電力物聯網關鍵技術初探

周 江

（國網武漢供電公司，湖北 武漢 430050）

0 引 言

物聯網技術可以在多種場合滿足智能化電網發電、變電、輸電、配電以及用電等方面獲取信息的全面性、準確性以及實時性需求。在物聯網技術的指導下，電網能夠實現有效的態勢感知，有利于規范電網管理能力。對于電力物聯網技術構建，可以從感知層、網絡層以及應用層入手。

1 感知層概述

1.1 激光測距傳感器

通常，在對輸配電路周圍的一些危險物進行測量時，為了能夠準確判斷周邊物體是否在輸配電線路的安全距離范圍中，需要設置激光測距傳感器，同時可以將其用于輔助測量線路弧垂等[1]。

1.2 導線溫度傳感器

倘若要實現輸電線路導線在線測溫的目標，通常需要設置導線溫度傳感器。例如，在對終端進行測溫時，通常采用微功耗技術。鋰亞電池的供電方式，可以針對終端單元做好溫度采集，且可以保持5年以上的使用壽命。因此，將微功耗技術與鋰亞電池技術進行結合，能夠有效處理測溫終端單元取電的問題。

1.3 微氣象傳感

微氣象傳感器主要是針對環境微氣象進行感應，作為一種在輸電線路上設置的在線監測系統，作用是實施監測輸電線路周邊的實際情況，監測對象涵蓋氣壓、溫度、風速、風向以及氣溫等方面。同時，自動采集的各種數據會被系統傳入核心監控系統，然后對其進行分析，一旦發現異常情況，系統會及時作出對應的預警提示，同時負責人員可以結合系統給予的預警信息采取必要的措施進行改善。

1.4 智能防盜螺栓

智能防盜螺栓相比傳統防盜螺栓，融入了無線傳感技術，設置了智能傳模塊，不僅能夠代替機械螺栓，而且提升了配電網設備的防盜力度。

1.5 電壓測量傳感器

測量低壓配電線路的電能質量，主要采用電壓測量傳感器，可以作為低壓電力設備的防盜輔助設備，一定程度上能夠完善防盜體系。整機對接入的配電網信號一定要重視電能質量檢測工作，同時將其作為一種外部電源，不僅能夠傳輸信號，還可以對整機供電[2]。

1.6 地埋式震動傳感器

水土流失、土壤震動等因素，會對輸電線路造成巨大危害，因此需要做好對危險性因素的檢測以及報警。為了保障監測的準確性，通常設置地埋式震動傳感器，全方位探測輸電線路周邊，從而保障探測性穩定。安裝過程中，有多重方式可以選擇，如可以用螺栓、捆扎帶等方式進行固定。

2 網絡層概述

2.1 關于組網實際需求分析

電力傳感器集多種通信技術于一身，所以從協議層面來看比較復雜。尤其是數據信息技術共享、處理、分析以及協同等方面的實現還有一定難度。基于此，需要對電網實際運作狀態進行感知，將傳感器設置對應的電力設備上，以便及時搜集數據并傳輸到控制中心[3]。從我國電力環境實際情況入手，首要解決的問題是要滿足感知層的各種需求。基于此，從電力傳感器網絡服務對象角度來看，數據傳輸應當具有如下標準。

（1）無線通信終端多。通常，城市電力系統涵蓋微型用戶區數量成千上萬，而監控系統必須要將所有用戶覆蓋，意味著要有足夠量的傳感器節點配置到對應的區域，從而提升數據采集的效率。

（2）涉及的數據傳輸量大。各種設備用電的實際情況和相關信息需要通過傳感器節點進行發送，在這個過程中需要保持周期性。這是因為傳感器節點的數量本身較多，對應的網絡所要承載的傳輸數據量就會更大，必須配置對應的設備，保障數據傳輸的順暢。

（3）對實時性要求較高。電力傳感器網絡自身運行和所要控制的數據信息較大，而對應的電力控制中心系統必須及時接收到信息才能工作，才能確保系統能夠有效分析運行態勢，以便及時發現故障予以解決。

2.2 核心網側構建的分析

傳感器入網并與無線設備實現連接，主要是通過一些直接方式或者網關實現。同時，需要承載網絡通過交互網關與服務器進行連接。以移動核心網為載體，與后臺的智能電網應用平臺服務器（MTC Server）進行對接。由于MTC Server智能電網需要提供有效管理能力和控制能力，因此需要傳感器終端能夠快速接入對應的信息，包括接入位置的具體方位、離線的具體時間、接入的具體時間等。考慮到這些信息對設備的要求，可以通過MTC Server對各種狀態進行判斷，從而保障其精準性。

3 應用層概述

根據不同的應用和業務的需求，感知層需要將感知的信息做對應處理，以進一步實現電力物聯網技術的有效應用。

3.1 輸電線路多維感知

輸電線路多維感知作為一種在線多維度感知系統，主要用于高壓架空輸電線路的監測。因為高壓輸電線路容易在一些因素影響下如微風情況下，出現導線風偏、導線振動等問題，嚴重時會出現斷股。特別需要注意，高壓輸電線路在強風條件還可能出現“線路強烈舞動”的問題；低溫天氣可能會導致高壓輸電線路出現結冰情況，而最容易結冰的區域是桿塔拉線。一旦區域結冰，那么隨即可能就出現不平衡問題，甚至會導致桿塔出現傾斜或者倒塌情況。

因此，需要在整個輸電線路中設置MEMS加速度傳感器節點、多功能骨干節點等，同時需要泄露電流傳感器節點設置在高壓桿塔上，與通信骨干節點進行組合，形成一個完整的智能電網輸電線路在線監測系統（見圖1），以對上述各種危害因素進行監控與預警。

3.2 關于輸電、變電、配電巡檢系統配置的分析

從實際情況來看，輸電、變電、配電巡檢系統涵蓋的因素很多，所以相關維護工作也較有難度。將RFID標簽與無線傳感器結合，可以實現實時觀察和記錄。例如，設備的實際運行狀態、異常狀態、破壞情況以及性能降低等，都可以及時被記錄與觀察[4]。同時，輸電、變電、配電巡檢系統能夠處理數據，并智能化評估可能存在的隱患。輸電、變電、配電巡檢系統的實際部署，見圖2。

基于RFID射頻識別技術和傳感器網絡技術，能夠監控巡檢人員是否達到現場、是否按照預定路線進行巡視等，加之融入了狀態監測傳感器和環境信息，從而可以對設備工作狀態與環境、巡檢人員的實際工作狀態信息進行精準確認，提升巡檢工作的效率與質量。

圖1 智能電網輸電線路在線監測系統

圖2 輸電、變電、配電巡檢監測系統

4 結 論

電力物聯網建設過程中會涉及很多傳感器、終端以及系統的研制與完善，從而為各方面數據采集提供便捷的平臺，一方面降低電力物聯網感知方面的成本，另一方面可以為智能電網各類數據開發及應用奠定堅實的基礎。隨著電力物聯網技術的發展，后續研究與建設應該著力于跨專業融合，從而為電網生產、經營以及管理提供更加科學、智能的支撐。