基于物聯網的變電站在線監測系統

庾信 王乾

摘 要：隨著智慧電網建設腳步不斷加快，變電站在線監測系統功能更加完善，系統實際運行期間獲得的監測數據，為保障電網正常運行提供了重要理論依據。通過將物聯網內的實物智能識別與監測手段應用在變電站內，可為變電站設備狀態在線監測工作提供新智能化方式。本文就基于此，以物聯網及變電站在線監測系統的理論分析為切入點，提出變電站在線監測系統軟件及硬件設計方案，最后對設計出的變電站在線監測系統進行運行測試，確保物聯網技術能夠在提升變電站在線監測系統運行質量效率中發揮出重要作用。

關鍵詞：物聯網;變電站;在線監測系統

前言：就目前來看，物聯網技術被廣泛應用在電力領域，通過建立起能夠突破時間、空間、物體之間信息聯通屏障的渠道，使參與到電力供應的各部門均能夠實現在線監測與數據共享目標。同時，將物聯網技術應用在變電站運行管理過程中，也可進一步完善原有在線監測系統的內部功能，使在線監測系統及時發現變電站運行故障問題，制定出專項可行的解決方案。

1 概述物聯網技術及在線監測系統

1.1物聯網技術概念

物聯網技術最早于20世紀90年代末提出，當時對物聯網技術的定義為實現物體與網絡之間的非接觸式識別與識標，相關技術只使用射頻識別。隨后期物聯網技術發展速度逐步加快，我國相關研究學者提出，物聯網就是互聯與通信網絡的進一步延伸，通過利用各類先進的感知技術識別現實世界，借助通信網絡信息傳輸方式進行信息的處理及挖掘，實現人與人、物與物、人與物之間的無縫信息連接。

現階段物聯網技術在國內發展時間較短，已知其結構均為感知層、網絡層與應用層三種[1]。其中，感知層是物聯網結構的核心，主要肩負起建立信息世界與網絡世界溝通橋梁的職責;網絡層位于物聯網結構中的中心地帶，需要連接感知層與應用層，保障信息高效可靠傳輸;應用層是物聯網結構的最頂端，應對收集到的數據進行匯總、分析及處理，用于事物的最終決策以及控制。

1.2變電站及在線監測系統

通常情況下，變電站主要分為進線電源、上層通信、變壓層、設備層、下層通信等結構。進線電源需要連接上級電源的變電站，為變電站輸送穩定電力資源[2];上層通信內部包括機電保護裝置等重要設施，需要對此些設施的運行狀態進行嚴格管控;變壓層是變壓器所在層，是實現變電站運行功能的基礎保障;設備層內部分布著變電站總開關柜，屬于用電設備與供電系統之間的接口;下層通信層一次設備與二次設備的連接面，應當監測電氣量準確度，對系統進行整體控制操作。

變電站在線監測系統主要由溫度在線監測、避雷絕緣在線監測、斷路器在線監測等子系統構成，需要對變電站主電氣設備的絕緣狀態參數進行全程管控，切實保障變電站運行質量及效率，為專家診斷系統提供更為開放的平臺。

2 物聯網技術變電站在線監測系統的設計思路

為充分發揮出物聯網技術在變電站在線監測系統設計及完善中的積極作用，本文主要對物聯網結構內部感知層優化進行研究，采用具有較高經濟效益、低能源消耗率、傳輸更穩的無線傳感器網絡增強感知層內部功能。

變電站感知層主要分布于變壓層、設備層與下層通信程序。無線傳感器網絡中的節點與采集模塊相互連接，肩負起數據采集職責，將采集到的數據發送給無線傳感器協調裝置。

在變電站在線監測系統中的變壓層，需要監測變壓器運行狀態，收集并分析變電站內油中溶解氣體與局部放電參數。設備層應當對開關柜中的負荷電壓、電流、頻率等數值進行匯總，將數據異常情況及時匯報給系統運維人員;下層通信層應當使用 GIS設備，對避雷器等設施在不同運行環境下的關鍵狀態數據進行采集與研究[3]。其中， GIS設備可以滿足變電站內部設施局部放電、氣體泄漏等監測要求;避雷器可以監測有阻性電流、功率損失度以及接地電阻的數值。

