基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

庾信 王乾

摘 要：隨著智慧電網(wǎng)建設(shè)腳步不斷加快，變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能更加完善，系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行期間獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為保障電網(wǎng)正常運(yùn)行提供了重要理論依據(jù)。通過將物聯(lián)網(wǎng)內(nèi)的實(shí)物智能識(shí)別與監(jiān)測(cè)手段應(yīng)用在變電站內(nèi)，可為變電站設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)工作提供新智能化方式。本文就基于此，以物聯(lián)網(wǎng)及變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的理論分析為切入點(diǎn)，提出變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件及硬件設(shè)計(jì)方案，最后對(duì)設(shè)計(jì)出的變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試，確保物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠在提升變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量效率中發(fā)揮出重要作用。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);變電站;在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

前言：就目前來(lái)看，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在電力領(lǐng)域，通過建立起能夠突破時(shí)間、空間、物體之間信息聯(lián)通屏障的渠道，使參與到電力供應(yīng)的各部門均能夠?qū)崿F(xiàn)在線監(jiān)測(cè)與數(shù)據(jù)共享目標(biāo)。同時(shí)，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在變電站運(yùn)行管理過程中，也可進(jìn)一步完善原有在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的內(nèi)部功能，使在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站運(yùn)行故障問題，制定出專項(xiàng)可行的解決方案。

1 概述物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概念

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)最早于20世紀(jì)90年代末提出，當(dāng)時(shí)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的定義為實(shí)現(xiàn)物體與網(wǎng)絡(luò)之間的非接觸式識(shí)別與識(shí)標(biāo)，相關(guān)技術(shù)只使用射頻識(shí)別。隨后期物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展速度逐步加快，我國(guó)相關(guān)研究學(xué)者提出，物聯(lián)網(wǎng)就是互聯(lián)與通信網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步延伸，通過利用各類先進(jìn)的感知技術(shù)識(shí)別現(xiàn)實(shí)世界，借助通信網(wǎng)絡(luò)信息傳輸方式進(jìn)行信息的處理及挖掘，實(shí)現(xiàn)人與人、物與物、人與物之間的無(wú)縫信息連接。

現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在國(guó)內(nèi)發(fā)展時(shí)間較短，已知其結(jié)構(gòu)均為感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層三種[1]。其中，感知層是物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的核心，主要肩負(fù)起建立信息世界與網(wǎng)絡(luò)世界溝通橋梁的職責(zé);網(wǎng)絡(luò)層位于物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)中的中心地帶，需要連接感知層與應(yīng)用層，保障信息高效可靠傳輸;應(yīng)用層是物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的最頂端，應(yīng)對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、分析及處理，用于事物的最終決策以及控制。

1.2變電站及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

通常情況下，變電站主要分為進(jìn)線電源、上層通信、變壓層、設(shè)備層、下層通信等結(jié)構(gòu)。進(jìn)線電源需要連接上級(jí)電源的變電站，為變電站輸送穩(wěn)定電力資源[2];上層通信內(nèi)部包括機(jī)電保護(hù)裝置等重要設(shè)施，需要對(duì)此些設(shè)施的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行嚴(yán)格管控;變壓層是變壓器所在層，是實(shí)現(xiàn)變電站運(yùn)行功能的基礎(chǔ)保障;設(shè)備層內(nèi)部分布著變電站總開關(guān)柜，屬于用電設(shè)備與供電系統(tǒng)之間的接口;下層通信層一次設(shè)備與二次設(shè)備的連接面，應(yīng)當(dāng)監(jiān)測(cè)電氣量準(zhǔn)確度，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體控制操作。

變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由溫度在線監(jiān)測(cè)、避雷絕緣在線監(jiān)測(cè)、斷路器在線監(jiān)測(cè)等子系統(tǒng)構(gòu)成，需要對(duì)變電站主電氣設(shè)備的絕緣狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行全程管控，切實(shí)保障變電站運(yùn)行質(zhì)量及效率，為專家診斷系統(tǒng)提供更為開放的平臺(tái)。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路

為充分發(fā)揮出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及完善中的積極作用，本文主要對(duì)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部感知層優(yōu)化進(jìn)行研究，采用具有較高經(jīng)濟(jì)效益、低能源消耗率、傳輸更穩(wěn)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)感知層內(nèi)部功能。

變電站感知層主要分布于變壓層、設(shè)備層與下層通信程序。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)與采集模塊相互連接，肩負(fù)起數(shù)據(jù)采集職責(zé)，將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給無(wú)線傳感器協(xié)調(diào)裝置。

