基于物聯網的變電站遠程運維平臺設計

倪晨訊

（江蘇省電力有限公司揚中市供電分公司 江蘇省鎮江市 212200）

隨著我國社會經濟的不斷發展，社會各行各業經濟得到了巨大的發展。其發展過程中電力在其中發揮了關鍵的作用[1]。變電站在多種維護技術的基礎上，其使用壽命不斷延長。變電站運行維護中采用現代化技術提升了檢查維修的質量，并降低了變電站維修人員維修中的安全。但在變電站運行維護中由于外界環境的不斷變化，導致變電站的維護工作異常艱難。為了適應電網運行和維護的效率，積極推進運維一體化工作模式。但就目前來看，單靠人員的簡單運維阻礙了變電站運行維護的效率[2]。因此，相關研究者就變電站運行維護設計了很多系統以及平臺，提升變電站運行維護的效率。基于上述平臺構建中存在的問題，本文設計了一種新的變電站遠程運維平臺。首先分析變電站遠程運維的需求和平臺設計原則，在此基礎上構建遠程運維平臺的總體架構。并通過平臺軟件和硬件設計完成平臺設計。希望通過本文平臺的設計，為推進變電站的遠程維修的發展貢獻一份力量。

1 基于物聯網的變電站遠程運維平臺

1.1 變電站遠程運維平臺需求

在變電站的后期運行維修中，需要將設備的維修模式向線上轉移，進一步推進變電站運維一體化的工作模式。變電站運維的作業中需要遵循一定原則，在其運維工作中，包括變電站運行數據、故障和自動保護數據、運行數據故障的分析、變電站設備狀態維修和電能質量數據的維護等。

（1）運維設備狀態數據的維護：在平臺設計中，需要著重考慮設備運行狀態，將運行的狀態數據首先進行采集，然后分析設備運行數據是否存在異常，及早發現設備故障的前兆，為后期的運維奠定基礎。

（2）變電站電能質量的監測：在運行維護中，變電站電能質量也需要被保障，通過電能質量的監測，能夠對其中存在的問題進行分析。

（3）變電站運行的視頻監控：目前，對變電站設備監控是實現運行維護時實現可視化管理的方式。

（4）環境預警：在變電站遠程運行維護中，環境的變化是影響設備正常運行的關鍵。如大風、雷電天氣影響變電站輸變電、絕緣等設備的正常運行。因此，運維平臺設計中應關注外界環境的變化。

1.2 變電站遠程運維平臺設計原則分析

根據上述變電站遠程運維平臺需求分析基礎上，確定了本文平臺設計的原則。考慮到變電站運維中存在的問題，在運維平臺設計中應遵循以下原則：

（1）平臺簡單化設計原則：根據關鍵需求設計平臺功能，減少無必要工作操作流程，減低平臺運行時的系統壓力，提升平臺反應效率。

（2）設備信息規范化：設備運維的依據是根據運維的原始數據進行對比，因此，平臺設計中應將設備相關初始數據信息進行合理采集和保存。

（3）運維業務協同化：變電站設備運行維護時，需要打破現有單一業務的局限，實現多個業務的同時運作，實現精準的運維需求。

（4）平臺功能全面化：運維平臺的設計中既要考慮全面化又要考慮負載的均衡性，將運維平臺的開發合理借助模塊功能進行實現。

2 平臺設計

2.1 變電站遠程運維平臺硬件架構

根據上述平臺需求和平臺設計原則，本文借助物聯網技術設計本文研究平臺。本次設計的平臺主要包括三個模塊，即：主站遠程管理模塊、變電站遠程故障報警模塊以及變電站遠程運維終端管理模塊。

在變電站遠程運維平臺硬件架構設計中，主站遠程管理模塊主要管理變電站設備的運行數據，并將數據進行統一管理，該模塊的設計中通過設計物聯網關采集變電站設備的運行數據；變電站遠程故障報警模塊的主要功能是將設備運行中的故障數據進行獲取，及時發現故障，以避免故障發生而未及時發現，導致變電站無法正常工作；變電站遠程運維終端管理模塊負責將故障數據等相關設備數據進行儲存和處理，分析變電站設備產生故障的原因[3]。通過該模塊實時關注變電站故障的發生。

