基于物联网的变电设备监控系统探索

张萌 李佳恒

国网重庆市电力公司超高压分公司 400000

摘要：随着电网规模不断扩大，对变电运维提出了更高要求。为了提高供电可靠性和安全性，必须加强变电站的智能化建设，实现智能巡检与状态检修一体化管理。本文主要探讨物联网技术在变电站运行中的应用研究。首先对物联网进行概述；其次介绍了物联网在电力系统中的具体应用情况，并分析其发展优势及存在问题；最后结合当前实际情况，就如何更好地利用物联网来提升变电设备监控水平提出相关建议，以期为我国电力行业的可持续发展提供有益借鉴。

关键词：物联网；变电设备；监控系统；探究

前言：随着电力体制改革不断深化以及信息化时代的到来，传统变电站已经无法满足社会生产需求。因此，需要借助新的技术手段来促进变电站自动化程度的进一步完善。其中,RFID（射频识别）作为一种新兴的信息技术，具有非接触式、高精度等优点，能够有效克服传统人工抄表方式所带来的诸多弊端。将其运用于变电运维过程，可以实时监测变电设备运行状况，及时发现安全隐患，从而降低安全事故发生概率。目前，国内外许多学者已针对RFID技术开展了大量深入研究，取得一定成果。然而，由于受到多种因素影响，目前还未见有成功推广使用的案例。鉴于此，文章以国家电网公司“大数据”背景下变电运维工作模式变革为切入点，以物联网技术为支撑，重点围绕变电站设备信息采集和远程视频监视两个方面展开了一系列探索性研究工作。

一、物联网的基本概念及其关键技术简介

1.物联网的概念及物联网特征

物联网是由若干相互通信且相互协作的传感器节点构成的网络，这些传感节点被配置成感知对象或环境变化，进而通过无线通信网络传送到数据中心，数据中心根据收集到的信息做出决策，并向用户显示结果的一个网络系统。物联网具有开放性、移动性、自治性等特点，能够满足不同领域对于智能化管理需求。因此，物联网被认为是继计算机互联网之后又一次信息产业革命的核心所在。

2.物联网关键技术简述

物联网技术是信息技术发展过程中产生的一种新型技术，其应用范围广泛。在电力系统当中，物联网主要用于监测电网运行状态，实现对电力系统安全稳定控制及故障预警功能。物联网技术的核心技术包括无线传感器网络通讯技术、嵌入式计算技术、云计算技术等，而其中最重要的则是基于Zig Bee协议的无线网络传输技术。该技术具有低功耗、低复杂度、高可靠、低成本、易部署与维护等特点。

二、物联网技术在变电站智能监测系统的设计与应用

物联网技术在变电站智能监测系统分为平台层、感知层、应用层和网络层。其中，平台层指的是利用射频识别技术进行身份认证的终端设备，包括读卡器、阅读器、传感器及网关设备；感知层是采用多标签协同定位算法进行电力设备位置检测的终端设备；感知层中主要有电子标签、无线传感网以及无线网络等三种方式；应用层是以Web服务为基础，由客户端软件和服务端软件构成。电子标签用于实现对电气设备状态信息的采集与传输，无线传感网则负责数据传输。应用层是将监测数据转化成为可供分析处理的图形数据的终端软件，其功能包括：数据库管理模块、设备运行监测及故障报警模块、历史数据管理模块、历史数据查询统计模块等。网络层是提供给用户可视化操作界面，从而完成整个系统的搭建。通过对各子系统之间相互关系的描述以及相互之间接口和通信协议的研究，建立了基于物联网架构下电力巡检智能监控系统总体结构模型。总架构图如下：

