基于MEMS結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化運(yùn)維裝置的研究

王勤，黃倩，曹春

（國網(wǎng)上海金山供電公司運(yùn)維檢修部，上海，200000）

1 探究基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化運(yùn)維裝置的意義

1.1 MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）的定義

MEMS——微電子機(jī)械系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微機(jī)械等，是一種尺寸僅為幾毫米甚至更小的高科技裝置。同時(shí)，MEMS內(nèi)部結(jié)構(gòu)的大小一般是幾微米甚至僅為幾納米量，且是一個(gè)獨(dú)立的智能系統(tǒng)。

1.2 配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化運(yùn)維裝置的國內(nèi)外發(fā)展趨勢

1.2.1 國內(nèi)發(fā)展趨勢

隨著社會(huì)和時(shí)代的不斷發(fā)展，現(xiàn)代通信技術(shù)和監(jiān)測終端技術(shù)的發(fā)展，配電站監(jiān)測系統(tǒng)也向著多功能、智能化、模塊化的方式發(fā)展，其監(jiān)測方式也由于現(xiàn)代的輸配電監(jiān)測設(shè)備，轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^監(jiān)測設(shè)備來實(shí)現(xiàn)對電力系統(tǒng)運(yùn)行安全和電能質(zhì)量監(jiān)控的研究。依據(jù)配電站監(jiān)測量的多樣性，其監(jiān)測量劃分為與電相關(guān)以及非電相關(guān)監(jiān)測兩部分：電相關(guān)監(jiān)測測量包含屏蔽層電位、接地電流大小、體電阻電容、護(hù)套的絕緣電阻、局部放電量等方面；非電監(jiān)測測量包括濕度、氣體、水浸情況等特征量。

電控制主要是通過斷路器、接觸器、熱維電器、控制繼電器、各種主令電器等組合成的開關(guān)控制柜實(shí)現(xiàn)配電、控制和保護(hù)功能，通過互感器和各種電工儀表來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視功能的。而這種傳統(tǒng)的開關(guān)柜與儀表配有多種指針刻度儀表及繼電器產(chǎn)生模擬效據(jù)，這會(huì)給很多關(guān)于管理、儲(chǔ)存、維修和查詢等方面的麻煩，所以這種以人工操作為主的方式，對員工綜合素質(zhì)的要求較高。

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微處理器技術(shù)、抗干擾技術(shù)等新技術(shù)的快速發(fā)展，使得電力自動(dòng)化技術(shù)得到了極大的發(fā)展空間。這些技術(shù)被應(yīng)用于配電領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)的采集控制與網(wǎng)絡(luò)通信相結(jié)合，從而誕生了智能型開關(guān)柜及相關(guān)產(chǎn)品。

1.2.2 國外發(fā)展趨勢

目前，國際上基于現(xiàn)場總線開發(fā)的配電管理系統(tǒng)己獲得成熟開發(fā)與市場化應(yīng)用。隨著“以人為本”的發(fā)展理念將和對電氣設(shè)備控制自動(dòng)化和智能化程度的要求和對電網(wǎng)安全性和用電質(zhì)量的要求越來越高，就需要企業(yè)將資源、計(jì)劃、管理觸合在一起，促使公司的管理水平達(dá)到更高層次、實(shí)現(xiàn)高透明度，而這也成為一種必然的發(fā)展趨勢。高低壓配電領(lǐng)域內(nèi)現(xiàn)場總線技術(shù)己被廣泛應(yīng)用，但當(dāng)時(shí)部署的監(jiān)控系統(tǒng)上還是有些許不足。

(1)監(jiān)控單一，不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程部署

以往配電站使用的監(jiān)控系統(tǒng)多為設(shè)備廠商配套提供，差別很大，而且監(jiān)控項(xiàng)單一，多為電力信息的實(shí)時(shí)顯示狀態(tài)，不具備綜合監(jiān)控、遠(yuǎn)程報(bào)警和輔助維護(hù)功能。

