芻議輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

李運兵

（國網(wǎng)金寨縣供電公司，安徽六安 237300）

1 物聯(lián)網(wǎng)體系的構(gòu)建與設(shè)計

1.1 物聯(lián)網(wǎng)體系的構(gòu)建

物聯(lián)網(wǎng)體系包含3 個層級，主要為感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層，物聯(lián)網(wǎng)體系中感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層分別承擔(dān)著各自的職責(zé)，各層級相互配合有助于提升物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用水平，凸顯物聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢。感知層負責(zé)感知與采集信息，可接收特定范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)信息，在短距離無線通信網(wǎng)絡(luò)下可使感知層與通信設(shè)備建立聯(lián)系，使其在系統(tǒng)運行中接收大量來自其他環(huán)節(jié)的信息；網(wǎng)絡(luò)層負責(zé)信息傳輸，感知層所接收的信息可在網(wǎng)絡(luò)層輔助下傳輸；應(yīng)用層包含了各種應(yīng)用終端，如智能手機、計算機、平板電腦等，在應(yīng)用層支持下計算機與用戶之間能保持良好的交互。

物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用架構(gòu)包括基于FRID 電子標(biāo)簽的應(yīng)用架構(gòu)、基于傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用架構(gòu)、基于M2M 的應(yīng)用架構(gòu)。RFID 電子標(biāo)簽中集成了輸變電設(shè)備的各種信息，這種數(shù)據(jù)特點決定了RFID 電子標(biāo)簽可作為智能化虛擬物而存在，負責(zé)實時監(jiān)測與管理；傳感網(wǎng)絡(luò)中包含了各種傳感設(shè)備，如紅外線傳感器、GPS 系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)，這些均具備傳感功能，借助傳感網(wǎng)絡(luò)可在不同設(shè)備之間建立聯(lián)系，使設(shè)備之間能傳輸、共享信息；M2M 是終端設(shè)備智能交互實現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)，借助M2M 應(yīng)用架構(gòu)，用戶可根據(jù)實際情況選擇解決方案，完成相應(yīng)的調(diào)度與監(jiān)控工作[1]。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)模型以功能、技術(shù)作為劃分依據(jù)，劃分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層。

1.1.1 智能感知層

物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)中，智能感知層是其關(guān)鍵構(gòu)成部分，合理設(shè)計感知層可以實時監(jiān)測輸變電過程，保障輸電、變電、配電與用電的高效性。感知層借助傳感、攝像等設(shè)備可精準(zhǔn)、全面感知輸變電設(shè)備的運行狀態(tài)。與此同時，監(jiān)測環(huán)境可以形成完整的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在后續(xù)工作中合理利用這些數(shù)據(jù)，能夠消除輸變電設(shè)備運行中的風(fēng)險。

在輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系中，智能感知層以物聯(lián)網(wǎng)為介質(zhì)，配備了GPS、智能傳感器、EPC 標(biāo)簽等設(shè)備，完成對輸變電設(shè)備運行中數(shù)據(jù)狀態(tài)的科學(xué)感知，同步采集全生命周期內(nèi)的資產(chǎn)數(shù)據(jù)。感知層處于工作狀態(tài)時，能同步采集輸變電設(shè)備狀態(tài)、電網(wǎng)運行、維護檢修數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層后，能起到應(yīng)有的作用，使有關(guān)人員根據(jù)相關(guān)信息調(diào)整設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)，降低設(shè)備故障概率，提高設(shè)備可靠性。

1.1.2 智能網(wǎng)絡(luò)層

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系中的智能網(wǎng)絡(luò)層可突破信息傳輸距離的限制，即使面臨長距離信息傳輸任務(wù)，同樣能保持高效、安全傳輸，不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失與泄露的情況。因此，智能感知層可將接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，在廣域網(wǎng)或局域網(wǎng)中傳輸這些信息。輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中還包含電力光纖、寬帶等信息，需合理利用通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，更好發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)層在物聯(lián)網(wǎng)體系中的作用。

物聯(lián)網(wǎng)體系中智能網(wǎng)絡(luò)層是不可或缺的部分，是應(yīng)用數(shù)據(jù)的傳輸通道，通過介入異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，增強其在輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的功能優(yōu)勢。通常情況下，將輸變電設(shè)備接入物聯(lián)網(wǎng)體系中，當(dāng)輸變電設(shè)備進入運行狀態(tài)時，往往會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)與信息，為凸顯信息的作用，需保障感知層、網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層的高效聯(lián)動[2]。而數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程包含了多個通信層，主要有：（1）傳感網(wǎng)絡(luò)。負責(zé)智能監(jiān)測，其在運行的過程中能將輸變電設(shè)備的狀態(tài)信息上傳到終端，在數(shù)據(jù)傳輸中以寬帶、光纖作為傳輸介質(zhì)。當(dāng)數(shù)據(jù)到達智能終端后，對這些數(shù)據(jù)實施專業(yè)化處理，使數(shù)據(jù)順利到達變電站、供電局。（2）變電站。將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄鼙O(jiān)控系統(tǒng)中，但在此過程中需特別注意的是，智能終端在絕大多數(shù)情況下都會自動建立連接通道，當(dāng)信息傳輸?shù)酵ǖ篮螅嘘P(guān)人員需深入分析輸變電線路的兼容性與拓展性，并及時將有關(guān)信息傳輸?shù)叫畔⒐芾砥脚_。（3）供電局。其網(wǎng)絡(luò)具備突出作用，可以收集來自各方的信息，整理、歸納和篩選信息，從中提取出最有價值的信息，指導(dǎo)相關(guān)工作。在許多情況下供電局網(wǎng)絡(luò)需建立光纖組網(wǎng)，整合有關(guān)的變電設(shè)備，以創(chuàng)造良好的信息交互條件。

