物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在特高壓變電站中的應(yīng)用探討

潘濤

摘要：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在特高壓變電站中的應(yīng)用，不僅可以推動電力網(wǎng)絡(luò)向能源互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級，而且可以持續(xù)深化清潔能源革命，為安全高效率的能源體系構(gòu)建提供支持。因此，文章以能源清潔低碳專項深入推進項目為背景，以傳統(tǒng)特高壓電網(wǎng)向能源互聯(lián)網(wǎng)升級為契機，探討了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在特高壓變電站中的應(yīng)用優(yōu)勢、應(yīng)用程序。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù);特高壓;變電站

前言：2019年，國家電網(wǎng)有限公司印制下發(fā)了《泛在電力物聯(lián)網(wǎng)白皮書2019》，提出在2021年初步建成泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，不僅推動著我國能源電力產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)高級化實踐，而且為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在特高壓變電站中的應(yīng)用指明了方向。預(yù)計2023年四川1000kV特高壓、新疆哈密±800kV特高壓均將落戶重慶。因此，在泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的背景下，探討特高壓變電站的發(fā)展就具有非常重要的意義。

1、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在特高壓變電站中的應(yīng)用項目

特高壓變電站具有輸送容量大、電壓等級高、輸送距離遠、技術(shù)水平先進以及電磁環(huán)境復(fù)雜、電力設(shè)備密集、安全等級高的特點，施工難度較大。若在該變電站建設(shè)初期，通過5G技術(shù)應(yīng)用實現(xiàn)了內(nèi)部4K高清監(jiān)控視頻信號的實時回傳以及巡檢遠程監(jiān)控，將為物聯(lián)網(wǎng)接入提供了廣闊的無線通道及強有力的通信支撐。

2、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在特高壓變電站中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 提高事故應(yīng)急處理效率

特高壓變電站運行層存在一些遺留、潛在問題，一旦輸電通道發(fā)生故障，就會引起一系列系統(tǒng)連鎖問題。現(xiàn)有特高壓自動化監(jiān)控系統(tǒng)無法防范自動化設(shè)備故障以及由其引發(fā)的電力系統(tǒng)事故，且在發(fā)生事故緊急情況下無法實現(xiàn)快速、有效的遏制。相較于現(xiàn)有自動化監(jiān)控系統(tǒng)而言，基于物聯(lián)網(wǎng)的特高壓變電站系統(tǒng)可以將各個方面終端有機連接。在變電站內(nèi)部出現(xiàn)設(shè)備故障的第一時間進行故障設(shè)備分析、判定以及相關(guān)人員的調(diào)配、物資的篩選配備（庫存?zhèn)淦穫浼阉髋卸ㄒ约巴惪纱鎻S商備品備件數(shù)量），整個過程較為迅速，可以有效控制相關(guān)故障的進一步蔓延或擴大，為事故應(yīng)急處理效率提升提供保障。

2.2 推動電力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急處理流程重構(gòu)

以往特高壓電力網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急處理流程為人員發(fā)現(xiàn)→上報值長→了解基本情況→檢查故障系統(tǒng)及相關(guān)部件→分析原因→搶修系統(tǒng)/可靠隔離，整個流程為典型的事后處理模式，無法滿足系統(tǒng)運行期間突發(fā)性事故的事前預(yù)防需求。而通過在特高壓變電站中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以從特高壓換流變壓器突發(fā)著火等事故應(yīng)急事件中總結(jié)故障現(xiàn)象，分析關(guān)鍵風(fēng)險點，自動設(shè)計系統(tǒng)送出通路中斷的應(yīng)急管理措施，為流域梯級電站群聯(lián)合電力調(diào)度運行應(yīng)急管理流程重構(gòu)、實效提升提供依據(jù)。

3、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在特高壓變電站中的應(yīng)用程序

3.1 體系架構(gòu)分層

體系架構(gòu)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在特高壓變電站中應(yīng)用的前提，由于特高壓變電站電力設(shè)備密集、輸送距離短且容量大，可以利用分層架構(gòu)的方式，疏通能量流、業(yè)務(wù)流、信息流耦合渠道，推動變電站運維跨越式提升。特高壓變電站物聯(lián)網(wǎng)主要可以劃分為感知層、平臺層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層幾個層級。

感知層主要負責(zé)變電站實時數(shù)據(jù)的采集，需在不同類型傳感器輔助下進行。比如電流互感器、電壓互感器、油氣在線監(jiān)測裝置、振動測試儀、液位表、油溫表、智能紅外可見光攝像頭、智能電器、油位表等。

網(wǎng)絡(luò)層主要為特高壓變電站物聯(lián)網(wǎng)不同類型業(yè)務(wù)提供便捷化、高度安全信道。根據(jù)距離、工況、效率、成本等諸多要求，可以選擇內(nèi)部專網(wǎng)（同軸電纜、ZigBee等）或互聯(lián)外網(wǎng)（5G、移動空中網(wǎng)、WLAN等）[1]。

平臺層包括企業(yè)中心、全業(yè)務(wù)統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)管理中心、一體化“國網(wǎng)云”平臺，具有能力開放、物聯(lián)管控的特點。根據(jù)特高壓變電站運行、能源側(cè)數(shù)據(jù)信息集中度低、零散運行的特點，可以在數(shù)據(jù)中心搭建的基礎(chǔ)上，嵌入云平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲、實時收集更新。

