基于智慧物聯體系的變電站防汛智能監控系統

國網河南省電力公司濟源供電公司 馬文宣 鄭城市 曹紅霞

目前變電站的防汛方式大多采用傳統人工方式進行防汛，采用沙袋、擋板、潛水泵等簡單的防汛設備，在氣象部門預報可能發生汛情時提前放置好沙袋、擋板，阻擋雨水流入如變電所或配電室等重要房間，并在發生汛情時值班觀察集水井內的積水，在水位到達一定高度時使用潛水泵將集水井內的積水排出。作為變電站內一項關鍵的基礎設施，排水泵的運行可靠性對于保障變電站安全工作顯得至關重要。但長久以來變電站污水泵房的信息化建設和智能化建設都比較遲滯，排水泵電機使用環境惡劣，電機軟啟動柜缺少及時的運維。個別情況下存在運維之后塑殼開關忘記合閘的可能性，這種可能性假如發生在暴雨季節，會對變電站設施造成不可估量的損失。

1 智慧物聯體系

智慧物聯體系主要包括物聯管理平臺、邊緣物聯代理和各類型終端標準化接入。通過智慧物聯體系建設，推動電網公司各類終端統一接入、邊緣智能和共享共用。智慧物聯體系實現基礎數據采集與規范，為“數據一個源”提供保障，為綜合能源服務與新業態提供數據支持。對下統籌輸變電、配電網、客戶側和供應鏈等領域泛在物聯和深度感知需求，實現統一物聯管理和終端標準化接入，對上為企業中臺提供開放、標準的服務，形成跨專業數據共享共用的生態，充分發揮數據資產價值[1]。

智慧物聯體系通過在變電站、配電站房、臺區、輸電線路、工業用戶等場所部署邊緣物聯代理設備，實現傳感設備（端）標準化接入與數據匯集，實現區域協同管理和邊緣智能；基于設備運行的各類APP應用實現遠程配置更新和在線監視，降低運維成本。建設兩級物聯管理平臺實現各類終端的遠程維護、統一管理和應用擴展，滿足各專業應用隨需迭代；實現采集數據的集中校驗與匯聚轉發，為企業中臺和各類業務應用提供標準化數據保障。

智慧物聯體系總體架構遵循“精準感知，邊緣智能，統一物聯，開放共享”的技術原則，通過物聯管理平臺和邊緣物聯代理等平臺以及設備標準化接入各類采集終端，實現業務融合貫通[2]：精準感知。結合實際業務需求、投資規模、建設區域特點等因素，因地制宜部署感知設備，按需實現電源側、電網側、用戶側、供應鏈等領域的準確、實時感知，支撐構建電力數字孿生；邊緣智能。邊緣側通過邊緣計算、人工智能技術提供就地智能化分析、處理能力，支撐區域自治與云邊協同。基于統一的邊緣計算框架實現跨專業數據共享和業務流程貫通；統一物聯。建立統一的物聯管理平臺，實現設備管理、應用管理、物聯模型與物聯標識等一體化管理，支持智能終端直接接入、邊緣設備匯聚接入、業務系統接入等多元化接入；開放共享。支撐跨專業、內外部資源共享共用，基于統一的物聯模型、接口規范和APP應用商店，構建數據安全、接入安全、交互安全及本體安全的物聯安全防護體系，打造開放合作、共建共享、安全可控的國網智慧物聯應用生態和產業生態。

2 系統組成（對應智慧物聯體系對每一部分做原理介紹）

系統采用物聯網云邊端三層結構，項目遵循“精準感知，邊緣智能，統一物聯，開放共享”的智慧物聯體系技術原則，運用物聯管理平臺以及邊端設備標準化接入采集終端，實現基于智慧物聯體系的變電站防汛在線監測業務。

變電站防汛智能管理裝置實時采集排水泵電參數和傳感器的蓄水池內水位，將數據通過標準協議傳輸到邊緣融合終端，通過RS485連接排水泵驅動器，Modbus協議控制排水泵的開關狀態。變電站防汛智能管理裝置同時支持通過管理平臺遠程升級程序、配置參數等功能，實現一次防汛設備自檢功能，縮短防汛的反應時間，保障電網安全可靠運行。