1.1.3 智能應(yīng)用層

智能應(yīng)用層主要解決的是信息收集、處理、人機交互方面的問題，智能應(yīng)用層的第一層需針對業(yè)務(wù)的個性化需求處理數(shù)據(jù)信息；第二層為設(shè)備終端層，負責(zé)人機交互，但需構(gòu)建有關(guān)的應(yīng)用平臺，該平臺在采集相關(guān)信息后，還需進一步控制設(shè)備狀態(tài)、調(diào)整設(shè)備參數(shù)。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)體系的設(shè)計

為發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的作用，在物聯(lián)網(wǎng)體系內(nèi)需包含路由器、協(xié)調(diào)器、終端設(shè)備，一旦缺少其中的任何一個部分，物聯(lián)網(wǎng)體系都無法正常運行。在物聯(lián)網(wǎng)中協(xié)調(diào)器可以進行設(shè)備維護、組網(wǎng)構(gòu)建等，承擔(dān)著執(zhí)行操作指令的任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計主要為電網(wǎng)設(shè)計，通過恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)連接方式，可保持主控芯片與網(wǎng)關(guān)接口的可靠連接，可保障網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備與路由器的順利連接[3]。有關(guān)人員在設(shè)計物聯(lián)網(wǎng)體系時，需重點關(guān)注節(jié)點設(shè)計，盡可能采取措施提升路由器的兼容性。

2 輸變電設(shè)備監(jiān)測中的物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 無線傳感技術(shù)

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，涉及諸多類型的技術(shù)，無線傳感為其核心技術(shù)，在該技術(shù)輔助下能更好地完成智能監(jiān)控任務(wù)。實際上，在無線傳感、數(shù)據(jù)采集與通信技術(shù)的高效聯(lián)動下，構(gòu)建的物聯(lián)網(wǎng)平臺兼具數(shù)據(jù)采集、存儲、傳輸、設(shè)備監(jiān)控、故障診斷等綜合功能。為達到智能監(jiān)測的目標(biāo)，在設(shè)備相關(guān)位置需配備各種監(jiān)測傳感器，這些不同的監(jiān)測傳感器可形成更為完善的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，利用無線通信技術(shù)構(gòu)成自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實現(xiàn)不同傳感器節(jié)點之間的高效聯(lián)動與協(xié)同，有利于完成輸變電設(shè)備的信息監(jiān)測、采集、處理。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計中，有關(guān)人員需考慮監(jiān)測位置的固定性、監(jiān)測過程的不間斷性，以實現(xiàn)實時監(jiān)測的目標(biāo)，獲取完整、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息[4]。

2.2 射頻識別技術(shù)

電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的構(gòu)成極為復(fù)雜，輸變電設(shè)備作為其重要構(gòu)成部分，其設(shè)備運行狀態(tài)將直接影響電力的供應(yīng)與配送。輸變電設(shè)備在電網(wǎng)中具有重要作用，當(dāng)下電力企業(yè)越發(fā)重視輸變電設(shè)備的管理，運用現(xiàn)代化技術(shù)監(jiān)測設(shè)備運行狀態(tài)，實現(xiàn)設(shè)備的智能化控制。輸變電設(shè)備管理涉及設(shè)備檢修、運行管理、設(shè)備參數(shù)、臺賬管理等部分，物聯(lián)網(wǎng)中的射頻識別技術(shù)可對設(shè)備數(shù)據(jù)展開統(tǒng)一化管控，將設(shè)備數(shù)據(jù)寫入RFID 標(biāo)簽，RFID 芯片內(nèi)可存儲大量的信息，標(biāo)簽接收到射頻信號后，同步獲得感應(yīng)電流的能量信息，并發(fā)送芯片中存儲的其他信息，將這些信息解碼后就能得到完整的信息，而相關(guān)部門與崗位人員可以利用這些信息針對性地管理與控制輸配電設(shè)備。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

