智能變電站中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運(yùn)用

金 劍

（上海諾基亞貝爾，上海 412200）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能變電站的應(yīng)用，主要是利用感知裝置構(gòu)建出一套智能監(jiān)測與輔助控制的系統(tǒng)。變電站的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用十分廣泛，涉及監(jiān)督巡檢、圖像監(jiān)控、溫度狀態(tài)監(jiān)測、泄漏檢測、采暖通風(fēng)、給排水、火災(zāi)報(bào)警及消防等方面，通過人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)了全過程的智能管理。近幾年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展極為快速，應(yīng)用范圍廣泛，前景廣闊，其應(yīng)用滿足了變電站發(fā)展的要求，提高了變電站的智能化水平。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是利用信息傳感設(shè)備（射頻識(shí)別、全球定位系統(tǒng)、外感應(yīng)器等）將物品與互聯(lián)網(wǎng)按照約定好的協(xié)議進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)信息的交換以及通信，從而完成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的跟蹤監(jiān)控、定位識(shí)別以及管理。

物聯(lián)網(wǎng)中的每一個(gè)物品都會(huì)有其身份標(biāo)識(shí)，即產(chǎn)品電子碼，儲(chǔ)存在硅芯片的電子標(biāo)簽內(nèi)。通過信息處理軟件進(jìn)行識(shí)別，然后完成傳遞和查詢，并進(jìn)行轉(zhuǎn)化，為供應(yīng)鏈企業(yè)提供服務(wù)。隨著傳感技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)超越了對物體簡單識(shí)別的層面，向著智能化方向發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)是微機(jī)電、傳感器、通信等技術(shù)的結(jié)合體，具有諸多能力，如計(jì)算能力、傳感能力、驅(qū)動(dòng)能力、控制能力以及通信能力。它通過嵌入式節(jié)點(diǎn)連接，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理和控制模塊以及供電模塊、通信模塊組成。眾多節(jié)點(diǎn)的連接，形成了一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。微處理等技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展推動(dòng)了傳感器的智能化，也推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能變電站中應(yīng)用的重要作用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一個(gè)全新技術(shù)，它的出現(xiàn)以及應(yīng)用促進(jìn)了各行各業(yè)的發(fā)展，能夠準(zhǔn)確快速地傳輸和處理數(shù)據(jù)信息。正是物聯(lián)網(wǎng)具有這樣的優(yōu)越性，其得到了各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。電力行業(yè)在我國的國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要的作用。變電站作為電力服務(wù)行業(yè)的重要組成部分，是整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于變電站的建設(shè)中，通過射頻識(shí)別技術(shù)收集信息，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和處理。對于變電設(shè)備存在的缺陷和問題及時(shí)進(jìn)行檢測以及反饋，從而確保了電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。另外，數(shù)據(jù)信息采集對于變電設(shè)備的故障診斷有著極其重要的參考作用。對相關(guān)變電設(shè)備的信息進(jìn)行處理和分類，有利于對設(shè)施設(shè)備的管理和監(jiān)控，能夠更好地提高變電設(shè)備的管理水平。

在變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方面，通過傳感器對設(shè)備參數(shù)信息進(jìn)行收集，實(shí)時(shí)對變壓器的狀態(tài)進(jìn)行檢測。利用局部放電檢測、振動(dòng)波動(dòng)檢測等方法，實(shí)現(xiàn)了變電設(shè)備的動(dòng)態(tài)檢測。一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，就會(huì)發(fā)出警示與提醒，從而及時(shí)進(jìn)行維護(hù)和維修，盡可能降低設(shè)備的受損程度，延長變電設(shè)備的使用壽命。電網(wǎng)平臺(tái)中的用戶可以通過物聯(lián)網(wǎng)獲取實(shí)時(shí)電價(jià)，從而使用戶合理制定用電計(jì)劃，提高資源利用率。另外，物聯(lián)網(wǎng)加速了智能變電站的數(shù)字化建設(shè)，將網(wǎng)絡(luò)以及使用者緊密的聯(lián)系起來，提高了管理水平。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了全方位的檢測，以傳感器為紐帶，與設(shè)備屬性相連，實(shí)現(xiàn)了全過程生命周期的設(shè)備管理，提升了評估及故障診斷的準(zhǔn)確性，有利于信息的全方位收集和管理，從而對未來的發(fā)展情況進(jìn)行有效分析。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體應(yīng)用

