配電網(wǎng)運(yùn)維管理中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用探究

詹文仲

摘 要：近些年，為了滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的生活、生產(chǎn)需求，電力企業(yè)配電網(wǎng)運(yùn)維管理開始朝著科技化、現(xiàn)代化發(fā)展。通過在運(yùn)維管理中運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，能夠更好地保障電網(wǎng)供電的效率和可靠性，可以實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)維自動(dòng)化，使配電網(wǎng)運(yùn)行管理水平得到極大提升。文章立足筆者工作經(jīng)驗(yàn)，著重論述了配電網(wǎng)運(yùn)維管理中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體運(yùn)用，僅供參考。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng);物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);運(yùn)維管理

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)愈加普及，并在各行各業(yè)中得到了廣泛運(yùn)用，將之運(yùn)用到電網(wǎng)運(yùn)維管理，則有效解決了過去電網(wǎng)設(shè)備故障發(fā)現(xiàn)困難、運(yùn)維監(jiān)測(cè)麻煩、耗時(shí)較長(zhǎng)等問題，推動(dòng)了運(yùn)維監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化發(fā)展，有利于災(zāi)害防范、故障自愈及相關(guān)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障等，使電網(wǎng)運(yùn)行安全性得到明顯提升，不但節(jié)約了成本，還提高了工作效率。同時(shí)，減輕了工作人員日常檢測(cè)電網(wǎng)的工作量。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)是通過運(yùn)用全球衛(wèi)星定位、傳感網(wǎng)及無線射頻識(shí)別等技術(shù)，采集和傳輸網(wǎng)絡(luò)信息資源，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)智能化的技術(shù)體系[1]。當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要分為傳感器技術(shù)和無線射頻識(shí)別技術(shù)（RFID）。RFID技術(shù)通過運(yùn)用非接觸數(shù)據(jù)采集技術(shù)，完成射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)的任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)數(shù)據(jù)獲取效率的提升。這種技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是壽命長(zhǎng)、容量大、體積小，不需要人工干預(yù)系統(tǒng)操作，在長(zhǎng)期跟蹤、移動(dòng)識(shí)別和非可視識(shí)別的前提下，加強(qiáng)了無線射頻技術(shù)的使用效果。傳感器技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)的關(guān)鍵，通過設(shè)定基本功能節(jié)點(diǎn)，能夠讓傳感系統(tǒng)形成檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)，使整個(gè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集、信息化及智能化的情況下，完成管理方案的確定。

2 配電網(wǎng)運(yùn)維管理中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體運(yùn)用

2.1 配電網(wǎng)運(yùn)維信息采集、融合及處理運(yùn)用

配電運(yùn)維工作涉及的配電專業(yè)較多，面臨著復(fù)雜、眾多的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行環(huán)境、多類設(shè)備和配電線路。同時(shí)，在平時(shí)運(yùn)行管理過程中需要對(duì)眾多信息進(jìn)行采集，如跌落開關(guān)、避雷器、配變、桿塔、線路等設(shè)備信息，破壞、盜竊等安全信息，以及一些會(huì)對(duì)安全運(yùn)行產(chǎn)生影響的環(huán)境量信息，如水位、水浸、環(huán)境溫濕度等。

2.1.1 設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)信息

桿塔、設(shè)備、配電線路等較為復(fù)雜，很多設(shè)備的成本并不高，使用合理的成本完成信息的廣泛采集，是目前配網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)需攻克的重要問題?，F(xiàn)如今，只能完成重要信息采集，但伴隨技術(shù)的日益發(fā)展，信息采集面也將不斷擴(kuò)大，為提高配電網(wǎng)的信息化程度，需注重以下信息的采集：

