在電力設(shè)備在線監(jiān)測中的應(yīng)用，研究了在電力設(shè)備在線監(jiān)測中應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

關(guān)鍵詞：電力物聯(lián)網(wǎng);傳感器技術(shù);在線監(jiān)測

中圖分類號(hào)：TM76 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）12-0036-01

1 電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)概述

1.1 電力物聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)階段，電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)主要包括四個(gè)類型：（1）信息感知技術(shù)。信息感知技術(shù)的關(guān)鍵在于感知事物，其主要由WSN無線傳感網(wǎng)絡(luò)和識(shí)別技術(shù)組成，后者主要包括RFID射頻識(shí)別、二維碼、條形碼等技術(shù)。（2）信息傳輸組網(wǎng)技術(shù)。信息傳輸組網(wǎng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵，現(xiàn)階段使用較為廣泛的為無線UN泛網(wǎng)與有線方式，前者主要包括3G、4G、GSM、RFID、LTE、WPAN等通信協(xié)議及技術(shù)，后者主要包括電力線載波通訊、光線傳感網(wǎng)等協(xié)議及技術(shù)。（3）嵌入式技術(shù)。電力物聯(lián)網(wǎng)中的嵌入式技術(shù)主要包括節(jié)點(diǎn)嵌入、輕量級(jí)處理嵌入以及分布式網(wǎng)絡(luò)嵌入等，涉及范圍極其廣泛。（4）信息安全技術(shù)。電力物聯(lián)網(wǎng)信息安全技術(shù)存在一定的特殊性，除共性的網(wǎng)絡(luò)安全問題之外，還有一些包括感知節(jié)點(diǎn)本地安全問題、感知網(wǎng)絡(luò)傳輸問題、數(shù)據(jù)信息采集安全問題等。相對(duì)來說，電力物聯(lián)網(wǎng)信息安全技術(shù)發(fā)展仍存在許多不足，泛用安全解決方案還不能百分百滿足現(xiàn)階段電力物聯(lián)網(wǎng)信息安全技術(shù)的需要。

1.2 電力物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)

（1）感知層。感知層通過傳感器控制技術(shù)、短距傳輸技術(shù)等完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集。（2）網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層是感知層與應(yīng)用層聯(lián)系的紐帶與橋梁，是信息傳輸與數(shù)據(jù)通信的通道。隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的逐步完善，網(wǎng)絡(luò)層在進(jìn)行信息傳輸與數(shù)據(jù)通信時(shí)，以光纖網(wǎng)為主，安全性、可靠性極大提升。（3）應(yīng)用層。應(yīng)用層是電力物聯(lián)網(wǎng)的終極目標(biāo)，在應(yīng)用層當(dāng)中數(shù)據(jù)信息被進(jìn)行諸如分類、整合、轉(zhuǎn)換、分析、共享等操作，以支撐不能系統(tǒng)完成工作。涉及到電網(wǎng)的發(fā)、輸、變、配、用等各個(gè)環(huán)節(jié)。

1.3 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，以支持計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)信息的處理。傳感器技術(shù)對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的作用，就如同五官之于人體，是一類感知系統(tǒng)。在電力物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下，傳感器技術(shù)的應(yīng)用主要包括六種類型：

（1）液位傳感器。液位傳感器的主要原理為流體靜力學(xué)，屬于壓力傳感器的一種，適用于電力設(shè)備的液體監(jiān)測。（2）速度傳感器。速度傳感器可以實(shí)現(xiàn)非電量變化向電量變化的轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)以速度為對(duì)象的監(jiān)測。除此之外，速度傳感器還包括加速度傳感器，這是一種測量加速力的電子設(shè)備，主要用于電力環(huán)境的監(jiān)測。（3）濕度傳感器。濕度傳感器作用的發(fā)揮主要是通過在基片處涂抹的感濕材料以形成的感濕膜。當(dāng)空氣中的水分子與感濕材料發(fā)生吸附作用后，會(huì)使阻抗、介質(zhì)常數(shù)等元件性能發(fā)生變化，從而產(chǎn)生濕敏，適用于電力設(shè)備所處環(huán)境的濕度監(jiān)測?，F(xiàn)階段濕度傳感器主要分為電阻和電容兩種形制。（4）氣敏傳感器。氣敏傳感器的監(jiān)測對(duì)象為特定氣體，適用于變壓器等部件的一氧化碳監(jiān)測。（5）紅外線傳感器。紅外線傳感器主要是利用紅外線的物理性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)無接觸式監(jiān)測，監(jiān)測對(duì)象為溫度、氣體成分等。（6）視覺傳感器。視覺傳感器適用于高像素捕捉，在工業(yè)領(lǐng)域多適用于測量定向及瑕疵檢測，在電力設(shè)備管理當(dāng)中可以幫助進(jìn)行防盜、防桿塔傾斜、防微風(fēng)振動(dòng)，以及故障定位及診斷等工作。

