一種基于物聯網的配電網電纜監測方法的研究

王吉友　付維峰　范繼偉　李鑫　王蒙

摘 要：配電專業由于網絡復雜多變，同時大量采用地埋、管溝的電纜敷設方式，監測手段匱乏，截止目前基本還沒有一套完整的針對電纜的監測系統，仍然采用一些帶電檢測手段監測設備的健康狀態。該文提出基于物聯網的配電網電纜監測及監控方法研究，發揮物聯網技術在復雜配電網環境下的末端信息獲取能力，充分融合異構信息，為配電網安全穩定運行提供更多有效信息，開展更多業務應用，為電力企業安全生產提供有力信息支撐。

關鍵詞：物聯網 RFID 在線監測 GIS

中圖分類號：TM72 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）01（b）-0103-02

隨著電網規劃的逐步推進，配電網大量采用地埋和管溝方式布設，由于特殊的敷設方式及環境因素，對于電纜的監測及監控手段受到一定程度的制約，隨著運行時間的推移，電纜接頭由于工藝質量、自然老化、受潮等因素存在一定安全隱患，一旦出現故障將導致電纜燒毀，其覆蓋地域面臨斷電風險，由于社會對供電安全高度敏感，所以必須采取有效措施，實時監測在運行電纜時的工作狀態，提前預判故障，確保電纜安全運行。

1 配網電纜監測面臨的主要問題

電力系統由輸變配三大供電環節組成，國網公司于2010年開始進行了輸變電專業的狀態在線監測實施，截止2013年底，各網省公司基本實現了項目的上線運行，通過與PMS等系統的集成，基本上解決了輸變電設備運行狀態的實時監測和故障預警的問題。配電專業由于網絡復雜多變，同時大量采用地埋、管溝的電纜敷設方式，監測手段匱乏，截止目前基本還沒有一套完整的針對電纜的監測系統，仍然采用一些帶電檢測手段監測設備的健康狀態，如，紅外測溫、局放測試、環流監測等；也會結合狀態檢修計劃，做一些停電檢測項目，如，震蕩波局放、接地系統檢查、外護套絕緣檢測等。有部分區域雖然在一些高電壓等級的電纜線路、通道上，逐步加裝在線監測裝置，如，光纖測溫、水位、氣體、非法進入、接地環流超限定值等，但由于缺少統一的管理和數據共享機制，難免形成了監測信息的孤立和應用的局限性，無法系統化地對電纜監測進行全面管理和提升，無法形成完整、統一的設備運行狀態全局描述和資源信息庫，無法將離散的設備狀態信息資源按狀態監測的角度進行深度整合、分析和應用。綜上所述，關于電纜監測目前存在人工定期檢測作業方式，效率低、人力成本過高，存在監測不全面、不及時。人工監測方式存在監測不到位、不完整的問題，下埋設備無法直接進行監測。部分加裝監測裝置的線路，由于缺少統一的規劃，造成了信息的孤島、信息應用不全面、數據價值無法有效體現。

2 系統解決方案

應用系統由“感知層”“數據傳輸層”“應用層”組成，監測應用實現思路圖見圖1。

感知層設備主要包括現場各種無線傳感器節點，這些傳感器不依賴外部供電，僅從環境或自備一次長壽命電池完成長時間（5～10年）信息采集任務，主要可以完成配網設備的工作溫度、電壓、電流、振動等信息的采集，同時還采集了配網工作的環境參數：環境溫濕度、水浸、水位等信息。感知層設備采集的信息采用統一的格式化數據傳輸到匯聚節點，這些格式化信息由其所屬單個傳感器自有的傳感器信息模型定義，應用根據每個傳感器的信息模型對格式化數據進行解析，得到可用的現場實時信息。