在變電站上層通信層內增設無線傳感器協調裝置，接收來自無線傳感網絡節點發送的數據。結合無線傳感多跳技術，分析接收到的數據，并發送到終端數據處理中心，將對變電站整體運行狀態的監測結果以圖形或報表形式展現出來，最后對監測結果進行全面分析。

3 物聯網下的變電站在線監測系統硬件設計

在將物聯網技術應用在變電站在線監測系統硬件設計過程中，需要將無線傳感網絡終端節點、路由器節點與網絡協調器節點優化組合，確保此些終端節點能夠合理布置在變電站關鍵設備周邊，由協調器節點匯總監測數據，并將數據進行壓縮，傳至終端。

變電站在線監測系統需要選用適宜規格的芯片以及外圍電路。本文擬將 CC 2530芯片作為系統內部重要構架，以期運用極低的總材料成本建立起功能完善的無線傳感網絡節點。

為從根本上提升變電站在線監測系統中的信息傳輸功能，在CC2530芯片基礎上，也可使用CC2591芯片，使無線傳感網絡內部的信息通信距離有所延長。在線監測系統內部的芯片需要運用信號線與控制線連接，通過向芯片傳輸不同的控制命令，控制芯片的工作發送模式、增益接收模式。

4 物聯網技術變電站在線監測系統軟件設計

變電站需在線監測系統具有數據實時傳輸功能，需要借助無線傳感網絡實現。要求所應用的無線傳感網絡模塊需要檢查數據采集模塊與路由器之間的通信狀態，在運行狀態正常的情況下才可發送數據[5]。而后無線傳感網絡模塊需要檢查數據傳輸是否成功，發送成功后的數據需要經過協調器傳輸到終端設備內部，由終端設備處理裝置顯示監測結果。

5 物聯網技術變電站在線監測系統測試

以某煤礦變電站在線監測系統為例，通過將物聯網技術與無線傳感網絡應用到在線監測系統的優化與完善過程中，發現變電站內部終端設施運行狀態能夠以報表及圖形方式展現，變電站開關柜內的三相有功功率實時變化曲線完整規范。研究變化曲線發現，該變電站開關柜連接負荷的變化較為劇烈，實際運行狀態性達到最大負荷，需要對變電站內部設施進行完善與升級。

6 總結

總而言之，利用物聯網技術設計出功能完善的在線監測系統，能夠切實提升系統運行期間的質量及效率，幫助工作人員及時發現變電站設施運行故障問題，為制定出專項的故障運維方案提供重要理論依據。為充分發揮出物聯網技術的可行性，相關工作人員還積極引進先進設計理念，不斷優化在線監測系統內部結構，對設計出的系統進行試驗運行，增強系統運行期間的技術可行性和經濟適用性。

參考文獻：

[1]何方，鄭浩，張永江，韓華超，張國富，李海燕，申安安，劉麗紅. 基于物聯網技術的智能變電站在線監測系統的設計[J]. 儀表技術與傳感器，2013，6（12）：61-63.

[2]商笑妍. 基于WSN與RFID融合技術的輸變電設備在線監測系統研究[D].合肥工業大學，2016.

[3]姜樹偉，陳為星. 基于嵌入式的智能變電站變壓器在線監測系統研究[J]. 物聯網技術，2018，8（12）：36-37.

[4]杜錦陽. 物聯網技術的電能計量裝置遠程在線監測及平臺建設研究[J]. 中國高新技術企業，2016，6（34）：16-17.

作者簡介：

庾信（1988-），男，廣西桂林人，學歷：本科，工程師，研究方向：變電運行。

王乾（1988-），男，云南玉溪人，學歷：本科，工程師，研究方向：變電運行。