物聯網技術在電力設備管理中的運用探索

貴州電網有限責任公司遵義供電局 許書赫 王子琪 夏 坊 王 楠 杜 航

1 運用背景及意義

在大規模電力設備管理系統中，多數運行的電力設備分布位置比較分散或是工作的外界環境十分惡劣，常常因為工作時溫度升溫過快造成設備元器件功能異常或工作環境濕度較大而引起漏電跑電事故，嚴重影響了整個電力系統中各個設備的安全運行[1]。

而我國當前電力設備管理主要依賴有線網絡系統，該方式具有安裝布線投資大、系統靈活性不高、自動化控制水平較低等問題。科學技術不斷發展，物聯網逐漸興起，其依托于互聯網技術，集成傳感器技術、計算機通信技術、射頻識別技術于一體，可以更好地應用于電力設備管理系統中。無線傳感器網絡作為全新的信息采集及處理技術，在物聯網中發揮著重要的作用，主要工作原理是在目標檢測區域安裝一定數目的傳感器，通過無線通信方式來組成一個強大的信息網絡，實現對目標區域內檢測對象的數據獲取、處理及傳輸操作等。其無線通信技術目前常見的有藍牙技術、紅外線技術、UWB 及紫蜂通信技術。其中，紫蜂無線通信技術因其能耗損失低、傳輸速率快、花費成本小等優勢，越來越受到認可，對市面上常規無線通信手段進行了對比分析見表1。

表1 無線通信手段對比

為滿足人們日益增長的物質文化需求，無線傳感器網絡也將不斷演變發展，我國的物聯網技術必將日漸進步，推動我國工業蓬勃發展。

2 物聯網技術分析

2.1 物聯網體系架構分析

物聯網技術的精髓在于將物體智能化，搭建起人與物、物與物間的溝通聯系的橋梁，其主要特點是360°全方位感知、數據安全傳輸及智能計算處理。物聯網技術可以廣泛應用在電力生產管理的各個環節，確保電力網絡系統安全可靠高效地運行。物聯網技術將各個電力設備由單獨的個體有機凝聚在一起，形成一個整體并實時監測系統各項運行參數以方便工作人員隨時掌握設備整體工作狀態，總之，物聯網可以改善電力設備管理的智能化管控水平，通過對收集的大量數據進行有效分析及計算處理，采取科學的應對手段，實現各個電力系統設備智能化運維管理[2]，其體系架構如圖1所示。其中，感知層主要由射頻識別標簽、導航定位、傳感器攝像頭等組成；網絡層主要由電信網絡、專用網、其他網等組成；數據處理層主要由信息處理平臺、信息安全平臺等組成，應用層涵蓋范圍比較廣，涉及智慧電網、智能家居、智能工業等。

圖1 物聯網體系架構

2.2 物聯網的技術支撐

2.2.1 物聯網識別技術

識別技術作為物聯網領域中完成物品目視化管理的重要方法，其發展速度十分關鍵。目前識別技術一般是依賴無線電信號對目標物體實行非接觸式的自動識別及管控，現在居民衣食住行生活的各個方面以及工業自動化生產的每個環節都有著物聯網識別技術的身影。

2.2.2 紅外感應技術

通常來講，任何物體都是自帶溫度的，但凡具有溫度，必定向外輻射若干紅外線，通過采集目標向外輻射的紅外線就能夠對目標進行識別，避免與目標物體直接接觸，同時，該方法對于溫度差比較明顯的目標對象檢測效果比較理想。

2.2.3 全球定位技術

全球定位技術擁有強大功能，能夠為大家提供準確的位置、速度和時間信息，該技術一方面能夠預防電力設備被盜，另一方面能夠監測電力設備的具體故障位置，同時為電力系統提供統一的時間規則，進一步推進電網的智慧運營。

2.2.4 M2M 技術

M2M 技術通常指末端電力設備之間的交融與集中化管控，根本上實現各個設備之間和設備及人之間有效信息的交流，當各個系統之間信息迅速傳遞時，不僅能夠合理優化電網配置，還能增強電力設備工作的可靠性，降低使用維護成本，最終推動電網綠色、高效、健康發展[3]。

3 物聯網在電力設備管理中的應用

3.1 電力設備的防盜監控

我國土地遼闊，資源豐富，電力配電網建設已經在我國的大部分區域生根開花，配電網由數量龐大的電力設備組成，且此類電力設備在電網的正常運轉發揮著重要作用，但是由于系統需要，該類設備分布較廣，露天環境、人跡罕至等地方均可使用。露天環境下工作的電力設備無法避免風吹日曬，因而故障率較高，而偏遠地區的電力設備可能會被偷盜，種種問題都會致使電網無法穩定運營，對人們生活及工業生產造成干擾。為了防止此類情況發生，在電力設備管理中引入物聯網技術，尤其是針對電力設備的防盜防偷，效果明顯。主要是在電力設備附近安裝傳感器，一方面方便隨時采集電力設備的溫度、電量等實時工作參數，并將采集到的數據上傳至中央處理單元進行處理，為電力設備正常狀態的研判提供依據，另一方面，物聯網中的全球定位系統能夠及時識別電力設備的位置信息，一旦發現設備移動，便立即通知就近地址的工作人員到達現場采取措施，終止偷竊設備行為，盡可能地保證電力設備的完整性。