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

電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在電力設(shè)備在線監(jiān)測中的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在對(duì)于輸電設(shè)備和變電設(shè)備的監(jiān)測應(yīng)用管理，具體分析如下[1，2]：

2.1 對(duì)于輸電設(shè)備的在線監(jiān)測應(yīng)用

對(duì)于輸電設(shè)備的在線監(jiān)測應(yīng)用，是電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在電力設(shè)備在線監(jiān)測中應(yīng)用的重點(diǎn)內(nèi)容，主要監(jiān)測內(nèi)容以輸電設(shè)備運(yùn)行狀況及運(yùn)行環(huán)境為主，有效提升了對(duì)輸電線路發(fā)生覆冰、桿塔傾斜、導(dǎo)線風(fēng)偏垂弧等情況時(shí)的感知及預(yù)警能力，對(duì)于實(shí)現(xiàn)輸電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的動(dòng)態(tài)全時(shí)監(jiān)測有重要推動(dòng)作用。

2.2 對(duì)于變電設(shè)備的在線監(jiān)測應(yīng)用

變電設(shè)備的在線監(jiān)測應(yīng)用主要包括變壓器鐵芯電流、油色譜、GIS局放和避雷器絕緣等內(nèi)容。以電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)為基礎(chǔ)的在線監(jiān)測一方面可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行信息的高敏采集，另一方面可以實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備預(yù)試項(xiàng)目的在線化管理，從而進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的在線診斷與評(píng)估。對(duì)于推動(dòng)變電站向智能化方向發(fā)展，提升變電站安全性能監(jiān)測能力有重要意義。

3 電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在電力設(shè)備在線監(jiān)測中應(yīng)用的關(guān)鍵問題

為進(jìn)一步提升電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在電力設(shè)備在線監(jiān)測中的應(yīng)用水平，有以下關(guān)鍵問題需要處理及引起注意，具體分析如下[3]：

3.1 解決電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)應(yīng)用中的客觀問題

現(xiàn)階段，電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在應(yīng)用的過程中主要存在節(jié)點(diǎn)間通訊干擾、技術(shù)競爭力不足、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)不力等客觀問題，對(duì)于電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的深度應(yīng)用及水平提升有一定的阻礙作用。受此影響，基于電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)也存在設(shè)備故障率高、監(jiān)測不穩(wěn)定等問題。

3.2 解決數(shù)據(jù)信息無線傳感過程中的安全性問題

電力系統(tǒng)在國家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過程中具有基礎(chǔ)保障性作用，實(shí)現(xiàn)電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)在電力設(shè)備在線監(jiān)測中的應(yīng)用，首要任務(wù)是確保網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，無線傳感過程中的數(shù)據(jù)信息安全。然而現(xiàn)階段，在在線監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息無線傳感過程中，依然存在節(jié)點(diǎn)遭受破壞，非權(quán)限訪問、數(shù)據(jù)篡改等情況，發(fā)生這些問題的主要原因：一是由于通訊方式的多樣使得安全防護(hù)措施覆蓋不及，二是可靠的物聯(lián)網(wǎng)認(rèn)證機(jī)制和加密機(jī)制發(fā)展尚不成熟。

3.3 解決電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)一問題

電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)已經(jīng)在電力設(shè)備監(jiān)測等方面有所應(yīng)用，且有推廣之勢，然后現(xiàn)階段我國在相關(guān)設(shè)備器材、系統(tǒng)層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等方面都缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，這就使得設(shè)備生產(chǎn)廠家及技術(shù)支持企業(yè)的能力水平，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范沒有參考可依，造成市場的混亂，嚴(yán)重制約了在線監(jiān)測技術(shù)的規(guī)范化推廣與應(yīng)用。針對(duì)這一問題，就需要國家加大規(guī)范力度，制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，做好長遠(yuǎn)規(guī)劃，一方面針對(duì)硬件設(shè)備，另一方面針對(duì)軟件系統(tǒng)，做好質(zhì)量監(jiān)管及體系認(rèn)證工作。