有源自組網(wǎng)存儲測溫一體標(biāo)簽在變電站智能化改造中的應(yīng)用

張喜平,趙文博（廣東電網(wǎng)公司中山供電局，中山 528400）

有源自組網(wǎng)存儲測溫一體標(biāo)簽在變電站智能化改造中的應(yīng)用

張喜平,趙文博
（廣東電網(wǎng)公司中山供電局，中山 528400）

0　引言

十二五是南方電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)全面建設(shè)階段，ITC技術(shù)對變電環(huán)節(jié)智能建設(shè)的支持主要表現(xiàn)在：設(shè)備可視化運行、狀態(tài)檢修、現(xiàn)場作業(yè)輔助以及智能化變電站等方面。變電站智能化技術(shù)被大量地應(yīng)用到變電站建設(shè)和改造中。變電站智能化是智能電話建設(shè)的核心內(nèi)容之一。變電站的智能化要求在變電站內(nèi)要采用先進、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以站內(nèi)信息數(shù)字化、通信網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動完成信息采集、測量、控制、保護、計量和監(jiān)測等基本功能[2-3，5]。而變電站智能化的基礎(chǔ)是一次設(shè)備的智能化，即具有量測數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化等特征，要求智能變電站內(nèi)運行的設(shè)備要能實現(xiàn)廣泛在線監(jiān)測和狀態(tài)檢修。對于已經(jīng)運行的老舊變電站，在其智能化的改造過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有的全面感知、信息可靠傳輸、智能數(shù)據(jù)處理等技術(shù)特性，對于實現(xiàn)一次設(shè)備狀態(tài)可視化和狀態(tài)檢修輔助決策支持，是最佳的解決途徑。

目前國內(nèi)外常見的用于變電站高壓設(shè)備的測溫標(biāo)簽大都基于CMOS工藝，基本特點是測量范圍大且精度高的功耗較大，功耗低的測量范圍較小且測量精度不高。本文著眼于變電站智能化改造中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升智能化水平，在現(xiàn)有測溫RFID的基礎(chǔ)上重點針對測溫與存儲一體化、功耗高、數(shù)據(jù)雙向通訊等問題進行了改進，研制出新的集信息存儲和測溫于一體的自組網(wǎng)標(biāo)簽（簡稱：SRFID300）。SRFID300具有存儲量大、數(shù)據(jù)精度高、自動預(yù)警、低能耗、雙向通信等特點，在變電站智能改造過程中，使用該標(biāo)簽可實現(xiàn)一次設(shè)備標(biāo)識、在線測溫、異動、盤點等變電站管理，同時研究并設(shè)計了標(biāo)簽的編碼體系，有助于設(shè)備在電力系統(tǒng)的推廣使用。SRFID300在廣東電網(wǎng)公司中山供電局三鄉(xiāng)區(qū)域智能電網(wǎng)改造項目中進行了示范應(yīng)用。

1　SRFID300系統(tǒng)設(shè)計

SRFID300是在常見的有源測溫標(biāo)簽基礎(chǔ)上改進而來的，除了具備標(biāo)簽的標(biāo)識功能、溫度傳感器的溫度感知和溫度數(shù)據(jù)采集功能外，還具有獨立存儲設(shè)備信息的功能、溫度異常告警功能以及雙向通信功能。本研究首次在溫感標(biāo)簽中集成了單片機技術(shù)，實現(xiàn)了大容量的存儲功能；同時在溫度異常情況下，SRFID300能根據(jù)事先預(yù)制在芯片中的預(yù)警程序做出判斷并發(fā)送告警信息給接收器。SRFID300系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1　SRFID300結(jié)構(gòu)

通過測試與第三方機構(gòu)的檢測發(fā)現(xiàn)SRFID300運行穩(wěn)定，主要有效性能參數(shù)如表1：

表1　SRFID性能參數(shù)

2　SRFID300的編碼設(shè)計

編碼體系是標(biāo)簽數(shù)據(jù)存儲和傳輸?shù)幕A(chǔ)。EPC （Electronic Product Code）即電子產(chǎn)品編碼，它是一種建立在EAN.UCC（即全球統(tǒng)一標(biāo)識系統(tǒng)）條型編碼基礎(chǔ)之上的編碼系統(tǒng)，是對條形編碼系統(tǒng)做了一些擴充，用以實現(xiàn)對單品進行標(biāo)志。在EPC編碼體系中公布的編碼方案有64位、96位、256位三種類型[4]，其中：64位碼方案主要應(yīng)用在物流行業(yè)，256位編碼因為太長容易造成處理繁瑣及數(shù)據(jù)冗余，本系統(tǒng)設(shè)計中采用96位編碼規(guī)則，編碼結(jié)構(gòu)如表2：