(2)軟件技術(shù)不統(tǒng)一，擴(kuò)展性不強(qiáng)

智能設(shè)備的發(fā)展初期，各廠家監(jiān)控系統(tǒng)基礎(chǔ)軟件技術(shù)不統(tǒng)一，協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，規(guī)約按照自身理解構(gòu)建。使得后續(xù)設(shè)備互相無關(guān)聯(lián)，并且擴(kuò)展性不強(qiáng)。

(3)其使用界面和接口單一，數(shù)據(jù)專業(yè)性太強(qiáng)

配電站基本上都有專業(yè)的室內(nèi)監(jiān)管操作室，且尚未具備遠(yuǎn)程監(jiān)控操作能力，與現(xiàn)階段智能手機(jī)、精準(zhǔn)化主頁管理等技術(shù)不兼容。

1.2.3 國內(nèi)外配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化運(yùn)維裝置的探究問題

國內(nèi)外有很多關(guān)于配電站綜合在線監(jiān)測方法，并早已將其投入到了實(shí)際應(yīng)用中。但當(dāng)前配電站綜合監(jiān)測系統(tǒng)都是將各個(gè)獨(dú)立的監(jiān)測系統(tǒng)采集的實(shí)時(shí)狀態(tài)參量傳輸集成在統(tǒng)一的監(jiān)控平臺(tái)上，這些監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基本監(jiān)測功能，但系統(tǒng)內(nèi)部之間沒有進(jìn)行信息交互，對設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)單一，很容易導(dǎo)致其信息孤島。

1.3 探究基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化運(yùn)維裝置的作用

1.3.1 可以全面提高該企業(yè)工作人員的工作質(zhì)量

通過MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）傳感器采集技術(shù)、坐標(biāo)定位技術(shù)、設(shè)備建模技術(shù)、地理編碼技術(shù)、路徑導(dǎo)航技術(shù)等應(yīng)用技術(shù)，可以幫助該企業(yè)工作人員逐步完善此配電站的環(huán)境溫濕度、水浸情況和氣體濃度等具體信息，并可以實(shí)時(shí)對該配電站關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行不間斷的監(jiān)測，這樣就可以全面提高該企業(yè)工作人員的工作質(zhì)量與工作效率。

1.3.2 可以提供快速故障定位導(dǎo)航，提高相關(guān)設(shè)備的搶修響應(yīng)效率

基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化運(yùn)維裝置，可以通過各種前端感知設(shè)備，從而獲取配電站室內(nèi)環(huán)境，高壓開關(guān)狀態(tài)、低壓電氣參數(shù)、電纜層狀態(tài)以及安防等具體信息，如果信息異?；蛘邎?bào)警的時(shí)候，配電站的工作人員可通過相關(guān)手機(jī)APP或電腦APP直接查看報(bào)修信息，并精準(zhǔn)定位導(dǎo)航到信息故障位置，這就可以保證配電站的工作人員可以隨時(shí)隨地可接收到報(bào)修信息，并快速到達(dá)故障點(diǎn)，全面提高搶修響應(yīng)的效率，大大縮短搶修其時(shí)間。

1.3.3 打通告警、維修、復(fù)電的流程環(huán)節(jié)，有效規(guī)范工作步驟

配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化運(yùn)維裝置的研究，可以將配電站傳統(tǒng)的“巡線-發(fā)現(xiàn)-通知-維修-復(fù)電”的檢查流程模式，完善成“告警-維修-復(fù)電”的流程模式，同時(shí)，配電站需要安排不同的責(zé)任人員采用同一個(gè)APP，流暢地完成故障告警通知、維修復(fù)電等流程環(huán)節(jié)，有效規(guī)范該項(xiàng)工作的步驟。

2 基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化運(yùn)維裝置的技術(shù)原理

2.1 移動(dòng)互聯(lián)服務(wù)