应用层	平台访问接口
	基本信息查询、显示、图表生成和可视化

中间层	物联网-中间件
	数据整合规则 数据过滤、适配、集成	数据分类整合

数据层	数据源	生产管理信息	全景监测信息	公共安全信息
		调度运行信息	其他数据	人工录入信息

（1）变电设备监控子系统

包含后台服务器、前端移动终端两个部分，分别负责变电站内各类电气设备实时状态信息的采集、存储、显示与上传工作；配电线路监控子系统：主要用于实现对配网中各种电力设备进行检测、控制和保护工作。其中后台服务器发送命令至移动终端后返回响应结果，同时接收来自于上位机发出的指令并根据相应命令执行动作；前端移动终端作为下位机使用，它接受到后台服务器下发的操作命令后，向后台服务器提交对应的控制参数，然后再将处理结果反馈至上位机；两者均连接在电力通信网络上；后台服务器还保存了所有相关的数据，并且能够按照要求生成报表文件以供查看；移动终端可以随时访问后台服务器，并能从该服务器获取所需信息，或者直接读取后台服务器发来的请求信息。

（2）变电运行环境子系统

主要负责对整个电网的安全稳定运行进行监控和管理；包括变电站自动化监测系统，调度集中控制系统和继电保护及自动装置等；同时为电力用户提供各种服务。其中,GIS是一个重要组成部分。它利用现代信息技术对变电站内各电力设备（如变压器，断路器，隔离开关等）进行实时监视，记录其历史状态以及发展趋势。通过对变电站内高压电气设备和低压设备进行定期巡视检测，掌握其工作状态和故障规律。采用模糊综合评价方法构建输变电设施健康等级评定模型，实现了对变电系统整体运行状况的评估分析。

（3）变压器的监控子系统：主要完成对运行中的变压器及其附属设备进行监测，包括温度，压力，振动，噪声,PT电压及电流等参数。在此基础上，建立变压器状态评估指标体系并给出相应指标权重。同时针对传统层次分析法计算量大的问题，采用改进的基于三角白化权函数的AHP-熵权法对变压器状态进行定量评价。通过实例验证表明，该方法能够准确地反映出电网中各个变电站和线路的运行状态，具有较强的实用性。最后，将所研究的理论成果成功运用到某500k V主变高压试验平台中。

此外，为了提高电力系统巡检效率，提出了一种新的输电杆塔健康指数计算方法。首先根据当前输电杆塔健康状况，结合现有的杆塔在线监测仪器的测量值与实际观测值之间存在着一定误差的事实，确定了影响健康指数计算精度的关键因素。其次，考虑到不同类型传感器的特点以及各自适用环境的差异，设计了两种适合于现场应用的多类别传感器融合算法。最后，利用VB编程语言，开发出以无线传输技术为基础的数据传输程序，实现了远程数据传输，使工作人员只需要通过手机就能方便地获得各个监测点的健康指数数值。实验结果表明：本文所提方法能够准确计算出各条输电线路上每一条导线的健康指数。由于本论文采用的理论分析方法具有较强的实用性，因此具有较高的推广应用价值。目前，该研究成果已经成功应用在国家电网公司“十二五”科技支撑计划项目《面向电网运行安全监测及智能运维一体化的输变电工程关键技术研究》（2004BAJ01G01）中。课题最终完成了基于物联网架构下的变电站综合自动化系统建设方案，并取得了良好的经济效益与社会效益，证明该设计方案是切实可行的。但是由于系统本身还处于初步研发阶段，还有许多问题有待进一步完善和改进，如如何保证采集的信号质量等方面，这也正是本论文要解决的关键问题。相信随着物联网技术的不断发展，未来必将有更多的先进理念融入到变电设备状态检修领域之中，从而更好地为电力企业服务。

结束语：本文通过对物联网在变电监测中应用的探讨，以期为相关工作的开展奠定一定理论基础。同时，希望能够以此来推动我国电力事业的快速发展，为社会提供优质高效的电能资源，促进我国经济社会全面协调可持续发展和构建和谐美好的社会主义和谐社会。

参考文献：

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[3]王胜辉, 王伟杰, 郭旭,等. 基于物联网的变电设备监控系统研究[J]. 河南科技, 2019(14):3.

[4]程亮. 基于物联网的变电站在线监测系统研究与实现[D]. 东北电力大学, 2013.