3.1 自動監(jiān)測

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，關(guān)鍵是要建立狀態(tài)智能化監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包含前端感知設(shè)備、太陽能供電系統(tǒng)、集成傳輸系統(tǒng)幾個部分，集成傳輸系統(tǒng)以輸變電線路中的單基桿塔為數(shù)據(jù)采集單元，將監(jiān)測裝置規(guī)范連接到通信設(shè)備上，系統(tǒng)運行中監(jiān)測裝置可動態(tài)采集各類數(shù)據(jù)。在裝置設(shè)置時往往要布設(shè)多個端口以滿足實際需求，由于監(jiān)測現(xiàn)場環(huán)境具有復(fù)雜性，有關(guān)人員可根據(jù)環(huán)境特點調(diào)整端口類型和位置，以保證采集數(shù)據(jù)的價值。現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)可以進行高效傳輸，監(jiān)控中心在接收到視頻與數(shù)據(jù)后，可再次對這些信息進行處理，處理后的視頻與數(shù)據(jù)被發(fā)送到終端設(shè)備，后臺管理人員可根據(jù)數(shù)據(jù)情況分析輸變電設(shè)備的運行狀態(tài)，整個監(jiān)測過程具有智能化特征，不僅減少了自然環(huán)境對監(jiān)測的干擾，而且還減少了監(jiān)測工作中的人員數(shù)量，降低了輸變設(shè)備的故障概率[5]。近年來，許多電力企業(yè)都引進了新技術(shù)，實現(xiàn)了自動監(jiān)測系統(tǒng)與夜視功能的高度結(jié)合，實現(xiàn)了夜間輸變電設(shè)備的監(jiān)測功能。

3.2 智能評估

在當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)很多時候是與大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計算技術(shù)等結(jié)合起來應(yīng)用的，在這些技術(shù)的相互融合下，電力企業(yè)可構(gòu)建大數(shù)據(jù)信息平臺，在該平臺內(nèi)整合全部的數(shù)據(jù)。平臺存儲了海量數(shù)據(jù)，可從中篩選和提取數(shù)據(jù)，挖掘出最優(yōu)價值的數(shù)據(jù)，開展智能分析與預(yù)測，精準(zhǔn)評估輸變電設(shè)備的運行狀態(tài)，根據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)輸變電設(shè)備存在的風(fēng)險，通過智能化模塊及時預(yù)警，提醒相關(guān)人員注意處理設(shè)備的故障問題。此外，平臺的可視化功能可保障設(shè)備故障預(yù)警的及時性，當(dāng)維修人員接收到預(yù)警信息后，能立即進行故障排查與處理。

3.3 設(shè)備全生命周期管理

電力企業(yè)在管理輸變電設(shè)備時應(yīng)遵循全生命周期管理要求，在監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)時，可利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完成全生命周期管理，從設(shè)備的安裝、運行、維護到報廢階段，開展專業(yè)化管理與監(jiān)測。在射頻識別技術(shù)輔助下采集RFID 中存儲的全部信息，對這些數(shù)據(jù)進行整合、分析與處理，根據(jù)分析結(jié)果制定設(shè)備全生命周期管理體系，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的設(shè)備管理理念與模式，構(gòu)建數(shù)字化設(shè)備管理體系[6]。

4 實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測中有效應(yīng)用的措施

4.1 優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與在線監(jiān)測技術(shù)

隨著5G 的普及，我國的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)取得了顯著發(fā)展，該項技術(shù)在很多領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。在輸變電設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測工作中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用有助于實現(xiàn)智能化監(jiān)測，雖然目前有一定的應(yīng)用探索經(jīng)驗，但在未來的工作中還需持續(xù)優(yōu)化物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與在線監(jiān)測技術(shù)，為狀態(tài)監(jiān)測提供技術(shù)保障。

4.2 保障數(shù)據(jù)流的安全性

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測環(huán)節(jié)涉及大量的、各種類型的數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)的安全性是提高監(jiān)測效果的重要前提。為此，電力企業(yè)在當(dāng)前及未來的工作中，需采取有效的措施保障數(shù)據(jù)流的安全性，為數(shù)據(jù)流采集、傳輸?shù)忍峁┌踩木W(wǎng)絡(luò)、通信環(huán)境[7]。

4.3 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化體系

雖然現(xiàn)階段的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，且該項技術(shù)逐漸被應(yīng)用到各個方面，但從行業(yè)情況來看，尚未形成一個標(biāo)準(zhǔn)體系，這在很大程度上不利于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的推廣，再加上在線監(jiān)測設(shè)備廠家的能力、規(guī)模參差不齊，技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)各有特點。因此，相關(guān)部門需立足物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)體系，明確指出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用途徑、流程、操作規(guī)范等，為實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用與推廣奠定基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

輸變電設(shè)備作為電力網(wǎng)絡(luò)中的重要構(gòu)成，在經(jīng)濟社會穩(wěn)步發(fā)展、電力需求急劇增長的當(dāng)下，輸變電設(shè)備要保持穩(wěn)定、可靠運行。為適應(yīng)這一情況，電力企業(yè)需科學(xué)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)對輸變電設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測，及時解決設(shè)備運行中的各種問題。