物聯網技術環境下輸變電設備管理分析

山西兆豐鋁電有限責任公司 張彥生 杜兆慧

在現階段輸變電設備管理中仍存在諸多問題對電力系統的運行安全性、穩定性存在影響。因輸變電設備管理工作的復雜性、繁瑣性，單一通過人工方式無法實現維修工作高質開展，需要積極應用物聯網技術實現電網智能化建設。物聯網技術起源自傳媒領域，是信息科技第三次革命產物。物聯網技術指的是應用傳感設備，按照約定協議實現網絡和物理物體的連接，通過信息傳播實現信息的交換與通信，實現智能定位、識別、監管、跟蹤等功能。其應用包括內在傳感器、監控系統、智能設施、數控系統、工業系統、移動終端等和外在如具備無線終端車輛、具有FRID 貼條物品等。

相比于傳統互聯網物聯網具有極大優勢：物聯網為感知技術應用，在物聯網的上部設置大量傳感器，各個傳感器都屬于信息員，通過對不同的信息進行收集并通過網絡層進行信息數據的實時性傳播，實現數據的持續監測和更新；物聯網是建立在互聯網技術的一種新技術，其基礎與核心仍為互聯網，通過無線或有線融合互聯網將物理物體信息實時傳輸。在物聯網中傳感器所收集的信息需過網絡進行實時性的傳輸，同時因為數據信息繁多，在進行傳輸時為確保傳輸信息及時性、準確性，需適用各種協議和異構網絡；物聯網不只是提供傳感器間的互相連接，同時其自身具有智能處理能力，可對物理物體進行智能控制。物聯網技術與智能處理相互融合應用，通過模式識別、云計算等智能計劃拓展應用領域，在海量數據中發掘、分析有價值數據，滿足不同需求。

1 輸變電設備管理現狀

輸變電設備屬于電力系統中重要組成部分，其運行質量對電力系統正常運行起到直接影響?，F階段隨著管理意識不斷深入，我國多數電力企業對于輸變電設備管理工作的開展力度逐漸提升，但在實際的輸變電設備管理中仍存在諸多問題亟待解決。

首先，現階段我國部分地區開展輸變電設備開展停電計劃、年度維修計劃的安排和平衡還在參與人工的方式。隨著電力系統建設規模不斷擴大，其中所應用的先進技術和先進設備也逐漸增多，制定與平衡生產計劃也逐漸繁瑣、復雜。通過人工方式不僅導致輸變電設備檢查維修工作超過預期時間，同時因人力精力有限，在繁多的檢修工作中很容易出現疏漏情況，導致輸變電設備檢修管理工作質量不佳，部分存在安全隱患的設備沒有及時處理，對電力系統輸變電設備正常運行造成影響，甚至可能導致電網出現重大安全事故。同時不同上級部門對下屬單位所提要求也不統一，導致下屬部門需進行反復的格式轉換，耗費大量時間[1]。另外月度、季度、年度生產會議的開展并沒有綜合性信息系統作為支持，存在數十個基建工程、市政工程、搶修、計劃檢修、技改等工作同時開展，各部門相關人員只能按照所掌握信息匯報情況，無法精確掌握實際信息。

其次，檢修工作月度檢修計劃具有較強的指導性。對于季度、年度檢修計劃的制定無法有效避開重要政治活動而對月度檢修計劃的制定可以有效避開，但對演唱會、運動比賽、工程剪彩等需確保供電活動，政府部門無法提前得知相關信息，造成月度檢修工作的開展隨之發生變化，無法自源頭開展剛性管理。同時，因基建項目的開展受到政策處理不定因素的影響，需調整施工計劃，部分和基建項目相配合的檢修項目也需作出調整，對各項工作的順利開展造成影響。

最后，檢修工作效率較低，同時安全風險逐漸提升。按照輸變電設備檢修管理導則，變電站按照檢修周期開展檢修工作，因變電站中一期、二期設備無法進行同步檢修，在檢修時存在部分設備帶電。110kV 變電站若沒有進行全停方式開展集中的檢修，將會出現以下風險：檢修過程中可能發生人員誤入帶電間隔而發生觸電情況；當輸變電設備處于惡劣運行狀況時，可能發生避雷器、互感器爆炸情況，對參與輸變電設備檢修管理人員生命安全造成危害；因為保護裝置設計有聯切回路，保護傳動可能導致運行設備發生誤跳閘情況。另外，非全停模式下開展輸變電設備檢修工作會造成變電站的操作量大，開展安全措施消耗時間增加，檢修工作延遲情況，對電網輸變電設備的可靠性、安全性造成影響。同時調度工作的開展需安排防全停工作，調整電網運行狀態存在困難和一定的安全風險。

