基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能變電站研究

賀芃 季辰 史堯 孫鄞

摘 要：科學(xué)技術(shù)水平提高下智能變電站也不斷完善、創(chuàng)新，其中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上提高了智能變電站的運(yùn)行維護(hù)水平，實(shí)現(xiàn)了智能化與網(wǎng)絡(luò)化的有效結(jié)合。

關(guān)鍵詞：智能變電站;變電站;物聯(lián)網(wǎng);智能技術(shù)

引言

智能變電站要求站內(nèi)全部信息化，數(shù)字化和智能化，可根據(jù)自我數(shù)據(jù)能力完成更高級(jí)的控制功能。而物聯(lián)網(wǎng)是是建立在物與物，人與物之間的網(wǎng)絡(luò)，它通過一定的功能實(shí)現(xiàn)智能化，完成物與物，人物人之間的信息傳播。物聯(lián)網(wǎng)作為智能變電站的信息傳播的連接，是智能變電站發(fā)展的重要輔助。當(dāng)然，隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)智能變電站內(nèi)高壓設(shè)備的在線檢測(cè)和監(jiān)控有了更高的技術(shù)要求。對(duì)于智能化，自動(dòng)化，數(shù)據(jù)化人們又做出了更多的努力。

1.目前存在的問題

對(duì)于變電站來講，電纜接頭、刀閘觸點(diǎn)、開關(guān)觸點(diǎn)、電抗器、銅排連接點(diǎn)、電容器、消弧線圈以及高壓開關(guān)柜內(nèi)的設(shè)備和線纜等處都會(huì)因?yàn)檫^載、散熱不良、緊固松動(dòng)等原因?qū)е掳l(fā)熱。有研究報(bào)道，近20年以來我國各類輸、變電站發(fā)生的火災(zāi)高達(dá)140多起，曾經(jīng)有24個(gè)電廠發(fā)生過2次以上的電纜火災(zāi)事件，造成直接和間接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)50多億元人民幣。據(jù)國家電力安全事故通報(bào)的統(tǒng)計(jì)，由于高壓電氣設(shè)備過熱而導(dǎo)致的電力事故就占到全部電力事故的40%。因?yàn)殡娏υO(shè)備發(fā)生故障時(shí)從異常發(fā)熱到事故發(fā)生需要經(jīng)歷一段時(shí)間，那么在這段時(shí)間內(nèi)能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)異常并采取相應(yīng)的措施，完全能夠減少或杜絕此類電力事故的發(fā)生。變電站電氣設(shè)備溫度的在線監(jiān)測(cè)問題已經(jīng)成為電力系統(tǒng)安全運(yùn)行所迫不及待要解決的問題。

2.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下變電站設(shè)備在線測(cè)溫系統(tǒng)的組成

該系統(tǒng)是由管理中心（控制主機(jī)）、無線溫度傳感器的數(shù)據(jù)傳輸基站等組成的。

管理中心：管理中心是由一臺(tái)基于Windows OS的控制主機(jī)及組態(tài)化監(jiān)控軟件組成?？刂浦鳈C(jī)是一個(gè)集成了各種通訊協(xié)議并具有完善軟件功能的管理平臺(tái)，其具備圖形化人機(jī)交互界面及完備穩(wěn)定的數(shù)據(jù)庫，主要用來接收測(cè)溫工作站發(fā)出的溫度異常報(bào)警，以及處理、查詢、統(tǒng)計(jì)、分析本系統(tǒng)溫度測(cè)量的全部數(shù)據(jù)。這個(gè)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)一個(gè)220kV級(jí)變電站全部電纜、母排接頭、重要設(shè)備的溫度管理，同樣它也能夠接入其他管理與控制功能，實(shí)現(xiàn)單一平臺(tái)上多個(gè)管理任務(wù)的同時(shí)進(jìn)行，有效的實(shí)現(xiàn)多信息融合和集成，從而達(dá)到降低用戶成本的效果。

