基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)分析

國(guó)網(wǎng)江西省電力有限公司上饒市供電分公司 楊若斌 徐 頤 廖才華 劉 翔 戴日照

在變電站出現(xiàn)的安全事故案例中，由于小動(dòng)物入侵導(dǎo)致的安全事件占有一定的比例，其是影響變電站安全運(yùn)行不可忽視的因素。目前,變電站在防御小動(dòng)物入侵方面主要采用的是被動(dòng)式防御方式，隨著物聯(lián)網(wǎng)等智能化技術(shù)的發(fā)展，可以采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)，本文對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

目前在變電站中已經(jīng)采用的防御小動(dòng)物措施包括防小動(dòng)物擋板、粘鼠板、粘鼠紙等，采用這種防御措施效果有限，并且較為被動(dòng)，需要變電站運(yùn)維人員定期巡查，增加了電力企業(yè)巡檢成本。近年來(lái)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在多個(gè)領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用，在數(shù)據(jù)智能采集、無(wú)線通信、數(shù)據(jù)交互和共享、智能化控制等方面都發(fā)揮了明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。本文著重介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)，首先分析了目前變電站小動(dòng)物防御的現(xiàn)狀，之后闡述了變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)的原理和軟硬件結(jié)構(gòu)，最后分析了云-物-端技術(shù)在變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 變電站小動(dòng)物防御的必要性

小動(dòng)物的入侵是影響變電站安全運(yùn)行的重要風(fēng)險(xiǎn)因素之一，如在110 kV變電站中，對(duì)鳥(niǎo)害防治采取的方式主要是通過(guò)人工破壞鳥(niǎo)巢，這種方式不但效率低下，需要消耗大量的人力和物力，而且驅(qū)鳥(niǎo)器的安裝位置分散，不便于進(jìn)行集中管理。在鼠類和蛇類的防治方面，一旦這種小動(dòng)物入侵到電纜溝或開(kāi)關(guān)柜，則很容易出現(xiàn)弧光短路導(dǎo)致設(shè)備燒毀；如果進(jìn)一步導(dǎo)致線路出現(xiàn)跳閘，還可能帶來(lái)停電事件，故有必要強(qiáng)化對(duì)變電站防御小動(dòng)物的管理，積極采用新技術(shù)構(gòu)建主動(dòng)防御系統(tǒng)，保證變電站中電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。

2 基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)

2.1 主動(dòng)防御系統(tǒng)的基本實(shí)現(xiàn)原理

在變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)中，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建變電站環(huán)境監(jiān)控模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)控變電站是否具有小動(dòng)物入侵，可以通過(guò)視頻攝像頭和燈光感應(yīng)相結(jié)合的方式對(duì)小動(dòng)物進(jìn)行辨識(shí)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)存在入侵行為時(shí)則發(fā)出報(bào)警，并進(jìn)行驅(qū)逐。圖1為變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)的基本邏輯響應(yīng)流程。

圖1 變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)的基本邏輯響應(yīng)流程

變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)利用基于紫峰協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，將變電站的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況、變電站小動(dòng)物防御平臺(tái)系統(tǒng)和運(yùn)維人員的移動(dòng)終端聯(lián)網(wǎng)，這樣變電站的運(yùn)維人員在主站系統(tǒng)和移動(dòng)終端都可以實(shí)時(shí)掌握變電站出現(xiàn)小動(dòng)物入侵的信息，并實(shí)現(xiàn)主動(dòng)對(duì)小動(dòng)物的驅(qū)逐?；谧戏鍏f(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)功耗較低，在自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域中都具有廣泛應(yīng)用，適合用于變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)中。

2.2 變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)的硬件及軟件分析

在變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理布置各個(gè)硬件功能模塊，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在數(shù)據(jù)采集方面的優(yōu)勢(shì)，準(zhǔn)確快速感應(yīng)出是否存在小動(dòng)物入侵行為，并將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)阶冸娬拘?dòng)物主動(dòng)防御裝置中的微處理器中。在裝置中設(shè)置按鍵模塊和顯示模塊等人機(jī)接口，同時(shí)通過(guò)功率控制和功率放大電路，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)防御裝置發(fā)出聲光警示信號(hào)，從而驅(qū)逐入侵的小動(dòng)物。