信息化、自動(dòng)化、互動(dòng)化是智能變電站的主要特征，同時(shí)智能變電站具有信息自動(dòng)采集、監(jiān)測、保護(hù)以及控制等諸多功能，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制以及智能調(diào)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將變電站的各種輔助生產(chǎn)系統(tǒng)緊密的聯(lián)系在一起，避免信息孤島的出現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)變電站的智能運(yùn)行管理。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了智能變電站的智能監(jiān)測與輔助控制系統(tǒng)，保證了智能變電站全過程安全穩(wěn)定的智能運(yùn)行。

智能變電站的智能監(jiān)測輔助系統(tǒng)包括了安全警衛(wèi)、火災(zāi)報(bào)警、給排水、溫度監(jiān)測、圖像監(jiān)視、智能檢修維護(hù)以及智能巡檢監(jiān)督等子系統(tǒng)，在變電站的運(yùn)行管理中發(fā)揮著以下的功能和作用。（1）對站內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境及狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，并對不同來源的數(shù)據(jù)統(tǒng)一建模，建立起生產(chǎn)的全景信息庫。通過智能化的感知，對信息進(jìn)行收集、處理、判斷以及執(zhí)行，出現(xiàn)異常情況及時(shí)進(jìn)行處理，并自動(dòng)上傳處理結(jié)果。（2）智能化的監(jiān)督以及巡檢，對現(xiàn)場的操作進(jìn)行指導(dǎo)，發(fā)出巡檢指令引導(dǎo)運(yùn)維人員工作并檢查、記錄巡檢全過程，實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)督。（3）智能驗(yàn)證站內(nèi)的維護(hù)和檢修行為，實(shí)現(xiàn)操作票管理，對檢修過程全程圖像識(shí)別，對操作維護(hù)工作進(jìn)行智能的認(rèn)證。（4）入侵警戒的自動(dòng)識(shí)別，對拋物、破壞以及翻越圍墻等行為的識(shí)別需進(jìn)行數(shù)字化圖像處理、自動(dòng)區(qū)域保護(hù)以及靈活圖像監(jiān)控。（5）檢測輸變電設(shè)備、主變套管、穿墻套管接頭的運(yùn)行溫度，為狀態(tài)檢測提供數(shù)據(jù)信息、評價(jià)設(shè)備狀態(tài)，為智能調(diào)度功能擴(kuò)展提供設(shè)備狀態(tài)參考依據(jù)。（6）檢測變電設(shè)備是否存在氣體泄漏問題，并協(xié)調(diào)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。（7）對環(huán)境和溫度進(jìn)行監(jiān)測，即動(dòng)力環(huán)境控制方案的完善和優(yōu)化、完成空調(diào)設(shè)備的調(diào)節(jié)以及通風(fēng)設(shè)備的調(diào)節(jié)和控制。（8）水浸、漏水自動(dòng)報(bào)警，防止水淹事故的發(fā)生。（9）自動(dòng)探測火災(zāi)狀況，與視頻圖像識(shí)別相結(jié)合、與火災(zāi)防治相關(guān)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

3.1 智能巡檢監(jiān)督子系統(tǒng)

智能巡檢監(jiān)督子系統(tǒng)包括了射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）卡、系統(tǒng)管理主機(jī)、智能終端。變電站被監(jiān)測的設(shè)備上設(shè)置RFID 卡做為唯一的內(nèi)置編碼身份識(shí)別器。RFID 卡不僅具有極強(qiáng)的振動(dòng)、溫度、濕度感知，還包含了設(shè)備的生產(chǎn)日期、運(yùn)行時(shí)間、檢修周期以及維修記錄等信息，通過讀卡可以自動(dòng)顯示該區(qū)域設(shè)備的相關(guān)巡檢內(nèi)容。智能的終端設(shè)備是相關(guān)巡檢人員和子系統(tǒng)進(jìn)行交互的工具，能夠?qū)υ撗矙z區(qū)域進(jìn)行確認(rèn)到達(dá)并顯示到達(dá)的時(shí)間，通過終端設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的巡檢。智能終端與設(shè)備的RFID 匹配，匹配成功后，由巡檢人員填寫巡視注意內(nèi)容，智能終端通過無線連接方式與主機(jī)暢連，并將巡檢結(jié)果向后臺(tái)傳輸，實(shí)現(xiàn)了變電站巡檢信息的共享，加強(qiáng)了巡檢工作的監(jiān)督和管理的力度[1]。

