基于標準化物聯網智能傳感器的變電站狀態感知系統

云南電網有限責任公司昆明供電局 張克宇

隨著我國電力事業的發展，傳統的變電運檢模式主要運用設備自動技術達到運檢目的，但隨著部分企業的戰略目標提升，傳統的變電運檢模式已無法滿足企業的發展，雖然能夠降低人工成本、提高企業經濟效益，但其弊端也逐漸明顯，狀態感知體系不完善、技術標準不統一、業務融合度不夠。這就導致在傳統的變電運檢模式下，容易出現裝置運行不穩定，導致設備管理不能達到智能化、信息化、精益化[1]。

一旦運檢模式出現問題，由于檢測過程較為復雜繁瑣并依舊需要人工進行排查，一旦遭遇惡劣天氣，不僅對運檢工作造成極大的困難、降低運檢效率，對運檢人員的生命也存在極大的威脅。對于這一現狀，要發展新型變電運檢模式，對物聯網技術進行研究，將智能傳感器運用到變電站中，對變電站中的變壓器、組合電器、開關柜等設備進行檢測，建造更為智能、高效以及安全的運檢系統。

1 系統技術路線

一般變電站是按照互動感知、開放互聯、融合分析三項原則，通過對變壓器、組合電器、開關柜等設備的控制，根據國家電網有限公司發布的《輸變電設備物聯網建設方案》，搭建感知層、傳輸層、平臺層以及應用層四大變電站智能運維輔助系統網絡結構，從而建立智能物聯網變電站系統，全面提高變電站的運檢效率[2]。

1.1 感知層

由麥克風、人體傳感器、聲控傳感器、燈控傳感器等各種傳感裝置組成，主要目的是感知設備外的實時狀態，并對信號進行識別捕捉，是物聯網接受信息的重要接入口。目前最主要的方式是通過EPC技術及RFID技術完成對信息的采集以及自動化識別。感知層在整個運檢模式中尤為重要，需有較強的靈敏度，在運檢模式中對不同傳感器以及采集裝置進行控制，從而能及時獲得物體在不同環境下存在的行為特征以及相關數據[3]。為確保感知層的數據真實可靠且具有時效性，在捕捉到信息后，感知層再通過光線通信以及無線傳感器將數據進行傳遞，保證信息傳遞效率。

在變電站感知層中，主要包括微功耗無線傳感器、低功耗無線傳感器、傳統有線傳感器、其他智能輔助傳感器[4]。圖1中接入節點的作用是整個變電站感應層中無線感應器網絡中的控制中心，主要任務是對所有節點以及感應器中所接收到的數據進行收集和管理，并在終端配置智能計算功能，通過多通道數據同步計算等方法整理數據，再由接入節點連接的光纖、VPN等通訊手法對數據進行傳輸至電網管理平臺。

圖1 變電站組網方案

微功耗無線傳感器。具有對各種傳感器信號采樣處理功能，可用一個模塊同時在線采集包括溫度、濕度、壓力、電流、電壓、開關、頻率等多種混合參數，并無線發送至收發器；可接受并處理來自收發器的控制輸出信號；短距離間歇收發數據可使用電池作為工作電源等特點[5]。在變電站中微功耗無線傳感器通過微功率無線網接入，主要檢測變電站中的溫度、濕度以及頻率等，再將所有數據匯聚起來并接入到節點。

低功耗傳感器。主要接收具有連續傳輸信息，比如局部超聲波、局部特高頻率、漏電電流等變電站運檢信息，對于這些需采用低功耗無線傳感器與接入口連接感應支持節點組網協議，或通過一個或多個節點匯聚所有信息，再接入控制器與網絡層對接。

有線傳感器。是最可靠的系統之一，因為它們直接將傳感器鏈接到接收輸入的設備。這意味著有線傳感器也是最耐用的系統，不需要經常更換。在該變電站系統中主要應用于避雷器泄露電流等地方，將智能電子設備與匯聚節點進行連接，并將匯聚節點與無線傳感器網絡進行連接或直接連入端點；其他智能輔助傳感器主要針對于攝像頭、大型機器、環境監測等傳感器，這類傳感器可直接通過智能節點與端點進行連接。