在小動(dòng)物入侵感應(yīng)模塊中，可以采用紅外線感應(yīng)技術(shù)或者微波感應(yīng)技術(shù)等，其中微波感應(yīng)技術(shù)可以通過(guò)調(diào)整傳感器中的發(fā)射功率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的檢測(cè)。其適合應(yīng)用在變電站的場(chǎng)合中，具有安裝位置隱蔽、靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)。

除了硬件結(jié)構(gòu)外，在變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御裝置中，軟件系統(tǒng)也是重要的組成部分，以微波感應(yīng)傳感器為例，圖2為變電站小動(dòng)物防御系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)軟件感應(yīng)流程。

圖2 變電站小動(dòng)物防御系統(tǒng)中的物聯(lián)網(wǎng)軟件感應(yīng)流程

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系中，傳感器是關(guān)鍵的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，當(dāng)傳感器檢測(cè)到入侵信息時(shí)，則首先需要判斷是否為干擾信號(hào)，如果不是則繼續(xù)判斷移動(dòng)物體體積是否小于設(shè)定的體積，通過(guò)這個(gè)判斷邏輯模塊，可以防止因變電站運(yùn)維人員的進(jìn)入而導(dǎo)致出現(xiàn)誤報(bào)的情況。當(dāng)滿足所有條件時(shí)，則啟動(dòng)驅(qū)逐模塊，對(duì)入侵的小動(dòng)物進(jìn)行驅(qū)趕。

3 云-物-端技術(shù)在變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)中的應(yīng)用

綜合利用云計(jì)算技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能網(wǎng)關(guān)技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等現(xiàn)代信息化技術(shù)，可構(gòu)建變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)，下面分別敘述。

“云”側(cè)重于利用云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建信息化云設(shè)備管理平臺(tái)，支持多種類型的終端接入。另外，變電站小動(dòng)物防御設(shè)備應(yīng)能夠和管理平臺(tái)之間共享網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)，滿足監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和對(duì)防御設(shè)備的遠(yuǎn)程操作及控制的信息化需求。

“物”則采用支持現(xiàn)代通信技術(shù)的智能網(wǎng)關(guān)，并具有帶寬高、網(wǎng)絡(luò)延時(shí)低等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，縮短各個(gè)變電站中的小動(dòng)物防御設(shè)備終端與通信數(shù)據(jù)中心之間的傳播距離，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效傳輸和共享，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，并降低?shù)據(jù)成本。目前智能網(wǎng)關(guān)一般通過(guò)WiFi+ZigBee智能物聯(lián)AloT組網(wǎng)核心技術(shù)，并支持AI人工智能大內(nèi)存運(yùn)營(yíng)，可實(shí)現(xiàn)同時(shí)支持多臺(tái)在線設(shè)備的高穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)及智能遠(yuǎn)程控制，真正實(shí)現(xiàn)一鍵互聯(lián)，滿足變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)的要求。

“端”則根據(jù)變電站運(yùn)維客戶的實(shí)際應(yīng)用需求，滿足用戶在多元化應(yīng)用場(chǎng)景下的需求，能夠?qū)崿F(xiàn)變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)中的多種類型設(shè)備之間的互聯(lián)和數(shù)據(jù)交互；同時(shí)，通過(guò)AI智能設(shè)備的深度學(xué)習(xí)、智能識(shí)別和分析用戶指令、需求，可為用戶提供個(gè)性化的智能互聯(lián)方案，使得變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)更為智能高效。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，這種綜合考慮云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)和智能網(wǎng)關(guān)技術(shù)的主動(dòng)防御系統(tǒng)，將能夠進(jìn)一步提高變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)的應(yīng)用性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站小動(dòng)物的智能化和主動(dòng)化偵測(cè)和驅(qū)逐，保證變電站的安全運(yùn)行。

結(jié)論：本文系統(tǒng)介紹了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)原理和云-物-端技術(shù)在主動(dòng)防御系統(tǒng)中的應(yīng)用。采用本文所述變電站小動(dòng)物主動(dòng)防御系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站小動(dòng)物入侵的主動(dòng)預(yù)防和智能化驅(qū)逐，并且能夠降低變電站運(yùn)維人員的巡檢成本，對(duì)于電網(wǎng)企業(yè)具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行效益。