第一，工作電壓。配網(wǎng)調(diào)度與新能源接入的關(guān)鍵信息，以及自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、配網(wǎng)故障自愈的重要信息，主要是配網(wǎng)線路各分段的諧波信息、相角等。第二，線路工作電流。針對(duì)線路各分支的工作、故障電流等信息，依托無線故障電流傳感器進(jìn)行采集，通過具體分析多個(gè)電流傳感器故障電流信息，準(zhǔn)確定位故障，從信息層面促進(jìn)配網(wǎng)自愈。第三，避雷器泄露電流和動(dòng)作次數(shù)。為了預(yù)防雷擊危害，配電網(wǎng)使用了許多避雷器，動(dòng)作次數(shù)是雷擊點(diǎn)監(jiān)測(cè)的重要參考，由于配電避雷器本身成本不高，往往未進(jìn)行監(jiān)測(cè)裝置的配備，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則能夠在線監(jiān)測(cè)動(dòng)作次數(shù)、工作溫度及泄露電流。第四，配變工作狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)配變故障的及時(shí)預(yù)警，減少停電事故發(fā)生，可借助綜測(cè)傳感器對(duì)配變的殼體溫度、諧波、電壓、工作電流等信息展開實(shí)時(shí)檢測(cè)。第五，監(jiān)測(cè)智能跌落開關(guān)狀態(tài)。跌落開關(guān)動(dòng)作關(guān)系著能否實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確定位，智能跌落開關(guān)能對(duì)負(fù)荷電流進(jìn)行檢測(cè)，在配變出現(xiàn)短路或高強(qiáng)度過載時(shí)，能避免缺相運(yùn)行，自動(dòng)三相同步跌落，為新型智能配電網(wǎng)提供良好支撐[2]。

2.1.2 設(shè)備運(yùn)行的環(huán)境狀態(tài)信息

第一，環(huán)境濕度。這是配電設(shè)備工作環(huán)境不可或缺的一項(xiàng)參數(shù)信息，會(huì)對(duì)設(shè)備的凝露性能與靜電產(chǎn)生影響，濕度不達(dá)標(biāo)可能會(huì)導(dǎo)致一些故障發(fā)生，如凝露故障。第二，環(huán)境溫度。采集溫度信息，有助于設(shè)備工作環(huán)境狀態(tài)的良好監(jiān)測(cè)，保證電力設(shè)備工作在額定范圍內(nèi)，不會(huì)因?yàn)闇囟瘸瑯?biāo)致使故障發(fā)生。第三，風(fēng)速風(fēng)向。對(duì)變電站的風(fēng)速風(fēng)向做實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，能使設(shè)備高空運(yùn)行安全得以保障，同時(shí)有助于保障高空檢修作業(yè)安全。第四，地面水浸。大部分配電網(wǎng)設(shè)備都不能泡水，若工作環(huán)境出現(xiàn)漏水情況，可能會(huì)引發(fā)一些嚴(yán)重事故。因此，對(duì)于變電站運(yùn)維而言，對(duì)控制室內(nèi)、電纜溝是否存在浸水展開實(shí)時(shí)監(jiān)控十分重要。第五，雨量。對(duì)于暴雨時(shí)段的防洪和運(yùn)維而言，配電線路的雨量監(jiān)測(cè)發(fā)揮著一定作用，過大的雨量可能會(huì)致使人工無法及時(shí)處理被淹的配電設(shè)施[3]。

2.2 有效監(jiān)測(cè)配電網(wǎng)狀態(tài)

一般，配電網(wǎng)運(yùn)維管理現(xiàn)場(chǎng)缺少供電和通信資源，就算擁有上述資源，也要著手開挖地溝和線纜布設(shè)等，而這些問題都可借助傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)予以有效解決，以下為具體的運(yùn)用案例。

首先，配電網(wǎng)冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到配電網(wǎng)運(yùn)維管理過程中，運(yùn)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)的振動(dòng)和軸溫展開監(jiān)測(cè)，降低監(jiān)測(cè)成本。傳感器的組成部分較多，如3軸MEMS加速度傳感器、高溫鋰電池、微功耗溫度傳感器、MCU等。軸溫的實(shí)時(shí)監(jiān)控依托微功耗溫度傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)，MCU定時(shí)啟動(dòng)3軸MEMS加速度傳感器，監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)軸的3維振動(dòng)信息，然后把3軸振動(dòng)和軸溫信息，通過RF鏈路傳送到系統(tǒng)后臺(tái)主機(jī)，環(huán)境溫度結(jié)合后臺(tái)軟件，獲得風(fēng)機(jī)軸溫升，通過比較風(fēng)機(jī)振動(dòng)量變化趨勢(shì)、同類風(fēng)機(jī)溫升和振動(dòng)值、風(fēng)機(jī)軸溫升，能夠更好地預(yù)警冷卻風(fēng)機(jī)的故障情況，及時(shí)更換出現(xiàn)損壞前兆的部件，以免發(fā)生故障。