2.1.1 主站遠程管理模塊

在遠程運維平臺設計中，主站遠程管理是平臺的核心管理模塊。該模塊負責管理整個變電站的運維數據以及相關設備的運行和維護數據。在此模塊設計中，采用物聯網技術設計主站遠程管理模塊的主要核心功能框架，在主站遠程管理模塊設計中，將其詳細劃分為應用層、網絡數據傳輸層以及運維數據感知層。應用層中，將變電站需要運維的設備信息進行集成，包括信息的處理、故障數據解析服務以及相關的調度、通信服務。通過接入端口中設置的服務器，完成移動端運維數據的接入，為后續平臺開發提供核心動力。

2.1.2 變電站遠程故障報警模塊

變電站遠程運維平臺設計中，變電站設備遠程故障的報警對系統后期運維十分關鍵。只有發現故障，并讓核心模塊收到相關故障訊息后，才能立刻進行維護，保證變電站的正常運行[4]。該模塊的設計中，設置故障數據接收的前置機，通過該前置機抓取變電站設備故障數據，將疑似故障數據輸入其中，然后設置故障數據的過濾墻，若抓取的數據無法通過設置的過濾墻，代表該數據無故障，但若通過設置的過濾墻代表數據為故障數據，此時數據經由過濾墻，傳輸到平臺的主管理模塊，主管理模塊獲取到該訊息后立刻下達運維指令，及時修復故障。

2.1.3 變電站遠程運維終端管理模塊

變電站遠程運維終端管理模塊設計中，考慮了變電站設備信息視頻采集、壓縮和編碼，通過對變電站信息收集，將其存儲到該終端模塊中，其中圖片信息的采集通過設置的攝像機和傳感器進行獲取，完成終端管理模塊的管理。

2.2 變電站遠程運維平臺軟件設計

根據上述平臺硬件的設計基礎，設計平臺的軟件。軟件設計中本文設計著重關注平臺故障數據的采集和實現的流程研究。

平臺故障數據的采集中，首先確定變電站運維故障數據在所有數據中的比重，計算當前數據的故障測度值，其測度值記為ci，即：

式（1）中，ci表示的是故障數據出現的頻率，代表故障數據出現的比重值。

常規情況下，故障數據的測度值越大，表明此數據為故障數據的幾率就越高。根據所以運維數據測度值，完成數據的采集，即：

式中，s[keyi]表示的是故障數據在不同設備位置出現的次數，li代表所有運維數據，vi代表運維設備故障數據的采集。

通過故障數據的采集，將得到的數據上傳到平臺的終端，實現運維平臺的設計。

3 實驗分析

3.1 實驗方案設計

實驗中以某地一小型變電站為研究對象，該變電站占地面積約為1000 平方米，將此平臺以及基于GSP 的變電站監控系統遠程運維平臺、增強現實技術的智能變電站設備運維平臺通過計算機進行編程，應用到該變電站中，以一個月為實驗周期，檢測該變電站發生故障的耗時，和故障分析的精度，對比三種平臺的應用效果。為了保證實驗的有效性，實驗數據均通過專業SPSS 軟件處理。

3.2 實驗結果分析

通過為期一個月的樣本變電站故障監測，得到本文平臺、基于GSP 的變電站監控系統遠程運維平臺、增強現實技術的智能變電站設備運維平臺的故障分析精度如圖1所示。

圖1：變電站設備運維平臺的故障分析精度

分析圖1 中實驗結果數據可以看出，本文設計的平臺在對樣本變電站設備運維故障數據分析的精度是三種平臺中最高的，且始終高于90%，相比之下本文平臺對故障數據的分析效果更好，更具有可信度。

在確定故障精度基礎上，實驗進一步分析了本文平臺、基于GSP 的變電站監控系統遠程運維平臺、增強現實技術的智能變電站設備運維平臺的故障反饋的耗時，得到的結果如圖2所示。

圖2：變電站設備運維平臺的故障分析耗時

分析圖2 中曲線變化可以看出，在同樣的實驗環境下，本文設計平臺在變電站設備運維中故障分析的用時最少，且始終低于4s，具有分析的速度快的優勢。這是由于本文在故障分析中采用物聯網網關設計了主站管理平臺，并通過采集的故障數據完成運維，進而提升了本文平臺的運維效率。

4 結束語

本文設計的變電站遠程運維平臺設計中，應用了物聯網技術，并通過系統三個主要模塊硬件的設計，以及故障數據提取算法的設計，實現了遠程運維。并與傳統兩種平臺對同一實驗對象進行驗證，結果顯示本文平臺的性能更為突出，在實際應用中效果將更好。