物聯網技術下的配電線路在線監測系統應用

張健 張志侃 張晨

摘要：經濟的發展，促進社會對電力的需求也逐漸增加，這有效地推動了電力企業的發展。配電網直接聯系用戶，其可靠供電能力和供電質量既是電力企業經濟效益的直接體現，又對應著不可估量的社會效益。配電線路在線監測作為配電自動化的一個重要內容，對提高供電可靠性有很大影響，也得到了越來越多的重視。本文就物聯網技術下的配電線路在線監測系統應用展開探討。

關鍵詞：物聯網;配電線路;在線監測系統

引言

配電線路發生故障后，采用傳統巡線方式查找故障點費時費力，要改變這種現狀，必須依托現代數字通信技術、在線監視自動測量技術和地理信息技術等，建立一套完善的配電線路在線監測系統，并集成PMS系統、GIS平臺、配網搶修平臺、配網自動化系統等應用，實現配電線路運行狀況在線監測和故障實時告警，快速定位配電線路故障位置，協助搶修人員迅速趕赴現場，排除故障，及時恢復正常供電，從而達到故障告警實時化、配電線路監測可視化、配網搶修智能化、數據分析自動化、線路運行管理精細化的目的，進而大大提高搶修人員的工作效率，提升供電可靠性。

1 物聯網技術概述

顧名思義，物聯網就是物體連接的網絡。但物聯網連連接的不僅是物體與物體，還可以對物體和人進行連接。但是無論是哪種方式連接，都需要接入無線網絡中，才能充分發揮其作用。物聯網技術就是通過信息傳感設備與互聯網連接，實現對物品的管理和識別。物聯網是利用網絡，使物體實現智能化的一種管理檢測系統模式。物聯網模式應用在輸配電線路中，可以更好的檢測線路出現故障及問題，以便于及時的排出故障。由于智能化是未來科技發展的重要方向，智能電網也是在不斷發展過程中。因此，要掌握物聯網核心技術的基礎上，科學的運用在實際生活和工作中，使物與物以及人與物進行信息聯通。物聯網具有以下特點：（1）物聯網具有感知性的特點，可以收集物體信息。（2）物聯網具有互通性的特點，物聯網可以對接入網絡的物品進行信息的查詢和共享。（3）物聯網具有智能化的特點，這也是其最主要的特點，物聯網可以利用智能計算機技術，對物品的信息數據進行分析和處理，這極大的節省了人力成本，提升了其自動控制能力，有效提高智能化決策水平。

2 在線監測系統的組成

2.1故障指示器及其與終端通信的方式

故障指示器用于監測架空線路或電纜的負荷電流、對地電場強度、故障電流、線纜溫度等，故障指示器到終端的通信采用雙向短距離無線調頻（跳頻）通信方式進行，各終端廠家采用私有的通信規約，使用420MHz～470MHz無線頻段（自動跳頻），通信范圍約10m。

2.2主站系統

在線監測系統主站是實現配電網運行、管理、故障分析等主要應用的載體，主站通過通信系統實時采集配電終端（FTU）的各項監控數據，實現對配電線路的故障研判和定位，形成告警信息。同時，完成與PMS系統、GIS平臺、配網搶修平臺、配網自動化系統的數據交互，它具備常規自動化系統的配電主站和配電子站的部分功能。

2.3通信終端及遠程通信信道

通信信道主要采用GPRS/CDMA等接入點名稱（APN）無線專網模式;采用國網通信規約（《國網電力公司配電線路數據采集終端通信協議》），通信要求支持電力公司專網SIM卡，實時在線（加電自動上線，掉電恢復后自動重撥）。通信終端主要由采集模塊與通信模塊組成，主要功能是采集故障指示器發送的數據并進行本地故障分析，然后將采集數據與故障告警由通信模塊發送給主站。根據《國家電網公司智能電網信息安全防護總體方案》要求，終端須安裝國家電網公司統一研發的終端安全專控軟件和安全加密卡，實現與安全接入平臺的雙向身份認證。