采用移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)，通過后臺(tái)數(shù)據(jù)及服務(wù)，提供故障自動(dòng)告警通知的能力，在故障發(fā)生后的幾分鐘內(nèi)即可通過后臺(tái)服務(wù)和前端應(yīng)用，給出故障位置和故障時(shí)間的指示信息，通過APP通知的方式將故障信息發(fā)送到相關(guān)人員手機(jī)上，提供分鐘級(jí)告警提醒的能力，整體提高故障發(fā)生-故障消除的效率。

2.2 設(shè)備坐標(biāo)定位及導(dǎo)航

采用不同坐標(biāo)定位技術(shù)，根據(jù)外部環(huán)境自動(dòng)選取適合的坐標(biāo)定位技術(shù)，便于獲取準(zhǔn)確坐標(biāo)信息。根據(jù)故障告警及消除的工作實(shí)際情況，研究將設(shè)備設(shè)置為導(dǎo)航目的地的地理編碼技術(shù)，自動(dòng)將設(shè)備切換成導(dǎo)航算法可見的目標(biāo)地址。

2.3 設(shè)備信息獲取維護(hù)

采用設(shè)備關(guān)聯(lián)綁定的方式，將故障指示器的設(shè)備信息、位置信息、故障信息均通過移動(dòng)APP的列表、地圖等進(jìn)行直觀瀏覽查看，并可對設(shè)備信息、位置信息進(jìn)行維護(hù)完善為故障告警提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

3 探究基于MEMS結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化運(yùn)維裝置的內(nèi)容及優(yōu)勢

3.1 內(nèi)容

3.1.1 MEMS結(jié)構(gòu)微型傳感器集成研究

該項(xiàng)研究可供站端邊緣計(jì)算平臺(tái)或主站生成出全站關(guān)鍵部位溫濕度熱力圖、氣體濃度拓?fù)鋱D和水浸狀況拓?fù)鋱D等，實(shí)現(xiàn)差異化環(huán)境控制，延長設(shè)備壽命，降低能耗，打造綠色低碳站室。

3.1.2 故障告警及通知研究應(yīng)用

研究移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)故障告警通知方面的應(yīng)用，通過互聯(lián)網(wǎng)獲取故障告警信息，并對必要的數(shù)據(jù)內(nèi)容進(jìn)行加密處理，最后再通過手機(jī)跟電腦APP通知相關(guān)人員，由此提高派件速度，減少故障發(fā)生幾率，快速進(jìn)入下一工作環(huán)節(jié)。

3.1.3 定位導(dǎo)航技術(shù)研究

路徑導(dǎo)航應(yīng)用會(huì)結(jié)合精確地理信息、交通路況、道路橋梁，自身位置信息等數(shù)據(jù)，自動(dòng)定位多條路徑，并能夠根據(jù)實(shí)時(shí)位置進(jìn)行路徑規(guī)劃及路徑的及時(shí)切換。

3.1.4 相關(guān)手機(jī)或電腦APP的研究與應(yīng)用

配電站故障告警定位移動(dòng)應(yīng)用APP可以通過對故障巡線和消除工作深入研究，實(shí)現(xiàn)故障告警、信息通知、快速定位到達(dá)等工作，打通了告警、維修、復(fù)電的流程環(huán)節(jié)，流暢快捷地完成故障告警通知、維修復(fù)電的流程環(huán)節(jié)，并通過APP促進(jìn)該項(xiàng)工作的規(guī)范化作業(yè)，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化管理。

3.2 優(yōu)勢

（1）MEMS自動(dòng)化程度高，可以實(shí)現(xiàn)無人值班，大大地降低勞動(dòng)強(qiáng)度，使變配電站成本降低，效益顯著提高。

（2）總線式。普通屏蔽雙絞線直接同PC連接，解決了微機(jī)保護(hù)裝置在惡劣環(huán)境下長期運(yùn)行問題和常規(guī)控制、測量與信號(hào)兼容性問題。