3.2 智能檢修維護(hù)認(rèn)證系統(tǒng)

變電站配電設(shè)施設(shè)備的物理位置可以預(yù)先設(shè)置并進(jìn)行編號。通過工作機(jī)與網(wǎng)絡(luò)交互對運(yùn)行人員的操作票進(jìn)行分析，對檢修的間隔以及設(shè)備進(jìn)行確認(rèn)，室內(nèi)的攝像頭聚焦到該地區(qū)進(jìn)行監(jiān)測，向智能終端自動(dòng)上傳維修設(shè)備的識(shí)別代碼和位置。當(dāng)運(yùn)維人員持智能終端設(shè)備出現(xiàn)在該區(qū)域后，匹配就會(huì)進(jìn)行，然后在智能終端上寫入操作票內(nèi)容。運(yùn)行人員只要按照智能終端的提示規(guī)范進(jìn)行操作，并按要求做好防護(hù)措施即可[2]。

3.3 圖像監(jiān)視及安全警衛(wèi)系統(tǒng)

對變電站周圍的圍界進(jìn)行全天候的動(dòng)態(tài)感知，其智能性和環(huán)境適應(yīng)性極強(qiáng)。多種技術(shù)手段（探測分析、復(fù)合響應(yīng)、阻擋延遲技術(shù)）相融合，從而根據(jù)具體的情況進(jìn)行撤防以及布防。一部分由控制器以及視頻攝像組成，并與平臺(tái)軟件進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了視頻觸發(fā)以及報(bào)警聯(lián)動(dòng)的功能。另一部分則由硬件控制器進(jìn)行控制，包括照明與示警功能。圖像監(jiān)視系統(tǒng)包含了固定視頻系統(tǒng)、云臺(tái)視頻系統(tǒng)以及視頻處理系統(tǒng)。對進(jìn)入監(jiān)視范圍內(nèi)的目標(biāo)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤和識(shí)別，入侵行為觸發(fā)警報(bào)，系統(tǒng)與智能視頻分系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，與之相關(guān)聯(lián)的攝像機(jī)會(huì)自動(dòng)進(jìn)行對準(zhǔn)，并將視頻圖像置頂，方便值班人員觀看的同時(shí)可以利麥克風(fēng)等設(shè)備對現(xiàn)場的目標(biāo)進(jìn)行喊話[3]。

3.4 溫度狀態(tài)檢測系統(tǒng)

溫度狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對設(shè)備以及設(shè)備的安裝環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的狀態(tài)檢測，確定溫度的變化情況。溫度狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)傳輸基站、無線溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器組成。定時(shí)讀取溫度傳感器數(shù)據(jù)的工作由控制器完成，并測量電池電壓，啟動(dòng)射頻通信芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸。數(shù)據(jù)信息的傳輸是采用高頻無線信道方式傳輸，一站式負(fù)責(zé)保存與記錄。無線溫度傳感器通常是在高壓輸變電設(shè)備容易發(fā)熱的地方，如開關(guān)的靜觸點(diǎn)、動(dòng)力電纜的接頭、銅排連接點(diǎn)以及電抗器等部位，利用結(jié)構(gòu)膠來安裝，對發(fā)熱部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制。數(shù)據(jù)傳輸基站由微處理器總線接口、存儲(chǔ)器、高頻收發(fā)器以及高增益定向天線等組成。高頻傳感器的數(shù)據(jù)信息由高頻收發(fā)器負(fù)責(zé)收集，數(shù)據(jù)的讀取以及分類處理則由微處理器來完成，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)由存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)?；緦⑹盏降臄?shù)據(jù)信息傳輸?shù)街鳈C(jī)進(jìn)行處理，并結(jié)合室內(nèi)外大氣的相對溫度，對過熱情況進(jìn)行分析，從而做出判斷，發(fā)出信號示警，提示管理人員及時(shí)作出處理。