傳輸層設備由匯聚節點（無線數據傳輸基站）和匯聚控制器組成，匯聚節點負責各傳感器節點的入網管理、網絡維護、路由查找、傳感器信息解密與再加密和格式化數據傳輸任務，匯聚控制器負責各匯聚節點的接入、匯聚信息解密、非格式化數據傳感器信息接入（個性化定制協議棧）與格式化轉換，并完成傳感器信息模型到IEC61850信息模型的轉換與重定義、重建模。匯聚網關將獲得的傳感器信息歸一化為IEC61850信息模型，將這些信息加密后發送到應用層存儲服務器。

應用層設備主要包括存儲服務器、應用服務器。存儲服務器解密接收到的匯聚控制器的信息，應用IEC61850信息模型解析這些信息，并按IEC61850信息格式統一存儲。通過與電力系統的其他管理系統集成，提供信息展示應用。

3 監測信息的接入方式

通過安全接入平臺，在無線數據傳輸基站加裝安全加密芯片，適用于省公司層面統一建設，部署結構圖見圖2。

采用安全接入平臺的部署方案，在感知層及應用層與上面介紹的“通過安全隔離裝置”的部署方案原理相同，傳輸層未使用安全隔離裝置，通過在無線數據傳輸基站上加裝安全加密芯片，通過虛擬的公網VPN通道直接接入電力系統的安全接入平臺，將采集數據傳輸至內網環境的主站存儲服務器。

4 系統平臺的應用功能

4.1 告警信息監視與處理

對于異常告警的監測信息，系統進行故障段的精準定位，通過監視屏幕視窗提醒或響鈴告警、與短信平臺接入通過短信提醒相關人員，系統提供異常信息及處理結果的記錄功能并進行存儲，作為運行巡視、檢測、檢修、大修的依據。

4.2 監測信息組合監視

主要提供狀態監視的靈活組合功能，可以對多個設備、多個監測類型進行多維度自有組合，在一個監視界面上顯示跨監測點、跨監測類型的多種信息，為用戶在不同應用場景下提供更有針對性的狀態監視功能。如，監視施工區域的電纜、監視保電區域的電纜、監視剛剛投運的電纜、監視水災地震等特殊區域的電纜；對于高溫天氣可重點監視設備的溫度屬性等。

4.3 設備監測信息綜合展示

可以在GIS地圖上，通過點選具體設備（電纜段、中間接頭、終端頭、電纜分支箱、接地箱、交叉互聯箱等）進行定位，以組態圖、表格等方式展示電纜單體設備的狀態監測詳細信息，可以將狀態監測信息與PMS中的其他生產類信息（臺賬信息、缺陷信息、故障信息、檢修信息等）組合展示給用戶，同時提供針對單體設備的狀態評價、診斷等功能。

4.4 監測信息綜合展示

通過GIS的集成，依托GIS圖形，以“業務主題”的方式從宏觀上展示整個電網電纜設備的狀態監測情況?？梢园幢O測類型進行分層展示，對于狀態異常的電纜段可以通過高亮、冒泡提醒或者鈴聲提醒的方式進行告警。

4.5 監測報表

此類應用提供常規的狀態監測報表功能，包括監測裝置的故障率統計報表、誤報率統計報表、覆蓋率統報表以及狀態告警分布和處理情況統計報表等，提供報表的導出與打印功能。

5 結語

通過監測系統實現對設備監測、評估、診斷、事故預警及輔助決策等的智能化管理，以信息化、自動化、互動化、可視化的智能技術保證設備運行的安全性和可靠性，從而適應統一加強智能電網發展的需求，為社會提供更加優質電源。

參考文獻

[1] 陳海瀅，郭佳肅.物聯網應用啟示錄——行業分析與案例實踐[M].北京：機械工業出版社，2011.

[2] 劉建明，李祥珍.物聯網與智能電網[M].北京：電子工業出版社，2012.

[3] 楊猛.基于物聯網的智能用電服務系統研究[D].華北電力大學，2013.

[4] 王玉峰.基于物聯網的智能電網傳感節點的研究[D].南京航空航天大學，2012.

[5] 張鴻濤.物聯網關鍵技術及系統應用[M].北京：機械工業出版社，2011.