物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的配電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

張健 張志侃 張晨

摘要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)對(duì)電力的需求也逐漸增加，這有效地推動(dòng)了電力企業(yè)的發(fā)展。配電網(wǎng)直接聯(lián)系用戶，其可靠供電能力和供電質(zhì)量既是電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的直接體現(xiàn)，又對(duì)應(yīng)著不可估量的社會(huì)效益。配電線路在線監(jiān)測(cè)作為配電自動(dòng)化的一個(gè)重要內(nèi)容，對(duì)提高供電可靠性有很大影響，也得到了越來越多的重視。本文就物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的配電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用展開探討。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);配電線路;在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

引言

配電線路發(fā)生故障后，采用傳統(tǒng)巡線方式查找故障點(diǎn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，要改變這種現(xiàn)狀，必須依托現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)、在線監(jiān)視自動(dòng)測(cè)量技術(shù)和地理信息技術(shù)等，建立一套完善的配電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并集成PMS系統(tǒng)、GIS平臺(tái)、配網(wǎng)搶修平臺(tái)、配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)配電線路運(yùn)行狀況在線監(jiān)測(cè)和故障實(shí)時(shí)告警，快速定位配電線路故障位置，協(xié)助搶修人員迅速趕赴現(xiàn)場(chǎng)，排除故障，及時(shí)恢復(fù)正常供電，從而達(dá)到故障告警實(shí)時(shí)化、配電線路監(jiān)測(cè)可視化、配網(wǎng)搶修智能化、數(shù)據(jù)分析自動(dòng)化、線路運(yùn)行管理精細(xì)化的目的，進(jìn)而大大提高搶修人員的工作效率，提升供電可靠性。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物體連接的網(wǎng)絡(luò)。但物聯(lián)網(wǎng)連連接的不僅是物體與物體，還可以對(duì)物體和人進(jìn)行連接。但是無論是哪種方式連接，都需要接入無線網(wǎng)絡(luò)中，才能充分發(fā)揮其作用。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是通過信息傳感設(shè)備與互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的管理和識(shí)別。物聯(lián)網(wǎng)是利用網(wǎng)絡(luò)，使物體實(shí)現(xiàn)智能化的一種管理檢測(cè)系統(tǒng)模式。物聯(lián)網(wǎng)模式應(yīng)用在輸配電線路中，可以更好的檢測(cè)線路出現(xiàn)故障及問題，以便于及時(shí)的排出故障。由于智能化是未來科技發(fā)展的重要方向，智能電網(wǎng)也是在不斷發(fā)展過程中。因此，要掌握物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)的基礎(chǔ)上，科學(xué)的運(yùn)用在實(shí)際生活和工作中，使物與物以及人與物進(jìn)行信息聯(lián)通。物聯(lián)網(wǎng)具有以下特點(diǎn)：（1）物聯(lián)網(wǎng)具有感知性的特點(diǎn)，可以收集物體信息。（2）物聯(lián)網(wǎng)具有互通性的特點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)可以對(duì)接入網(wǎng)絡(luò)的物品進(jìn)行信息的查詢和共享。（3）物聯(lián)網(wǎng)具有智能化的特點(diǎn)，這也是其最主要的特點(diǎn)，物聯(lián)網(wǎng)可以利用智能計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)物品的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，這極大的節(jié)省了人力成本，提升了其自動(dòng)控制能力，有效提高智能化決策水平。

2 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成

2.1故障指示器及其與終端通信的方式

故障指示器用于監(jiān)測(cè)架空線路或電纜的負(fù)荷電流、對(duì)地電場(chǎng)強(qiáng)度、故障電流、線纜溫度等，故障指示器到終端的通信采用雙向短距離無線調(diào)頻（跳頻）通信方式進(jìn)行，各終端廠家采用私有的通信規(guī)約，使用420MHz～470MHz無線頻段（自動(dòng)跳頻），通信范圍約10m。

2.2主站系統(tǒng)

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主站是實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行、管理、故障分析等主要應(yīng)用的載體，主站通過通信系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集配電終端（FTU）的各項(xiàng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路的故障研判和定位，形成告警信息。同時(shí)，完成與PMS系統(tǒng)、GIS平臺(tái)、配網(wǎng)搶修平臺(tái)、配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互，它具備常規(guī)自動(dòng)化系統(tǒng)的配電主站和配電子站的部分功能。

2.3通信終端及遠(yuǎn)程通信信道

通信信道主要采用GPRS/CDMA等接入點(diǎn)名稱（APN）無線專網(wǎng)模式;采用國網(wǎng)通信規(guī)約（《國網(wǎng)電力公司配電線路數(shù)據(jù)采集終端通信協(xié)議》），通信要求支持電力公司專網(wǎng)SIM卡，實(shí)時(shí)在線（加電自動(dòng)上線，掉電恢復(fù)后自動(dòng)重?fù)埽?。通信終端主要由采集模塊與通信模塊組成，主要功能是采集故障指示器發(fā)送的數(shù)據(jù)并進(jìn)行本地故障分析，然后將采集數(shù)據(jù)與故障告警由通信模塊發(fā)送給主站。根據(jù)《國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)信息安全防護(hù)總體方案》要求，終端須安裝國家電網(wǎng)公司統(tǒng)一研發(fā)的終端安全專控軟件和安全加密卡，實(shí)現(xiàn)與安全接入平臺(tái)的雙向身份認(rèn)證。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