3.2 固定電力資產的管理

針對電力企業，核算固定設備資產數額的工程十分龐大且繁雜，在固定設備上粘貼射頻標簽，采用射頻標簽進行非接觸方式讀取，通過對電子標簽實施掃描來核對固定設備資產的損耗情況，不僅簡化了固定設備資產的管控，又在一定程度上節省了人力物力，降低了成本，提高了工作效率。

3.3 電力設備管理主要內容

一是小范圍監控單元。一般在合理位置安裝一定數量傳感器，以便詳細掌握電力設備工作環境的具體情況，倘若環境溫度或濕度超出正常值，報警可以依靠無線傳輸技術借助小型監控單元上傳到控制中心，立即提醒作業人員開展檢修。

對于丟失的電力設備還能夠采用追蹤器實施跟蹤，能夠避免電力設備偷竊造成的損失。二是傳輸網絡單元。每個傳感器采集到的數據信息需要通過傳輸網絡單元傳輸到中央控制端，在通信電纜不能安裝架設的區域盡可能采取無線網絡技術實施傳輸，以便減少網絡安裝的投資[4]。三是電力設備管理平臺單元。該單元把各種傳感器采集的信息開展整合并進行數據分析，實時監測電力設備的各項工作參數的變化，綜合提升電力設備的管理質量及工作效率。

3.4 DCS 系統的應用

DCS 又稱分散控制系統，作為物聯網中常用的技術手段之一，其具有較高的自動化控制水平，是許多電力企業自動化運營的關鍵組成部分，該系統如圖2所示，能夠控制火力發電廠鍋爐、汽輪機及其他電力設備的智能運行，最終實現電力企業的智能化運營。

圖2 DCS 系統

以火電廠發電生產為例進行說明，回路控制單元控制整個電廠生產工藝流程，通過1-N 個設備接口與顯示屏、上級管理計算機、打印機進行通信連接，及時監測電廠動態運行數據，實現電廠運營信息綜合管理，一旦發生設備故障也會有預警提示，通知檢修人員第一時間到達現場進行處理，減少了故障停時，總之，DCS 系統依靠其強大的處理器配置，完善的DCS 監控模塊及網絡報警功能，時刻關注著各個電力子系統運行數據及實時狀態，并配備可靠性較好的電源切換設備。該技術的應用，不僅可以實時監控設備的工作狀態是否正常，還可以整體提升電力系統運行的穩定性。

3.5 為科學決議提供技術支撐

以物聯網技術為基底搭建的電力設備全生命周期管理，通過有計劃地收集各類電力業務基礎數據，開展統計并精確分析，為領導層決策提供依據。通過對電力設備的分類、功能和參數等基礎信息實施多維度、多方位的調研統計、處理分析、判斷預測等，實現多業務融合、多功能互補，更加合理、精準地刻畫出電力設備現狀及其未來的發展趨勢，同時也為電力企業的投資提供數據支撐，為決策層分析未來企業效益提供了數據依據[5]。另外，在電力設備管理過程中將設備全壽命周期資料信息化，既可以全面盤查設備家底，將所有的電力設備全部納入電網管理；也將電力設備臺賬及電力業務的項目資料妥善存儲，方便后期線上管控流程建設及信息資源統籌利用。

此外，為充分發揮物聯網技術在電力設備管理中的作用，一方面，加強工作人員的教育和培訓工作，需要派出專業技術人員去發達國家的電力企業進行學習，參考其電力設備管理方式，在熟練掌握物聯網技術建設要點基礎上，以“提質增效、智能運營”為問題導向，并結合自身電力設備管理的實際工作情況對其進行科學合理的改進設計，逐步完善物聯網技術在電力設備管理運行中的模式。另一方面，每月組織各方就近期電力設備管理工作中物聯網技術的應用進行總結復盤，找出不足，給出解決方案，并對下一步的物聯網技術優化指明發展方向。

4 結語

本文從物聯網技術在電力設備管理中的應用背景及意義入手，探究了物聯網技術分析架構，最后，介紹了物聯網在電力設備管理中的應用，包括電力設備的防盜監控、固定電力資產的管理、DCS 系統的應用以及為科學決議提供技術支撐等，多重保障電力設備管理的工作質量，提高其工作效率，推動電力行業健康可持續發展。