3 基于物聯網技術的配電線路在線監測系統總體設計

3.1系統功能設計

（1）配電線路非電量和微氣象在線監測。利用傳感器在線采集并傳輸配電線路相關參數，如：桿塔傾斜角、溫度、濕度、光照強度等，計算不同光照強度監測區域內太陽能光伏板的平均功率，確保系統監測節點的安全穩定性。（2）配電線路監測數據傳輸分析。利用傳感器進行配電線路運行狀態檢測量的周期性采集工作，對配電線路狀態數據進行實時傳輸、訪問、下載、統計和分析，及時獲悉配電線路運行狀態及預警信息，確保配電線路的合理規劃。（3）配電線路監測系統終端節點的功率估算。由傳感器芯片功率、監測周期、傳感器持續工作時間為依據，進行配電線路監測終端節點功率的估算，獲悉有效光照時間，由此估算蓄電池容量，確定蓄電池更換時間，保證終端節點運行的安全穩定性。

3.2改變配網運行方式，提高配網供電可靠性

一方面通過系統的建設在一定程度上替代傳統的線路巡查方式，及時發現故障隱患、快速消除隱患，提高配電線路運行的可靠性;另一方面，通過系統的建設，縮短了故障發生后的發現、分析、定位、搶修時間，進一步提升了配網運行可靠性。

3.3系統總體架構設計

基于物聯網的配電線路在線監測Lora系統應用于系統目的監測點和網關節點之間，主要應用于STM32處理器、射頻收發器、RS45模塊接口和以太網接口等設備，實現攝像頭電源通斷管理和通信箱無線接入開關管理，采用星型組網或多跳組網的方式，遠程監測輸電線路現場狀態和設備運行狀態。GPRS無線通信應用于系統數據中心和數據終端單元的設備之中，如：日歷時鐘模塊、PC機及其電源、LCD液晶顯示設備等，用于查詢命令的設置及響應監測終端的請求，并將被監測設備的狀態信息回送給數據中心。系統終端節點設置于配電線路的桿塔上，通過預設指令周期性喚醒的方式，實現不同傳感器的鏈接，進行配電線路運行狀態數據的實時在線采集，并進行數據信息的實時處理和發送。其中：路由器節點主要負責網絡中的數據路由，擴展網絡通信距離。協調器節點將各子節點發送的數據傳輸至GPRS通信模塊，再將配電線路運行狀態數據上傳至網絡服務器IP，滿足用戶即時訪問和數據讀取的需求。

4 物聯網技術在配電線路在線監測系統的發展趨勢

隨著科技技術的不斷發展，全球已經進入互聯網時代，推動物聯網技術在配電線路在線監測系統的應用，其應用也日趨完善。對于未來的發展趨勢主要包括：（1）建立系統的配電設備智能監測模型，并加強狀態信息模型的研究。（2）全球已經進入信息化時代，大數據受到越來越多人的重視，配電線路在線監測系統對數據分析、處理及交互方面的需求不斷提高，因此要研究一體化智能監測系統，使其具有自治協同能力。（3）配電線路在線監測系統建設的基礎是全站設備狀態信息通信技術，未來將在物聯網在線監測通信和信息集成技術方面加大投入，并統一有線/無線通信接口。（4）互聯網技術的發展促進了在線監測系統硬件的發展，目前電力傳感器主要是光纖傳感，因此未來需要加大對電力專用傳感器的研究。（5）在配電識別狀態監測中，需要依據系統要求加強監測設備的監測可靠性。（6）隨著可視化系統的發展，應引進三維立體全景全息可視化系統等技術，使監測系統的工作可視化。（7）建設大數據系統并實現信息互通，應引進“云”技術，對基于物聯網技術的配電線路在線監測系統的模板進行優化，云技術的應用可以極大提升監測系統的全周期管理效率。

結語

綜上所述，物聯網技術下的配電線路在線監測系統實現對配電線路運行參數的在線監測，估算系統各終端節點的能耗及蓄電池容量。后續還要不斷深化系統的抗干擾分析，加強對系統狀態預警和動態增容方面的研究。

參考文獻

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