邊緣融合終端上行通過MQTT協議與平臺進行交互，下行通過Modbus協議與變電站防汛智能管理裝置交互[3]，邊緣融合終端啟動時，由物聯管理平臺將物模型下載邊緣融合終端中，邊緣融合終端對采集的終端數據進行解析，并基于物聯終端模型對采集數據進行過濾、校驗和標準化處置，邊緣融合終端采集APP采用json文本和腳本語言相結合的實現方式，在不進行二次調試的前提下，滿足支持ModBus規約的遙測和遙信量的采集、解析和入庫。邊緣融合終端將分析計算的變電站的防汛狀態通過電力VPN專網傳輸到物聯管理平臺。

物聯管理平臺側制訂變電站防汛智能監測裝置和排水泵聯控設備執行下發控制策略方案，當檢測到排水井存在積水大于設定水位閾值時遠程控制排水泵打開，開展排水泵等輔助控制設備與變電站防汛智能監測裝置的配合執行策略調試，提高設備自動化水平[4]。通過溝內部署的無線水位傳感器實現變電站的汛情監測，并將數據通過lora傳輸至裝置終端，變電站防汛智能監測裝置通過數據處理系統計算處理，如發現電纜溝內水位告警，一方面主動上報后臺主站，另一方面下達排水指令聯動排水裝置進行排水，變電站防汛智能監測裝置同時實時采集排水狀態數據。

3 應用成效

通過智慧物聯管理體系建設實現排水泵的運行狀態評價和故障診斷，指導運維人員第一時間對故障消缺，提升變電站運行可靠性[5]。

系統建設。系統主要由數據采集、實時數據展示、報警提示以及數據匯總等模塊組成。通過變電站防汛智能監測裝置采集排水泵狀態和水位數據，當數據出現閾值告警時，并可以自動控制相關設備進行智能調節或發送報警信息；數據采集內容。數據采集包括排水泵電參數和排水井水位，排水泵電參數判斷排水泵是否工作正常，及時通知運維人員檢修，根據電氣量判斷排水泵工作狀態，結合蓄水池內水位變化情況實現排水泵的運行狀態評價和故障診斷，指導運維人員第一時間對故障消缺，提升變電站運行可靠性。

閾值報警。當出現被監控點數據異常時可自動發出報警信號，可設定各監控點位的水位報警閾值。通過軟件系統報警方式上傳報警信息，及時通知值班工作人員。可通過系統設置參數的上下閾值，當水位參數超出預設的范圍時通過系統做出報警提示。系統允許用戶制定自定義的數據范圍，超出范圍的錯誤情況會在系統中進行標注以達到報警目的；數據查詢。可查看智能變電站的實時防汛監測數據信息，包括智能變電站位置水位情況，也可通過選擇智能變電站的位置、采集設備號等進行數據查詢篩選。

統計匯總。主要把數據采集模塊采集的數據按照設定的頻率存儲到數據中心，為以后的定量定性分析提供依據。通過實時數據匯總模塊提供歷史數據的統計分析等報表服務[6]。匯總統計為用戶通過環境信息得到相關參數提供了方便，用戶可對所要實現自動控制的參數（水位，水浸）進行設置和完成參數的獲取，即時了解智能變電站中的防汛情況，以數字、圖形等方式進行實時顯示和記錄存儲監測信息，系統可在線實時24小時不間斷的采集和記錄智能變電站內的水位，水浸、排水泵等各項參數情況。顯示、記錄各監測點的水位，水浸、排水泵值和曲線變化，統計溫濕度數據的歷史數據、最大值、最小值及平均值，累積數據，報警畫面，用戶可隨時打印指定時間段的數據及運行報告。

綜上，通過國網濟源供電公司的基于智慧物聯體系的變電站防汛智能監測裝置研究和應用，實現了變電站水位感知設備和控制終端的統一接入智慧物聯管理平臺的管理，解決了智慧物聯體系下變電站智能防汛接入難的難題，提升了濟源變電站防汛能力，實現一次防汛設備自檢功能，縮短了防汛的反應時間，保障電網安全可靠運行，本項目以基于智慧物聯體系的變電站防汛為核心，探索了智慧物聯體系建設的變電站防汛系統研究和應用，結合硬件模塊化和軟件組態化的先進設計理念，為智慧物聯體系建設提供了典型建設方案，進一步加快物聯智慧體系建設。