無線溫度傳感器：由數(shù)字溫度傳感器、微功耗MCU、2.45GHz數(shù)字RF收發(fā)器、高溫鋰亞電池和天線等組成。無線溫度傳感器要安裝在每一個(gè)溫度監(jiān)測(cè)目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)上，該傳感器每隔一定的時(shí)間就會(huì)自動(dòng)測(cè)量所在位置的溫度，并將測(cè)得的溫度數(shù)據(jù)用無線信號(hào)發(fā)送輸出。每一個(gè)無線溫度傳感器都有一個(gè)自己特定的ID號(hào)，實(shí)際使用時(shí)需要分配、記錄每個(gè)傳感器的安裝地點(diǎn)，并與編號(hào)一起存入測(cè)溫工作站的配置文件中。

數(shù)據(jù)傳輸基站：由MCU、RS-485接口、2.45GHz數(shù)字RF收發(fā)器、IP68ASA外殼、高增益定相天線和全向天線組成。數(shù)據(jù)傳輸基站通常采用RS-485總線與主機(jī)進(jìn)行通訊，其會(huì)自動(dòng)接收無線溫度傳感器所發(fā)送的溫度數(shù)據(jù)，并在收到測(cè)溫工作站的讀取命令后把收到的溫度數(shù)據(jù)上傳到測(cè)溫工作站。一般情況下，無線傳輸距離都會(huì)受到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的影響，其實(shí)際傳輸距離僅為幾十米，每個(gè)數(shù)據(jù)傳輸基站只管理一組無線溫度傳感器，，這些傳感器的ID號(hào)需要事先配置保存到終端的flash存儲(chǔ)器中。

3.與在線測(cè)溫系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)技術(shù)

3.1檢測(cè)信息數(shù)字化采集

物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)仍然還是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，它會(huì)通過一定的設(shè)備，像紅外感應(yīng)器、傳感器、射頻識(shí)別或者是激光掃描器等與任何設(shè)備實(shí)現(xiàn)連接，從而采集相關(guān)的信息。該技術(shù)下的信息采集具有數(shù)字化特點(diǎn)，就是說它能夠通過先進(jìn)的技術(shù)將采集的信息進(jìn)行數(shù)字化處理，同時(shí)也使得信息更加全面和豐富。該技術(shù)下的信息采集技術(shù)具有多樣化、全面化的特點(diǎn)，滿足用戶的使用要求。

3.2數(shù)據(jù)采集單元

傳感器的類型一般為高壓開關(guān)傳感器，其主要組成部分包括：SF6氣體微水傳感器、開關(guān)局部放電傳感器、SF6氣體密度傳感器、開關(guān)動(dòng)作位移傳感器、儲(chǔ)能線圈電流傳感器、液壓機(jī)構(gòu)壓力傳感器等等，這個(gè)單元主要是對(duì)變壓設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)傳輸，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的儲(chǔ)存器和處理器當(dāng)中進(jìn)行加工，之后傳輸?shù)浇K端顯示設(shè)備上，以供用戶使用。

3.3數(shù)據(jù)處理單元

當(dāng)數(shù)據(jù)采集單元完成傳輸?shù)娜蝿?wù)后，數(shù)據(jù)處理單元就要開始工作了。它主要是由高壓開關(guān)和變壓器各種參數(shù)的子IED組成。其中參數(shù)子IED中的IED主要來源于高壓開關(guān)、各類變壓器、氣體微水、開關(guān)的局部放電以及關(guān)于開關(guān)的機(jī)械特性和開關(guān)的監(jiān)控視頻、避雷器監(jiān)測(cè)子IED等組成。數(shù)據(jù)處理單元可以接受到數(shù)據(jù)采集單元中各個(gè)傳感器的檢測(cè)信號(hào)，同時(shí)它會(huì)將接收到的信號(hào)進(jìn)行存儲(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)與歷史數(shù)據(jù)的查詢功能，用戶能夠根據(jù)這些信息設(shè)置對(duì)應(yīng)的報(bào)警極限值等相關(guān)的自動(dòng)化控制啟動(dòng)的極限值。

