基于物聯網技術的智能變電站二次運維管理系統研究

馬璇

摘 要：本文針對智能變電站繼電保護存在的問題提出了基于物聯網技術的智能變電站二次運維管理系統，便于運維管理人員減輕工作量，提高工作效率。

關鍵詞：物聯網;運維管理;臺賬核查;裝置檢驗;跳閘事件

物聯網技術作為新信息時代的產物，已被應用到各行各業方方面面，將物聯網技術應用到智能變電站二次運維管理系統中，通過編碼技術、射頻識別技術、RFID、傳感器技術等，實現對二次設備臺賬信息等數據的智能采集，為智能變電站二次系統的運行維護與管理打好夯實的數據基礎，為跳閘事件記錄的分析提供了數據依據。

1 變電站繼電保護運維管理現狀

目前變電站繼電保護專業運維管理工作人員壓力大，繼電保護裝置臺賬、設備缺陷、裝置檢驗、保護動作情況等信息都是人工錄入系統，工作量大、效率低、數據不準確、與實際情況有偏差，已基本達不到智能變電站快速發展的運維需求，甚至填寫信息時間容易延誤，導致管理人員不能及時準確掌握實際情況，對變電站二次運維管理工作造成嚴重影響。物聯網核心技術——傳感器技術及射頻識別技術等新信息技術既能有效保證二次系統基礎數據的準確性和全面性，又能減輕運維管理人員工作量，是新一代繼電保護智能管控系統強大的技術支撐。

2 物聯網技術

自2019年國家電網公司“兩會”做出全面推進“三型兩網”建設，加快打造具有全球競爭力的世界一流能源互聯網企業的戰略部署后，建設泛在電力物聯網已成為“三型兩網、世界一流”戰略目標的核心任務。物聯網技術作為一種新型通信網絡，能實現智能化識別、定位、監控與管理，將物聯網技術應用到變電站二次系統中也是智能電網技術發展到一定階段的必然產物。

2.1 實物ID編碼技術

實物ID 是設備的唯一標識，可顯示設備的基本信息，它的表現形式有二維碼、電子標簽等，但編碼技術必須是統一的，本系統應用不含有空格及其他連接符號的24 位十進制數字順序排列形成的ID。

2.2 射頻識別技術

射頻識別技術（RFID）是一種通過無線射頻方式進行非接觸雙向數據通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標簽或射頻卡）進行讀寫，從而達到識別目標和數據交換的目的的自動識別技術，它是由讀寫器（Reader）、電子標簽（Tag）和數據管理系統組成。無線射頻識別技術有以下諸多優點：

（1）可在任意環境下使用，比如高溫和電磁性環境，且能保持高使用壽命;

（2）不僅能識別靜止物體、高速運動物體，且可快速識別多個標簽。

2.3 傳感器技術

傳感器技術作為信息獲取的重要核心技術，以其自動識別、安全可靠和可以動態跟蹤的特點，實現真正物與物對話的應用。無線傳感器網絡就是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網絡。但變電站內電磁場強度較高，無線通信空間環境復雜，選擇無線傳感器應注意以下兩點：

（1）選擇2.4G 射頻、0dbm 發射功率，這樣有利于減小二次設備的電磁干擾、并且能夠避免對一次設備的安全運行造成影響，滿足電磁兼容;

（2）選擇使用小體積、高容量電池供電，以此來降低傳感器的功耗。

3 基于物聯網技術的智能變電站二次運維管理系統體系結構

借鑒智能變電站三層兩網體系結構，為了數據共享和同步，形成了基于物聯網技術的智能變電站二次運維管理系統三層架構體系。該體系從下往上依次為智能感知層、網絡層、應用層。

3.1 感知層

智能感知層主要是利用溫濕度傳感器、振動傳感器、超聲波傳感器、RFID 電子標簽等對保護室內的保護裝置、測控裝置等的運行工況、周圍環境以及自身屬性信息等狀態和信息進行智能感知，為繼電保護智能管控系統的監控和管理提供有效的數據依據。