表2　EPC編碼規(guī)則

為了實現(xiàn)標(biāo)簽數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)快速檢索的目的，采用編碼作為設(shè)備信息索引，主要根據(jù)設(shè)備的行政歸屬、類型、電壓等級和序列號等進行編碼，編碼結(jié)構(gòu)設(shè)計如下：

圖2　編碼體系設(shè)計

其中：標(biāo)頭信息按64位編碼體系進行編碼，為固定信息，占8位，即：00110101；管理者信息是指設(shè)備的行政歸屬信息，占28位，分為四級：大電網(wǎng)+省網(wǎng)+地市+廠站；設(shè)備屬性指設(shè)備大類（如變電、輸電、配電等）+功能類型（可參照電力設(shè)備分類，如：主變、開關(guān)柜、斷路器等）+電壓等級，占24位；序列號是按照各權(quán)屬單位對資產(chǎn)進行統(tǒng)一編碼所產(chǎn)生的設(shè)備編號，占36位。編碼規(guī)則具體如下：

表3　編碼結(jié)構(gòu)表

按照編碼規(guī)則進行中山供電公司編碼設(shè)計，最后將編碼應(yīng)用到三鄉(xiāng)區(qū)域智能電網(wǎng)建設(shè)中，以平鋪變電站10kV開關(guān)柜的編碼為例，其二進制編碼如表4，在實際系統(tǒng)使用過程中，為了數(shù)據(jù)存儲和讀取的方便，也可根據(jù)需要將二進制編碼轉(zhuǎn)換成16進制進行使用。

表4　設(shè)備編碼示例

3　SRFID300在變電站內(nèi)的應(yīng)用場景

一次設(shè)備標(biāo)識:設(shè)備標(biāo)識是SRFID300的設(shè)計是考慮的最基本的功能。一般情況下在變電站內(nèi)部，設(shè)備標(biāo)識通過在設(shè)備上貼無源標(biāo)簽，其所指的設(shè)備的資產(chǎn)信息和臺帳信息是通過后臺數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)來實現(xiàn)的。通過使用SRFID300進行設(shè)備標(biāo)識，其特有的存儲功能可將設(shè)備的基本信息、參數(shù)信息、位置信息、運行信息等存儲到芯片中，實現(xiàn)了與新型智能設(shè)備一樣的標(biāo)識和信息管理的功能。設(shè)備臺帳信息變化時或設(shè)備位置更換時，SRFID300可以通過其雙向通信功能，在線召喚更新或近距離使用手持終端、近距離讀寫實現(xiàn)更新。

設(shè)備巡檢輔助:通過使用SRFID300的在線感知功能，可方便地在GIS地圖上構(gòu)建電力設(shè)備分布圖，幫助巡檢人員快速進行設(shè)備定位；同時通過使用智能手持設(shè)備從SRFID300中讀取一次設(shè)備信息，可減少因為網(wǎng)絡(luò)不暢而帶來的數(shù)據(jù)傳輸問題，有效提升了巡檢人員工作的效率；通過近距離讀取設(shè)備溫度信息，可及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，同時提高巡檢工作的效率。

設(shè)備在線盤點:設(shè)備在線盤點是通過SRFID300與一次設(shè)備的關(guān)系，實時在線獲取一次設(shè)備狀態(tài)信息、位置信息、資產(chǎn)信息，可快速實現(xiàn)設(shè)備在線盤點。根據(jù)需要，自動進行定期的設(shè)備在線盤點，統(tǒng)計變電站內(nèi)設(shè)備的類型、數(shù)量、狀態(tài)等，可在圖形上實時展示安裝位置，同時可生成數(shù)據(jù)列表。

設(shè)備異動自動感知:利用SRFID300無線自組網(wǎng)的特點，可實時捕捉到未遵循工作計劃安排的設(shè)備移出機柜或移入機柜時進行告警提示，自動產(chǎn)生告警記錄，實現(xiàn)設(shè)備異動感知功能。

4　SRFID300應(yīng)用實例介紹

在廣東電網(wǎng)公司中山供電局三鄉(xiāng)區(qū)域智能電網(wǎng)改造項目中，我們在平鋪變電站和申堂變電站內(nèi)的開關(guān)柜、刀閘等設(shè)備上安裝了SRFID300進行示范應(yīng)用，主要實現(xiàn)測溫、標(biāo)識、在線盤點、巡檢輔助等功能，下圖是軟件系統(tǒng)界面和硬件安裝截圖：

