電力變壓器用電子標簽的選型與應用研究

趙水忠 王 偉 姜達利 徐榮偉

1 背景介紹

近年來，我國經濟社會發展進入新常態，經濟增速從高速增長轉向中高速增長，經濟發展方式從規模速度型粗放增長轉向創新效率與質量集約增長，經濟結構從增量擴張轉向調整存量、做優增量并存，經濟發展動力從傳統增長動能轉向新的增長動能。我國產業結構調整、增長動能轉換對用電需求造成了深遠影響，也給電力企業帶來了更大的考驗[1]，即作為設備資產密集型企業應如何持續提升運營服務水平，以保障設備的安全穩定運行。

在以數字化、網絡化和智能化為特征的全球信息化背景下，RFID技術在物流、資產、食品、服裝、交通、制造等領域擁有良好的應用效果和前景，有效提升了各行各業的精益化管理水平，但在電力物資管理領域，尚未得到成熟應用。電力設備的高效率、低故障運行是電力生產的關鍵，而對電力物資進行精益化管理則是保障電力設備高效率、低故障運行的前提。在現階段的電力企業管理信息系統中，設備的管理涉及多個部門，電力物資的信息分散在多個獨立的系統中，各系統的物資編碼規則不同，數據無法共享；也存在同一數據多處錄入的情況，人為增加工作量，也造成了信息的二義性和數據冗余；同時，用戶在宏觀上不能較為全面地了解物資信息[2]。基于RFID技術的電子標簽技術能夠實現物資身份標識和快速目標識別功能，該工具是否適合用于電力物資管理？是否能夠作為貫通各系統的信息載體？是否具備技術與經濟可行性？本文將以電力變壓器用電子標簽的選型與應用為例進行論述。

2 RFID技術介紹

2.1 RFID

射頻識別（RFID）是一種無線通信技術，可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸。RFID由讀寫器與電子標簽兩部分組成，由讀寫器向電子標簽發射一定頻率的無線電波能量，用以驅動電子標簽內部電路傳送存儲信息，此時讀寫器便接收此存儲信息。也有標簽本身擁有電源，可以主動發出無線電波[3]。

2.2 讀寫器

讀寫器是由天線、耦合元件、芯片組成，讀取（有時還可以寫入）標簽信息的設備，可設計為手持式RFID讀寫器或固定式讀寫器。

2.3 電子標簽

電子標簽由天線、耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標識目標對象。

電子標簽分為低頻電子標簽、高頻電子標簽、超高頻電子標簽。低頻和高頻標簽存儲容量較小，數據保密性高，讀寫距離小于1m，每次只能讀取一個標簽，但能避免誤讀其他標簽，只能用于適合低速、近距離識別。超高頻標簽存儲容量較大，數據保密性高，可長距離批量讀取，但易誤讀相鄰標簽[4]。各頻段標簽特點如表1所示。

電子標簽按供電方式分為無源標簽、有源標簽和半有源標簽三種。無源標簽內部沒有電池，工作能量靠讀寫器發射的無線電波能量來提供，具有免維護、重量輕、體積小、壽命長、成本低的特點。

有源電子標簽通過標簽內部的電池來供電，不需要讀寫器提供能量來啟動，標簽可主動發射電磁信號，識別距離較長，通常可達幾十米甚至上百米，缺點是成本高、壽命有限，而且不易做成薄卡。

半有源電子標簽內有電池，但電池只為標簽內部電路供電，并不主動發射信號，其能量傳遞方式與無源系統類似，因此，其工作壽命一般長于有源系統標簽[5]。

表1 各種電子標簽比較

3 電力變壓器特性

電力變壓器是發電廠和變電所的主要設備之一，是一種用來變換電壓、電流或阻抗的電氣部件，是電力系統中輸配電力的主要設備，具有單位價值高、使用周期長、使用環境復雜的特點，屬于廣泛應用的電力物資。電力變壓器按結構可分為配電變壓器、箱式變壓器和高壓、超高壓電力變壓器，配電變壓器又分為油浸式配電變壓器和干式變壓器。電力變壓器可分為35kV及以下（配電變壓器）、110kV、220kV、330kV和500kV高壓、超高壓變壓器[6]。電力變壓器的特性如表2所示。

表2 電力變壓器特性

4 電子標簽在電力變壓器管理中的業務場景

結合電力變壓器全生命周期管理的業務流程，從物資的采購、合同簽訂到生產制造、運輸、倉儲、運維，對電子標簽的應用場景進行設計，大體如表3所示[7]。

表3 電子標簽在電力變壓器中的智能化業務場景

5 電子標簽選型方案

在分析變壓器全生命周期管理的特點和應用場景的基礎上，結合電子標簽技術，以安全性、適用性、可靠性、經濟性、可擴展性和可維護性為原則，對電子標簽從技術可行性、經濟可行性方面進行測試和選型論證。

5.1 技術可行性

在滿足安全識別和經久耐用要求的前提下，無源超高頻電子標簽具有較好的技術可行性，具體分析如表4所示。

表4 技術可行性介紹

5.2 經濟可行性

無源超高頻電子標簽相較于條形碼成本較高，但滿足電力變壓器標識的識別距離要求，且無電池免維護性價比較高。具體分析如表5所示。

表5 經濟可行性介紹

6 電子標簽試驗方案

電力變壓器用電子標簽需要滿足電力變壓器貯存、運輸和運行中的可靠和安全運行要求。

在表6中的試驗項目中，通過實驗室試驗，使用天線端口傳導功率為29.15dBm、天線增益為2dBi的讀寫器，電子標簽應能滿足識別距離大于6m的要求[10]。

7 試點應用

電子標簽在生產時安裝在電力變壓器上，經過運輸、倉儲、安裝等環節后，成功部署在浙江麗水洋浩變電站和屏都變電站。在變電站投運后的長時間運維中，電子標簽經過了室外自然環境下的高溫、低溫、雷電、雨雪、鹽霧等惡劣天氣，性能和功能都滿足需求，外觀無變化，達到了應用要求。

8 結語

通過對電子標簽方案的反復測試與論證，綜合考慮技術可行性與經濟可行性，國網浙江省電力公司采用了無源超高頻電子標簽的方案，該方案為電力變壓器的全生命周期管理提供了較為合適的標識載體，經過一年多的運行，基于電子標簽技術的變壓器全流程管理，貫通了生產、運行和檢修各業務系統環節，運行可靠安全，有效提升了公司的精益化管理能力，為RFID技術在物資管理中的應用打下了良好基礎。后續將結合業務改進和管理的需求，積極對其他物資的電子標簽加以研究論證，不斷提升電力物資管理的科技水平。

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