1.2 傳輸層

最主要的作用是傳遞與輔助控制，對感知層中所采集傳遞來的信息，通過電力光纖、VPN、無線寬帶以及電力線載波通信等通信和相關網絡設備等方式進行數據傳輸，并將數據發送至平臺層，通過設備接入完成數據傳送與轉接。其主要目的是保證信息的安全性與準確性。傳輸層還可輔助應用層對數據提前做一步篩選與分析管理工作[6]。該步驟主要依托于傳輸層具有接入網和核心網兩個層面，該層面能為電網系統與物聯網之間提供聯系，物聯網在電網系統傳輸層的輔助下，可更好的傳輸控制信息，使物聯網技術在通信網絡的作用下能夠高速的運作，保證其應用質量。

1.3 平臺層

將接收到的數據進行整理分析，并將最后的結果放入數據庫中，該技能主要依托于平臺層具有的物聯網設備管理、邊緣計算配置、物聯網數據存儲這三大基本功能[7]。物聯網設備管理是對物聯網中感應傳輸數據的傳感器以及相應網絡節點進行管理調控，接收通訊網絡所承載的數據，并對數據進行管理調控[8]。再利用邊緣計算配置對接收的數據進行計算、清洗、分配，再將整理好的數據進行分析整理，再將最后的數據儲存在物聯網數據中。在這一過程中，平臺層能夠具有較強的彈性擴展應用功能，可大量接收物聯網數據傳輸與接入，在此平臺上實現數據感知、分析計算、管理存儲，最后將數據進行傳送分享功能。

1.4 應用層

在應用層分為基礎設備和應用設施，基礎設備主要是為物聯網技術提供信息處理以及計算支持，應用設施主要是通過對智能計算、模式識別的應用與干預，對平臺層所傳輸的數據進行處理計算。并與各個應用管理系統連接建立聯系，對平臺層所傳輸儲存的數據進行分析和管理，將整合后的數據呈現在終端，完成變電站設備各項數據的實時分析與推送[9]。

圖2 輸變電設備物聯網系統架構

2 應用場景

220kV變電站建造物聯網生態系統建設，著重建造物聯網感知層，主要針對于變電站中的變壓器、組合電器、開關柜等設備，全面部署物聯網傳感器，其中包括溫度、濕度、振動頻率、超聲波、局部漏電放電等多個微功耗無線傳感器、低功耗無線傳感器、傳統有線傳感器、其他智能輔助傳感器，并建立接入匯聚節點形成組網。匯聚節點和接入節點通過接入管理各類信息，并對數據進行計算控制[10]。再由接入節點通過通訊網絡技術如VPN、電力光纖等方式傳輸，保證信息數據的安全性及準確性，將信息數據傳輸至平臺層，在平臺層對數據進行計算分配管理，再由平臺層將數據傳輸至電網智能運檢系統中，對最后的數據進行展示和分析，確保變電站能夠穩定運行，從而實現變電站運檢系統的智能化。

對變電站進行物聯網智能傳感器的部署中，通過對電力系統以及設備、整體變電站運營環境狀態監測可看出，通過對溫度、濕度等各種傳感器進行檢測可實時監控變電站內的生態環境，感知變電站狀態，對變電站內出現的異常能夠及時預警，并在應用層能直接對變電站狀況進行三維展示，更好地診斷管理分析變電站設備運行狀況。

綜上，電網作為我國最重要的技術之一，將物聯網和電網進行結合是目前主要發展趨勢，物聯網可通過各種信息傳感器準確捕捉采集各種信息，并將所有信息進行匯總，再與互聯網相結合，實現在任何時間、空間、地點，信息都能夠互相連通，形成巨大的信息網絡，有利于對人或事物進行識別、定位、跟蹤。而電網主要是利用物聯網這一性能，為電網提供一個具有擴展性、適宜性的網絡架構，推動電網逐漸向智能化、信息化、綜合化方向不斷發展。