在變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的變壓層，需要監(jiān)測(cè)變壓器運(yùn)行狀態(tài)，收集并分析變電站內(nèi)油中溶解氣體與局部放電參數(shù)。設(shè)備層應(yīng)當(dāng)對(duì)開關(guān)柜中的負(fù)荷電壓、電流、頻率等數(shù)值進(jìn)行匯總，將數(shù)據(jù)異常情況及時(shí)匯報(bào)給系統(tǒng)運(yùn)維人員;下層通信層應(yīng)當(dāng)使用 GIS設(shè)備，對(duì)避雷器等設(shè)施在不同運(yùn)行環(huán)境下的關(guān)鍵狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與研究[3]。其中， GIS設(shè)備可以滿足變電站內(nèi)部設(shè)施局部放電、氣體泄漏等監(jiān)測(cè)要求;避雷器可以監(jiān)測(cè)有阻性電流、功率損失度以及接地電阻的數(shù)值。

在變電站上層通信層內(nèi)增設(shè)無(wú)線傳感器協(xié)調(diào)裝置，接收來(lái)自無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)。結(jié)合無(wú)線傳感多跳技術(shù)，分析接收到的數(shù)據(jù)，并發(fā)送到終端數(shù)據(jù)處理中心，將對(duì)變電站整體運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)結(jié)果以圖形或報(bào)表形式展現(xiàn)出來(lái)，最后對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行全面分析。

3 物聯(lián)網(wǎng)下的變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

在將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)過程中，需要將無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)優(yōu)化組合，確保此些終端節(jié)點(diǎn)能夠合理布置在變電站關(guān)鍵設(shè)備周邊，由協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)匯總監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，傳至終端。

變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要選用適宜規(guī)格的芯片以及外圍電路。本文擬將 CC 2530芯片作為系統(tǒng)內(nèi)部重要構(gòu)架，以期運(yùn)用極低的總材料成本建立起功能完善的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

為從根本上提升變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的信息傳輸功能，在CC2530芯片基礎(chǔ)上，也可使用CC2591芯片，使無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的信息通信距離有所延長(zhǎng)。在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部的芯片需要運(yùn)用信號(hào)線與控制線連接，通過向芯片傳輸不同的控制命令，控制芯片的工作發(fā)送模式、增益接收模式。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

變電站需在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸功能，需要借助無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。要求所應(yīng)用的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊需要檢查數(shù)據(jù)采集模塊與路由器之間的通信狀態(tài)，在運(yùn)行狀態(tài)正常的情況下才可發(fā)送數(shù)據(jù)[5]。而后無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)模塊需要檢查數(shù)據(jù)傳輸是否成功，發(fā)送成功后的數(shù)據(jù)需要經(jīng)過協(xié)調(diào)器傳輸?shù)浇K端設(shè)備內(nèi)部，由終端設(shè)備處理裝置顯示監(jiān)測(cè)結(jié)果。

5 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試

以某煤礦變電站在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為例，通過將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化與完善過程中，發(fā)現(xiàn)變電站內(nèi)部終端設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)能夠以報(bào)表及圖形方式展現(xiàn)，變電站開關(guān)柜內(nèi)的三相有功功率實(shí)時(shí)變化曲線完整規(guī)范。研究變化曲線發(fā)現(xiàn)，該變電站開關(guān)柜連接負(fù)荷的變化較為劇烈，實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)性達(dá)到最大負(fù)荷，需要對(duì)變電站內(nèi)部設(shè)施進(jìn)行完善與升級(jí)。

6 總結(jié)

總而言之，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)出功能完善的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠切實(shí)提升系統(tǒng)運(yùn)行期間的質(zhì)量及效率，幫助工作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站設(shè)施運(yùn)行故障問題，為制定出專項(xiàng)的故障運(yùn)維方案提供重要理論依據(jù)。為充分發(fā)揮出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的可行性，相關(guān)工作人員還積極引進(jìn)先進(jìn)設(shè)計(jì)理念，不斷優(yōu)化在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)設(shè)計(jì)出的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)運(yùn)行，增強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行期間的技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)適用性。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

庾信（1988-），男，廣西桂林人，學(xué)歷：本科，工程師，研究方向：變電運(yùn)行。

王乾（1988-），男，云南玉溪人，學(xué)歷：本科，工程師，研究方向：變電運(yùn)行。