3.2 網絡層

網絡層的主要功能是實現數據信息的上送，保證數據的可靠高速傳輸，并且防止網絡風暴等的發生。智能變電站二次運維管理系統利用無線傳感網技術將感知層基礎數據傳輸至數據服務器和應用后臺。

3.3 應用層

應用層采用B/S 架構，既可以在站內后臺觀測，也可以在調控中心使用瀏覽器直接監控。主要完成保護設備的在線監測、數據的處理統計、保護動作信息評價、跳閘事件預警以及其他輔助決策等高級應用。

4 物聯網技術在智能變電站二次運維管理系統中的應用

基于物聯網技術的智能變電站二次運維管理系統有如下幾個關鍵功能：

（1）應用后臺：采用B/S 軟件架構模式，可用瀏覽器登錄獲取信息。

（2）數據服務器：實現數據的整合處理和永久存儲，可通過后臺或遠端建立連接實現數據的通信。

（3）IED 裝置：主要完成數據接口的統一，實現感知層數據的傳輸，異常數據上傳至后臺，正常數據上傳至服務器進行整合存儲。

4.1 設備臺賬管理

目前，大規模的特高壓交直流樞紐變電站正在建成，不斷完善整個電網網架結構，這就意味著大量的二次設備臺賬需要維護，但面對這項技術含量低、工作量大的任務，現有的人力和工作方式已無法滿足此項工作的需求。利用先進的物聯網技術，通過RFID 識別電子標簽，上傳裝置臺賬信息，完成二次設備臺賬信息匯總，實現智能數據核查，保證繼電保護統計分析及運行管理數據的高效、準確。

4.2 裝置檢驗管理

繼電保護裝置檢驗工作目前還基本處于人工辦票、手動操作和一對一測試階段，這種工作方式存在以下缺點：

（1）人工記錄數據不準確，容易出錯且事后無依據可查;

（2）紙質檢驗報告不宜留存和查找記錄;

（3）裝置數量多，無監督環節，容易造成漏項或漏檢驗裝置等問題。

鑒于日常變電站保護裝置檢驗工作量大、人力資源匱乏的現狀，必須進行模式的轉變，做到從“一對一”測試模式至“一對多”的測試模式，實現多臺保護裝置同時檢驗，既能保證裝置檢驗工作質量，又能減輕運維人員工作負擔。智能裝置檢驗工作需要一個裝有RFID 標簽和手持式終端的設備，通過手持式終端可隨時查看裝置檢驗信息，同時可利用RFID 快速識別多個標簽的優點，傳輸不同間隔多套保護裝置檢驗信息，解決漏項漏檢問題，大大提高工作效率。

4.3 事件分析評價

對于電力系統繼電保護運維人員而言，他們最大的工作量便是設備臺賬的維護、設備缺陷的消除、裝置的定期檢驗、跳閘事件記錄的分析與評價。目前，隨著電力行業專業人員的斷層也存在著技術水平的斷層，電網故障分析已然成為工作中的一大難題，基于物聯網技術的智能二次運維管理系統可清晰展示故障相關的一、二次設備各類動作時間、故障相、故障電流、故障電壓、故障測距等信息，并以圖形化的方式顯示保護裝置內部動作邏輯、動作時序、保護定值及故障量，進而對保護動作事件進行客觀的分析評價，給出全面、有效的預防策略。

5 結束語

繼電保護作為電網“三道防線”中的第一道防線，對電網的安全穩定運行起著至關重要的作用。本文針對目前變電站數目和工作量的指數級增加，而繼電保護運維管理人員數量驟減的問題提出了基于物聯網技術的智能二次運維管理系統，旨在反映實際情況、提高工作效率和減輕運維管理人員負擔，保證大電網安全穩定可靠運行。

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