3.5 采暖通風(fēng)系統(tǒng)

采暖通風(fēng)系統(tǒng)利用溫濕度傳感器對室內(nèi)外的溫濕情況進(jìn)行檢測，并將檢測信息傳輸?shù)街鳈C(jī)系統(tǒng)。執(zhí)行主機(jī)的控制命令，根據(jù)室內(nèi)溫濕度狀況調(diào)節(jié)和控制空調(diào)以及排風(fēng)設(shè)備。主機(jī)會(huì)根據(jù)室內(nèi)外溫濕度的具體情況，對空調(diào)系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行切換[4]。例如，夏季如果通風(fēng)系統(tǒng)能夠滿足室內(nèi)溫度的需求，則會(huì)采用風(fēng)機(jī)機(jī)械排風(fēng)方式，排除室內(nèi)的余熱；如果無法滿足的需求，則會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)空調(diào)設(shè)備。

3.6 泄漏監(jiān)測系統(tǒng)

利用泄漏監(jiān)測系統(tǒng)來對氣體泄漏的狀況進(jìn)行監(jiān)測和智能處理。泄漏監(jiān)測系統(tǒng)可以精準(zhǔn)檢測氣體的泄漏，發(fā)現(xiàn)泄漏的點(diǎn)位，并發(fā)出警報(bào)信號，對相關(guān)人員進(jìn)行警示，從而采取相應(yīng)的措施。另外，可以與風(fēng)機(jī)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)，同時(shí)具有遠(yuǎn)程查詢監(jiān)測情況的功能，遠(yuǎn)程控制風(fēng)機(jī)。

泄漏監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置有氧氣傳感器以及SF6傳感器，監(jiān)測空氣中的SF6濃度以及氧氣濃度，同時(shí)進(jìn)行協(xié)同的融合處理，對SF6的泄漏狀況進(jìn)行判斷。并與風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)向風(fēng)機(jī)控制器發(fā)出指令，使風(fēng)機(jī)運(yùn)行。同時(shí)，只要有人員進(jìn)入監(jiān)測范圍，就會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。

3.7 給排水監(jiān)測系統(tǒng)

給排水監(jiān)測系統(tǒng)負(fù)責(zé)用水量與排水量、污物污水池水位以及給排水設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測，并負(fù)責(zé)給排水設(shè)備啟停的控制。此外，給排水監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了積水情況的監(jiān)測與處理以及積水的自動(dòng)排放，并結(jié)合自動(dòng)攝像頭對現(xiàn)場的情況進(jìn)行勘察，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程查詢進(jìn)水檢查情況，遠(yuǎn)程控制水泵的運(yùn)行并發(fā)出報(bào)警信號，提示值班人員對于異常情況采取應(yīng)急措施。

3.8 火災(zāi)報(bào)警及消防系統(tǒng)

火災(zāi)報(bào)警以及消防系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)的理念為基礎(chǔ)而構(gòu)建完成，具備環(huán)境溫度檢測以及視頻圖像識(shí)別的能力，可以對火災(zāi)進(jìn)行智能化的檢測和報(bào)警，并與滅火系統(tǒng)相聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)消防設(shè)備的狀態(tài)檢測以及故障報(bào)警。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，火災(zāi)報(bào)警及消防系統(tǒng)會(huì)與空調(diào)、風(fēng)機(jī)以及滅火裝置進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，避免火災(zāi)的進(jìn)一步擴(kuò)大，將損失降低到最低點(diǎn)[5]。

4 結(jié) 論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與物理系統(tǒng)的融合實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)控制以及管理。在智能變電站的建設(shè)過程中，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建出傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)以及輔助控制系統(tǒng)，全方位的對變電站的運(yùn)行進(jìn)行智能監(jiān)測與控制，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變電站運(yùn)行時(shí)的異常狀況并進(jìn)行聯(lián)動(dòng)及處理，保障了智能變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高了智能變電站的運(yùn)行效率以及質(zhì)量，助力于經(jīng)濟(jì)的建設(shè)和發(fā)展。