其次，電容器故障的良好預(yù)警。電容器鼓肚時(shí)有發(fā)生，并且出現(xiàn)這種故障后只能進(jìn)行更換而無法修復(fù)，基本上多數(shù)電容器故障都會(huì)出現(xiàn)溫度升高情況。因此，對(duì)其外殼形變與運(yùn)行溫升進(jìn)行監(jiān)測(cè)，能夠有效實(shí)現(xiàn)電容器故障預(yù)警。

無線形變-溫度傳感器組成部分同樣較多，如微功耗MCU、2.45GHz數(shù)字RF收發(fā)器、高溫鋰亞電池、半導(dǎo)體應(yīng)變片及數(shù)字溫度傳感器等，擁有形變與溫度測(cè)量功能，如圖1所示。圖1中在X軸正反面粘貼有應(yīng)變片1與2，在Y軸正反面粘貼著應(yīng)變片3與4。無線形變-溫度傳感器，主要用于變壓器、電容器等設(shè)備的殼體形變與溫度監(jiān)測(cè)。在二維應(yīng)變感應(yīng)橋進(jìn)行應(yīng)變片粘貼，再于結(jié)構(gòu)件表面粘接，并將之設(shè)計(jì)為“十”字結(jié)構(gòu)，圍繞中心延伸出對(duì)稱的四個(gè)支臂，以保證結(jié)構(gòu)間表面能夠粘接牢固[4]。在相鄰的兩個(gè)支臂上進(jìn)行應(yīng)變片電橋安裝，每個(gè)支臂正反面應(yīng)變片各粘貼一片，此種方式有助于減少測(cè)量結(jié)果受應(yīng)變片溫度系數(shù)的過多影響，避免形變測(cè)量值溫度誤差較高。每組應(yīng)變片電橋?qū)σ粋€(gè)軸的形變參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，兩組應(yīng)變片電橋能對(duì)X軸與Y軸的形變參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，即正交軸網(wǎng)的形變參數(shù)。在二維應(yīng)變感應(yīng)橋相同支臂正反面粘貼的兩個(gè)應(yīng)變片，借助運(yùn)算放大電路得到形變信號(hào)展開放大，利用ADC功能模塊對(duì)形變信號(hào)值做采集并進(jìn)行溫度值采集，最后將形變值計(jì)算出來?？傊?，通過無線形變-溫度傳感器，能對(duì)電容器殼體的形變和溫升參數(shù)做有效檢測(cè)，通過對(duì)比同組電容器和歷史參數(shù)，能及早發(fā)現(xiàn)亞健康的電容器進(jìn)行及時(shí)預(yù)警，以免出現(xiàn)停電事故，確保運(yùn)維管理工作的質(zhì)量及效率，降低運(yùn)維成本。

2.3 巡檢智能化

在科學(xué)技術(shù)支撐下，智能化巡檢逐步替代了人工巡檢，針對(duì)配電網(wǎng)的電力巡檢管理，能夠依托物聯(lián)網(wǎng)的GPS（全球定位系統(tǒng)）、RFID（射頻識(shí)別）、無線通信網(wǎng)、地理信息系統(tǒng)等設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)控各電氣的運(yùn)行、電網(wǎng)線路的運(yùn)行狀態(tài)及電網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境，然后結(jié)合識(shí)別標(biāo)簽幫助設(shè)備定位，完成人員到崗監(jiān)督，進(jìn)而使監(jiān)督人員能夠根據(jù)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的工作流程展開標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)及輔助狀態(tài)檢修，使電網(wǎng)運(yùn)維管理的效能得到良好保障。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，其在配電網(wǎng)運(yùn)維管理中將擁有更為廣泛的運(yùn)用范圍，使配電網(wǎng)運(yùn)維工作打破地理位置制約，更便捷地實(shí)現(xiàn)信息交流。因此，當(dāng)前發(fā)展的主要方向即為智能配電網(wǎng)運(yùn)維。智能配電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的良好結(jié)合，能夠有效掃除電力能源調(diào)配工作中的障礙，提高資源配置的合理性。所以，需要相關(guān)人員不斷加強(qiáng)這方面的研究力度。

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