3.4數(shù)據(jù)管理單元

這一單元的主要任務(wù)就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，這主要要依靠計(jì)算機(jī)終端來執(zhí)行，在認(rèn)為設(shè)定一些設(shè)備數(shù)據(jù)的極限值之后，將其儲(chǔ)存到電腦終端當(dāng)中，計(jì)算機(jī)在完成數(shù)據(jù)的綜合分析之后會(huì)與設(shè)置的各類參數(shù)的極限值進(jìn)行對(duì)比，一旦超過了這一極限值，計(jì)算機(jī)就會(huì)發(fā)出指令，控制報(bào)警器報(bào)警。

4.在線測(cè)溫系統(tǒng)的配置方案

4.1無線溫度傳感器的布設(shè)

經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)，一個(gè)高壓開關(guān)柜內(nèi)的測(cè)溫點(diǎn)為10～20個(gè)，一個(gè)中等規(guī)模的110kV變電站的測(cè)溫點(diǎn)為300～500個(gè)，在項(xiàng)目具體實(shí)施時(shí)，應(yīng)采用“一次規(guī)劃，分步實(shí)施”的方法逐步把所有發(fā)熱點(diǎn)都安裝上無線溫度傳感器。

4.2數(shù)據(jù)傳輸基站配置

數(shù)據(jù)傳輸基站是變電站在測(cè)溫系統(tǒng)中較為重要的構(gòu)成之一，主要執(zhí)行數(shù)據(jù)接收和傳輸任務(wù)。在配置過程中，可以依據(jù)變電站的無線通訊環(huán)境和傳感器配置進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先確定基站的數(shù)量和點(diǎn)位，其次，要保障最大的冗余度，主要依靠提升信號(hào)密度來實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)基站的配置要堅(jiān)持遠(yuǎn)離導(dǎo)線墻面、電線塔、線桿以及帶電設(shè)備的原則。

4.3抗干擾設(shè)計(jì)

強(qiáng)電環(huán)境中電磁干擾主要有以下幾種：地線干擾、各種共振回路、高壓開關(guān)動(dòng)作時(shí)電磁暫態(tài)過程對(duì)微電子系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾、輻射干擾、靜電禍合干擾。針對(duì)以上問題，我們要從接地方式、微控制器的選擇、去耦設(shè)計(jì)、屏蔽技術(shù)等防方面采取措施，來達(dá)到削弱干擾源強(qiáng)度，切斷干擾傳播途徑，降低系統(tǒng)干擾敏感度目的。在低頻電路中，采用一點(diǎn)接地;在高頻電路中采用多點(diǎn)接地。選用外時(shí)鐘頻率低的微控制器，有效降低噪聲，提高系統(tǒng)抗干擾能力。合理的去耦設(shè)計(jì)可濾除因峰值電流跳變而產(chǎn)生的電磁干擾。屏蔽可以減少電磁場(chǎng)向外或向內(nèi)的穿透，常用來隔離和衰減輻射干擾。

結(jié)束語

一些變電站已經(jīng)開始運(yùn)用這種在線測(cè)溫系統(tǒng)，其有效解決了電力設(shè)備接觸部位溫度無法及時(shí)監(jiān)測(cè)的問題。在電力系統(tǒng)變電站普遍實(shí)行無人值守的新形勢(shì)下，對(duì)電力設(shè)備的動(dòng)靜觸頭、主變引線、電纜頭等的溫度監(jiān)測(cè)有效地提高了電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄒浩，王峰，劉曉敏.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變電站設(shè)備在線測(cè)溫系統(tǒng)研究【J】.中國新技術(shù)產(chǎn)品，2013（02）.