應(yīng)用層包括企業(yè)運營、新興業(yè)務(wù)、客戶服務(wù)、變電站運行幾個部分，需要根據(jù)所收集到的用戶數(shù)據(jù)、電網(wǎng)數(shù)據(jù)，建立與管理目標相適應(yīng)的應(yīng)用平臺，助力與變電站、新能源、用戶需求相符合的應(yīng)用落地，提高能源利用效率。

3.2 功能模塊設(shè)置

基于物聯(lián)網(wǎng)的特高壓變電站智慧系統(tǒng)主要包括現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)管、主輔設(shè)備聯(lián)動、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、安全風(fēng)險評估幾個模塊。

現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)管主要是基于特高壓變電站運行維護高度復(fù)雜性，利用物聯(lián)網(wǎng)自帶的溫濕度監(jiān)控、防雷監(jiān)測以及超限提醒技術(shù)，實現(xiàn)全方位無死角實時監(jiān)控。同時在調(diào)度方、安檢方、現(xiàn)場作業(yè)者間構(gòu)建通信信道，保證安全隱患的及時消除。

主輔設(shè)備聯(lián)動主要是以輔助控制數(shù)據(jù)、主設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)融合的方式，在變電站內(nèi)設(shè)備出現(xiàn)不正常工作情況時，實時切換、識別狀態(tài)信息并將信息傳遞給相關(guān)負責(zé)人。負責(zé)人可以第一時間調(diào)集輔助控制模塊與變電站內(nèi)設(shè)備運行相關(guān)的水位、溫濕度信息，判定不正常情況發(fā)生原因，并設(shè)定對應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)級別。

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測主要針對特高壓變電站現(xiàn)有設(shè)備，以鐵芯夾件電流、金屬封閉氣體絕緣開關(guān)設(shè)備局部放電量、變壓器高抗油色譜、SF6密度、斷路器動作特征等為指標，對各設(shè)備運行狀態(tài)進行線上實時監(jiān)測[2]。

安全風(fēng)險評估主要是利用特高壓變電站智慧系統(tǒng)內(nèi)歷史運行數(shù)據(jù)，經(jīng)機器學(xué)習(xí)、聚類算法等智能處理，評估薄弱環(huán)節(jié)、安全隱患，實現(xiàn)全景自愈監(jiān)控。

3.3 智慧運用實現(xiàn)

為實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在特高壓變電站中的智慧應(yīng)用，可以選擇MVC模式（業(yè)務(wù)模型/用戶界面/控制器）。利用模型、控制器、視圖三個核心部件，將特高壓變電站智慧應(yīng)用程序的輸入端、輸出端、處理端分割處理。此時，若某一異常事件致使控制器改變視圖或模型，僅需通過控制器改變模型的相關(guān)數(shù)據(jù)、屬性，就可以促使視圖或模型自動恢復(fù)，維持特高壓變電站智慧系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

為滿足特高壓變電站對智慧運用的有效性、實時性要求，可以依據(jù)數(shù)據(jù)存儲兼容性強、使用效果高、信息存儲容量大、共享效率高的原則，選擇Oracle數(shù)據(jù)庫，進行數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)建。在數(shù)據(jù)庫構(gòu)建完畢之后，根據(jù)特高壓變電站智慧運用特性，經(jīng)TCP/IP以太網(wǎng)，將站內(nèi)動力監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)控、門禁監(jiān)控、高清視頻監(jiān)控匯集到統(tǒng)一的平臺上。同時經(jīng)YPEC網(wǎng)絡(luò)，配置智慧化監(jiān)控模塊并形成綜合性監(jiān)控產(chǎn)品，便于實現(xiàn)“少人值班”甚至是“無人值班”[3]。

以基于物聯(lián)網(wǎng)的特高壓變電站環(huán)境監(jiān)控為例，環(huán)境監(jiān)控涉及了溫濕度監(jiān)控、防雷監(jiān)控等多個方面。在溫濕度監(jiān)控時，基于物聯(lián)網(wǎng)的特高壓變電站智慧系統(tǒng)可以直接經(jīng)總線式溫濕度變送器將檢測到的溫濕度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，實時傳遞給平臺層、應(yīng)用層，為空調(diào)開啟與否以及空調(diào)開啟數(shù)據(jù)確定提供支持，保障變電站溫濕度始終處于標準限度內(nèi)。而在防雷監(jiān)控時，僅需配置一臺含12個節(jié)點的通用輸入輸出模塊，就可以配合智慧監(jiān)控主機形成實時防雷監(jiān)控系統(tǒng)。一旦變電站內(nèi)某一部位避雷器出現(xiàn)故障，實時防雷監(jiān)控系統(tǒng)就可以通過聲光、電話、短信等方式發(fā)出警報，保證防雷裝置問題的及時處理。

總結(jié)：

綜上所述，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為傳統(tǒng)特高壓變電站賦能，不僅可以提高特高壓變電站的互動水平、感知能力、運行效率，可以為各種能源接入、利用提供支持，而且還可以縮短特高壓站設(shè)備故障響應(yīng)和預(yù)判時間，增強事故應(yīng)急響應(yīng)能力，提高故障搶修效率。因此，為了徹底實現(xiàn)“用好電”到“用好能”的過渡，特高壓變電站應(yīng)主動適應(yīng)能源形式變化，推動泛在電力物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，完善物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)，嵌入與之相適宜的內(nèi)部控制體系，夯實物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]劉杰， 朱圣群， 夏石偉，等. 特高壓變電站無線專網(wǎng)組網(wǎng)方案及應(yīng)用[J]. 電工電氣， 2020， 265（01）：76-77.

（國網(wǎng)重慶市電力公司檢修分公司，重慶 萬州 404100）