圖3　開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測系統(tǒng)界面

圖4　監(jiān)測模塊固定安裝圖

通過系統(tǒng)的試運行，對比傳統(tǒng)的測溫標(biāo)簽，發(fā)現(xiàn)改進型的有源自組網(wǎng)存儲測溫一體化標(biāo)簽在測溫精度、數(shù)據(jù)存取、近距離讀寫等反應(yīng)速率和準(zhǔn)確率上均有了不同程度的提高。尤其是在站內(nèi)大面積應(yīng)用時，自組網(wǎng)的功能可自動尋找最近的中繼節(jié)點進行數(shù)據(jù)傳輸，性能表現(xiàn)依然優(yōu)異，驗證了該系統(tǒng)的有效性和可靠性。

5　結(jié)語

針對現(xiàn)有測溫標(biāo)簽在智能變電站內(nèi)綜合應(yīng)用所存在的問題，本文改良性設(shè)計了有源自組網(wǎng)存儲測溫一體標(biāo)簽SRFID300，可實現(xiàn)變電站內(nèi)設(shè)備的標(biāo)識、溫度采集、設(shè)備信息大容量存儲等功能，同時設(shè)計的電力設(shè)備編碼體系可有效實現(xiàn)標(biāo)簽數(shù)據(jù)存儲和使用的效率。通過實例驗證表明，相比傳統(tǒng)的測溫標(biāo)簽，本文所設(shè)計的SRFID300系統(tǒng)在智能變電站的應(yīng)用則更加適宜和可靠。

[1]李友光.基于RFID的輸變電設(shè)備EPC編碼的應(yīng)用研究[D].湖南大學(xué)，2014.

[2]鐘清等編著.智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[M].中國電力出版社，2011，08.

[3]王正風(fēng)等編著.智能電網(wǎng)安全經(jīng)濟運行實用技術(shù)[M].水利水電出版社，2011.08.

[4]岳善勇.編碼標(biāo)識——物聯(lián)網(wǎng)的重要支撐[J].中國自動識別技術(shù)，2011（3）.

[5]何光宇,孫英云編著.智能電網(wǎng)基礎(chǔ)[M].中國電力出版社，2010.0.

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Intelligent Power Grid;Temperature Measurement and Storage Integration Label;Intelligent Substatio;Code

Application of Active Self Networking Storage Temperature Measurement in the Transformation of Intelligent Substation

ZHANG Xi-ping，ZHAO Wen-bo
（Zhongshan Power Supply Bureau，Guangdong Power Grid Company，Zhongshan 528400）

1007-1423（2016）06-0083-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.06.020

張喜平（1966-），男，高級工程師，從事電力系統(tǒng)自動化運行管理工作

2015-12-15

2016-02-15

智能電網(wǎng)建設(shè)離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。目前用于變電站高壓設(shè)備的測溫標(biāo)簽，測量范圍大且精度高的功耗大，功耗低的測量范圍較小且測量精低。在現(xiàn)有測溫RFID的基礎(chǔ)上進行了改進，研制出新的集信息存儲和測溫于一體的自組網(wǎng)標(biāo)簽SRFID300，具有存儲量大、數(shù)據(jù)精度高、自動預(yù)警、低能耗、雙向通信等功能特點，可實現(xiàn)原有變電站的智能化改造。研究并設(shè)計標(biāo)簽的編碼體系和軟件系統(tǒng)，在廣東電網(wǎng)公司中山供電局三鄉(xiāng)區(qū)域智能電網(wǎng)改造項目中進行示范應(yīng)用。

智能電網(wǎng)；測溫存儲一體化標(biāo)簽；智能變電站；編碼

趙文博（1980-），男，高級工程師，從事調(diào)度自動化工作十多年

Intelligent power grid construction cannot be separated from the Internet of things technology.At present,the temperature measurement label for high voltage equipment in transformer substation,which has the survey scope in a big way and higher precision the power con鄄sumption is high,and the low power consumption the measurement range is small and the measurement precision is low.Based on the ex鄄isting temperature measurement RFID,develops a new set of information storage and temperature measurement,which has the character鄄istics of high storage capacity,high data accuracy,automatic early warning,low energy consumption,bidirectional communication and so on,which can realize the intelligent transformation of the original substation.At the same time,studies and designs the encoding system and the software system of the tag,which has been demonstrated in the power supply bureau of Zhongshan Power Supply Bureau.