（1）配電線路非電量和微氣象在線監(jiān)測(cè)。利用傳感器在線采集并傳輸配電線路相關(guān)參數(shù)，如：桿塔傾斜角、溫度、濕度、光照強(qiáng)度等，計(jì)算不同光照強(qiáng)度監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)太陽能光伏板的平均功率，確保系統(tǒng)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的安全穩(wěn)定性。（2）配電線路監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸分析。利用傳感器進(jìn)行配電線路運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)量的周期性采集工作，對(duì)配電線路狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸、訪問、下載、統(tǒng)計(jì)和分析，及時(shí)獲悉配電線路運(yùn)行狀態(tài)及預(yù)警信息，確保配電線路的合理規(guī)劃。（3）配電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)的功率估算。由傳感器芯片功率、監(jiān)測(cè)周期、傳感器持續(xù)工作時(shí)間為依據(jù)，進(jìn)行配電線路監(jiān)測(cè)終端節(jié)點(diǎn)功率的估算，獲悉有效光照時(shí)間，由此估算蓄電池容量，確定蓄電池更換時(shí)間，保證終端節(jié)點(diǎn)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

3.2改變配網(wǎng)運(yùn)行方式，提高配網(wǎng)供電可靠性

一方面通過系統(tǒng)的建設(shè)在一定程度上替代傳統(tǒng)的線路巡查方式，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患、快速消除隱患，提高配電線路運(yùn)行的可靠性;另一方面，通過系統(tǒng)的建設(shè)，縮短了故障發(fā)生后的發(fā)現(xiàn)、分析、定位、搶修時(shí)間，進(jìn)一步提升了配網(wǎng)運(yùn)行可靠性。

3.3系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的配電線路在線監(jiān)測(cè)Lora系統(tǒng)應(yīng)用于系統(tǒng)目的監(jiān)測(cè)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間，主要應(yīng)用于STM32處理器、射頻收發(fā)器、RS45模塊接口和以太網(wǎng)接口等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)攝像頭電源通斷管理和通信箱無線接入開關(guān)管理，采用星型組網(wǎng)或多跳組網(wǎng)的方式，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)輸電線路現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。GPRS無線通信應(yīng)用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心和數(shù)據(jù)終端單元的設(shè)備之中，如：日歷時(shí)鐘模塊、PC機(jī)及其電源、LCD液晶顯示設(shè)備等，用于查詢命令的設(shè)置及響應(yīng)監(jiān)測(cè)終端的請(qǐng)求，并將被監(jiān)測(cè)設(shè)備的狀態(tài)信息回送給數(shù)據(jù)中心。系統(tǒng)終端節(jié)點(diǎn)設(shè)置于配電線路的桿塔上，通過預(yù)設(shè)指令周期性喚醒的方式，實(shí)現(xiàn)不同傳感器的鏈接，進(jìn)行配電線路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)在線采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)處理和發(fā)送。其中：路由器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)路由，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)通信距離。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)將各子節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸至GPRS通信模塊，再將配電線路運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器IP，滿足用戶即時(shí)訪問和數(shù)據(jù)讀取的需求。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著科技技術(shù)的不斷發(fā)展，全球已經(jīng)進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在配電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，其應(yīng)用也日趨完善。對(duì)于未來的發(fā)展趨勢(shì)主要包括：（1）建立系統(tǒng)的配電設(shè)備智能監(jiān)測(cè)模型，并加強(qiáng)狀態(tài)信息模型的研究。（2）全球已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代，大數(shù)據(jù)受到越來越多人的重視，配電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)分析、處理及交互方面的需求不斷提高，因此要研究一體化智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使其具有自治協(xié)同能力。（3）配電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)是全站設(shè)備狀態(tài)信息通信技術(shù)，未來將在物聯(lián)網(wǎng)在線監(jiān)測(cè)通信和信息集成技術(shù)方面加大投入，并統(tǒng)一有線/無線通信接口。（4）互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件的發(fā)展，目前電力傳感器主要是光纖傳感，因此未來需要加大對(duì)電力專用傳感器的研究。（5）在配電識(shí)別狀態(tài)監(jiān)測(cè)中，需要依據(jù)系統(tǒng)要求加強(qiáng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的監(jiān)測(cè)可靠性。（6）隨著可視化系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)引進(jìn)三維立體全景全息可視化系統(tǒng)等技術(shù)，使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的工作可視化。（7）建設(shè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)并實(shí)現(xiàn)信息互通，應(yīng)引進(jìn)“云”技術(shù)，對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的配電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的模板進(jìn)行優(yōu)化，云技術(shù)的應(yīng)用可以極大提升監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的全周期管理效率。

結(jié)語

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的配電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)配電線路運(yùn)行參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)，估算系統(tǒng)各終端節(jié)點(diǎn)的能耗及蓄電池容量。后續(xù)還要不斷深化系統(tǒng)的抗干擾分析，加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)預(yù)警和動(dòng)態(tài)增容方面的研究。

參考文獻(xiàn)

[1]基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的10kV變電站電力監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].張軒濤，吳聞婧，曲辰飛.智能建筑.2018（11）.

[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(cè)中的應(yīng)用[J].沈鑫，曹敏，尹福榮.云南電力技術(shù).2018（04）.

[3]物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力輸配電系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用[J].劉建明，趙子巖，季翔.物聯(lián)網(wǎng)學(xué)報(bào).2018（01）.