2 物聯網技術環境下輸變電設備管理

2.1 輸變電設備管理物聯網架構

物聯網技術在輸變電設備管理中應用能實現設備運行狀態實時監測與全壽命周期的自動化、智能化管理。對于物聯網架構的建設包括感知層、網絡層、應用層。其中感知層包括傳感器網關、傳感器網絡、M2M 終端、傳感器、攝像頭、讀寫器、RFID 標簽以及二維碼標簽。感知層分為通信延伸子層和感知控制子層?？刂谱訉拥闹饕饔檬菍ξ锢硎澜缂右愿兄R別，延伸子層是通過物理實體將應用層和網絡層加以連接的延伸網絡或通信模塊。在智能電網中通過控制子層能對各個環節的微環境、非電氣量、電氣量等信息進行采集，之后將延伸子層連接至網絡層。

網絡層由核心網和接入網構成，主要作用是控制、路由、傳遞感知層和應用層之間的信息。因為智能電網中信息傳遞需確保足夠的安全性、及時性、可靠性，物聯網信息傳遞、控制主要依賴電力通信網，在特殊條件和條件不足情況下可使用公網，但需做好安全防護；應用層指的是將智能電網需求和物聯網技術相互結合，從而實現電網系統智能化建設。應用層建設能實現智能電網信息技術和電網深度融合，對電網未來發展起到重要影響。應用層主要在于信息化中，能滿足電網系統各個環節需求，實現智能交流、精確供電以及互補供電[2]，有效提升能源應用的安全性和利用率，縮減用電成本。

現階段在電網系統中已應用物聯網技術，有效推動智能電網的建設。各科研單位將物聯網理念應用至輸變電設備中，逐步開展傳感、通信、評估可靠性、狀態監測、全周期管理等相關研究。通過應用物聯網技術能對輸變電設備運行狀態加以實時性的監測，當輸變電設備出現運行故障時，通過運行參數信息收集能及時發現具體哪一設備出現故障，不僅減少檢修管理人員工作量，同時為輸變電設備、電力系統的穩定運行提供技術保障。

2.2 輸變電設備狀態監測

輸變電設備狀態監測主要包括兩方面：

輸電設備運行狀態監測。輸電設備運行狀態監測物聯網感知層主要位于重要設備的上部、輸電線路、桿塔等部位設置多種類型的傳感器，通過應用相關裝置對輸電線里運行狀態情況加以實時性監測，獲取相關信息，之后通過網絡將信息傳輸至數據中心。現階段輸電線路在線監測實現了線路故障監測和定位、微氣象監測、振動監測、風偏監測、弧垂監測、舞動監測、覆冰監測、溫度監測等，不同監測工作的開展需多種傳感器互相配合工作，評析綜合信息。輸電線路中感知層主要問題為供電問題，現階段主要是通過太陽能方式進行供電。在輸電設備監測中應用層包括監測平臺和輔助系統，在早期監測系統平臺主要是相關建設廠商提供，之后為實現監測平臺建設的契合性、合理性，多電網公司自行開發監測平臺。當前監測平臺能實現數據收集、存儲、顯示及簡單的分析，在數據挖掘、智能分析、可視化建設方面還較薄弱，需相關企業加強研究，實現輸電設備監測高度智能化。

變電設備運行狀態監測。變電站屬于電力系統中極為重要的組成部門，在變電設備監測中對于物聯網技術的應用需按照實際情況進行，確保符合智能化建設原則和基本要求。在變電設備運行狀態監測中，感知層通過使用各種類型的傳感器獲取環境動力、容性設備、GIS 設備、變電器運行信息數據，變壓器運行狀態監測模式包括振動波譜、侵入波、油中微水、繞組變形、局部放電等監測模式。GIS設備監測方式包括機械特性、泄漏氣體、局部放電等監測方式。容性設備主要包括高壓套管、互感器、電容器等[3]，現階段對于容性設備狀態監測需解決濕度變化、溫度變化、零件零漂、諧波干擾、頻率波動等因素的影響，確保監測可靠性、穩定性。對于網絡層的建設主要為站內通信網絡，通信協議需遵循IEC61850有關規范。另外隨著傳感系統多樣化發展，對于無線網絡的應用逐漸多樣，需規范通信協議、通信接口，共享無線資源。

2.3 輸變電設備全壽命周期管理

輸變電設備全壽命周期管理指的是由資產長期效益角度出發，全面考慮資產規劃、建設、運行、維護、報廢等全過程。在滿足效能、效益的基礎上降低全壽命周期成本。輸變電設備全壽命周期管理是成本管理、效能管理、安全管理的有機結合。通過物聯網技術，沒使用傳感器對輸變電設備運行狀態加以全面的監測，和設備的屬性加以關聯，對設備的狀態和預估壽命加以評估，有效提升設備診斷、評估準確性和實時性，有助于制造、安裝、運維以及報廢等階段制定科學的管理內容。

3 結語

在輸變電設備管理中通過應用物聯網技術能實現對相關設備運行狀態實時監測，實時性收集設備運行狀態信息，通過信息分析發現電力系統中存在的安全風險和設備故障，確保維修管理工作的及時開展，為電力系統的平穩運行提供技術支持?，F階段在輸變電設備管理中對于物聯網技術的應用還存在一定缺陷，需相關電力企業加以研發，實現電力系統的高度智能。