（3）由于采用分層式結(jié)構(gòu)，主控層和現(xiàn)場層設(shè)備各自獨(dú)立，互不影響。主控層(上位機(jī))設(shè)備退出運(yùn)行時(shí)，現(xiàn)場層(下位機(jī))能獨(dú)立運(yùn)行且完全滿足運(yùn)行要求，并采用了避錯(cuò)、容錯(cuò)和糾錯(cuò)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了較高的可靠性。

（4）由于采用分布式結(jié)構(gòu)，模塊化系統(tǒng)硬件及功能分布，現(xiàn)場設(shè)備的控制獨(dú)立，各設(shè)備獨(dú)立運(yùn)行，某一裝置故障不影響其他裝置運(yùn)行，檢修維護(hù)方便。

（5）MEMS結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的監(jiān)控軟件具有友好的人機(jī)界面，界面可根據(jù)文字提示隨意切換。全中文顯示，簡捷、直觀且操作方便，即使不熟悉計(jì)算機(jī)的運(yùn)行人員也容易掌握操作方法。

（6）MEMS結(jié)構(gòu)綜合保護(hù)裝置，與常規(guī)繼電保護(hù)相比具有更高的精準(zhǔn)度和靈敏度，自動(dòng)化程度高，故障報(bào)告記錄準(zhǔn)確。

（7）硬件模塊化設(shè)計(jì)，每個(gè)CPU由單獨(dú)開關(guān)電源供電，故障報(bào)告記錄準(zhǔn)確，可靠性更高，檢修維護(hù)更簡便。

（8）電站的電氣二次接線設(shè)計(jì)工作量小，控制連接電纜少，微機(jī)設(shè)備裝置占用空間?。皇┕ぐ惭b工作量較少，現(xiàn)場調(diào)試也非常簡單。

4 探究基于MEMS結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化運(yùn)維裝置的發(fā)展前景

4.1 運(yùn)維裝置的應(yīng)用情況

探究基于MEMS結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化運(yùn)維裝置，需要建設(shè)電力物聯(lián)網(wǎng)配電站環(huán)境狀態(tài)感知系統(tǒng)。該運(yùn)維系統(tǒng)可以幫助用戶地理信息采集、電氣及環(huán)境信息采集、報(bào)修信息的推送與查看等等，并逐步成為當(dāng)前重點(diǎn)推廣的應(yīng)用之一。

4.2 運(yùn)用運(yùn)維裝置的效益

基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化運(yùn)維裝置，就可以精準(zhǔn)地完成配電站環(huán)境量及電氣量信息采集、坐標(biāo)信息采集、移動(dòng)端設(shè)備建模等功能，同時(shí)完善的配電站環(huán)境、地址等信息。并通過手機(jī)APP或電腦軟件的建設(shè)，為故障和異常處理提供數(shù)據(jù)支撐，有效解決配電站管理系統(tǒng)中存在的問題,實(shí)現(xiàn)高效、及時(shí)和可靠的運(yùn)行模式。通過各種先進(jìn)的設(shè)備獲取站室內(nèi)環(huán)境，高壓開關(guān)狀態(tài)、低壓電氣參數(shù)、電纜層狀態(tài)以及安防等信息，并通過邊緣計(jì)算網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、應(yīng)用和轉(zhuǎn)發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)對配電站關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)不間斷監(jiān)測，從而徹底改變過去依靠人工巡視運(yùn)維的傳統(tǒng)做法，減少配電站運(yùn)維人員，提高工作效率。

5 結(jié)束語

總的來說基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）結(jié)構(gòu)的配電站環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測及自動(dòng)化運(yùn)維裝置后，既可以提高其工作人員的工作效率，及時(shí)排查故障，又可以降低運(yùn)行成本，一舉兩得。