基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站信息采集、傳輸及信息融合技術(shù)研究

段曉晨 郭晨亮 趙強

摘 要 變電站運維作業(yè)需要多種信息支持，變電站作場設(shè)備種類繁多，安全規(guī)范嚴謹而復(fù)雜，如何為操作人員提供高可信、與工作目標(biāo)高度相關(guān)的信息是有效提升工作效率的關(guān)鍵。本文分析了物聯(lián)網(wǎng)下的變電站信息采集、傳輸及融合技術(shù)，以提高操作人員獲得設(shè)備運行的有效性，減輕運維工作強度，提高工作效率，加強防錯能力。

關(guān)鍵詞 物聯(lián)網(wǎng);信息采集;融合;技術(shù)

1變電站現(xiàn)場運維作業(yè)需要采集的信息

變電站現(xiàn)場運維作業(yè)涉及多個變電專業(yè)和多類設(shè)備，為操作所需的信息量很大，主要有以下一些設(shè)備運行狀態(tài)信息和環(huán)境狀態(tài)信息。

①設(shè)備運行狀態(tài)信息。其主要包括：AIS設(shè)備位置信息;地刀、接地線位置信息;電容器工作溫度與鼓肚形變;各類套管接頭溫度;各類大電流接頭溫度;柜門的開閉狀態(tài);這些設(shè)備作為變電站的主要設(shè)備信息需要隨時的監(jiān)控，以保證設(shè)備的安全運行。②環(huán)境狀態(tài)信息。其主要包括：環(huán)境溫度;環(huán)境濕度;地面水浸;風(fēng)速風(fēng)向;雨量;環(huán)境溫度是變電站設(shè)備的工作環(huán)境基本參數(shù)，對環(huán)境信息的采集可以實時監(jiān)控設(shè)備的工作環(huán)境狀態(tài)，確保電力設(shè)備工作其額定范圍內(nèi)，避免溫度濕度超標(biāo)運行導(dǎo)致故障。③無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)之一是通過部署多個簡單節(jié)點來獲取目標(biāo)的多種信息，可以大幅度降低功耗和成本，有利于節(jié)點的大規(guī)模部署;其安裝便利、靈活、易于升級、安全性高、無須絕緣等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于相關(guān)設(shè)備的信息采集[1]。

2變電站現(xiàn)場運維作業(yè)中的多傳感器信息融合技術(shù)研究

在多傳感器系統(tǒng)中，各傳感器感知的信息通常具有不同的特征：模糊的或者錯誤的，相互支持或互補，甚至是相互矛盾或競爭。同時，系統(tǒng)所處的環(huán)境也受到各種隨機因素的影響而不斷地變化。所以需要多個同一類型傳感器或多種不同類型傳感器進行協(xié)同感知，以實現(xiàn)對目標(biāo)的全面準確檢測。

對于在單個位置、單種類型的傳感器難以準確、多方位地反映感知目標(biāo)真實狀態(tài)的情況下，為了提高感知信息的可靠性，需要在同一位置布設(shè)多種類型的傳感器，通過不同類型傳感器之間的協(xié)同感知，以盡可能全面地獲取目標(biāo)的信息。協(xié)同感知是信息融合的基礎(chǔ)，通過將感知到的信息傳輸?shù)焦芸仄脚_進行數(shù)據(jù)特征提取，信息融合和判斷決策，實現(xiàn)對感知目標(biāo)狀態(tài)信息的智能化應(yīng)用[2]。

某變現(xiàn)場運維需要采用多種傳感器對AIS順控操作設(shè)備位置、地刀地線位置、電容器溫度與形變、環(huán)境溫濕度、水浸、振動等信息進行多方位采集，是一個多源異構(gòu)信息系統(tǒng)。多源異構(gòu)信息融合實際上是對人腦綜合處理復(fù)雜問題的一種功能模擬，它充分利用多個傳感器資源，通過對各種觀測信息的合理支配與使用，在空間和時間上把互補與冗余信息依據(jù)某種優(yōu)化規(guī)則結(jié)合起來，產(chǎn)生對觀測環(huán)境的一致性解釋或描述，同時產(chǎn)生新的融合結(jié)果。其目標(biāo)是基于各種傳感器的分離觀測信息，通過對信息的優(yōu)化組合導(dǎo)出更多的有效信息。

協(xié)同感知和多源異構(gòu)信息融合在解決狀態(tài)監(jiān)測、目標(biāo)檢測識別等方面，具有如下性能優(yōu)勢：①增加系統(tǒng)的生存能力。在有若干傳感器不能利用或受到干擾，或某個目標(biāo)不在覆蓋范圍時，始終有一部分傳感器可以提供信息，使系統(tǒng)能夠不受干擾地連續(xù)運行、弱化故障，并增加檢測概率。②擴展空間覆蓋范圍。通過多個交疊覆蓋的傳感器作用區(qū)域，擴大了空間覆蓋的范圍，一些傳感器可以探測到其他傳感器無法探測的地方，進而增加了系統(tǒng)的空間監(jiān)視范圍和檢測概率。③擴展時間覆蓋范圍。當(dāng)某些傳感器不能探測時，另一些傳感器可以檢測、測量目標(biāo)或事件，即多個傳感器協(xié)同作用可提高系統(tǒng)的時間檢測范圍和檢測概率。④增加可信度。多種傳感器對同一目標(biāo)或事件進行確認，因而有可能提高可信度。⑤簡少信息的模糊性。多傳感器聯(lián)合信息降低了目標(biāo)或事件的不確定性。⑥改善探測性能。對目標(biāo)的多種測量的有效融合，提高了探測的有效性。⑦提高空間分辨率。多傳感器的合成可以獲得比任何單一傳感器更高的分辨率。⑧增加測量空間的維數(shù)。系統(tǒng)不易受到惡意行動或自然現(xiàn)象的破壞。

3無線溫度傳感器節(jié)點間的協(xié)同感知

變電站設(shè)備溫度是反映設(shè)備運行正常的重要指標(biāo)，通過設(shè)備溫度、環(huán)境溫濕度傳感器的協(xié)同感知和信息融合，實現(xiàn)設(shè)備與環(huán)境、同一設(shè)備相間數(shù)據(jù)的橫向比較，同類設(shè)備間相對溫升數(shù)據(jù)的縱向比較，幫助運行人員及時發(fā)現(xiàn)溫度異常告警信息，以避免過熱故障發(fā)生。①電容器的工作溫升。理想電容器是不會有溫升的，由于實際的電容器都有一定的損耗，該損耗與加載在電容器的工作電壓平方成正比，與電容器工作的無功電流的大小成正比，所以超壓工作往往會導(dǎo)致電容器的損耗增大，電容器老化也會導(dǎo)致絕緣下降，發(fā)熱增加。比對電容器工作溫升的歷史數(shù)據(jù)可以早期發(fā)現(xiàn)電容器是否超壓運行，是否早期劣化，可以避免爆炸等惡性事故的發(fā)生。②各相間電容器工作溫升差。每相電容器組的工作狀態(tài)一般是一樣的，各組電容器的工作溫升應(yīng)該相同，如果有明顯差異則可能是嚴重的三相不平衡或內(nèi)部絕緣劣化，損耗增加，所以比對各組電容器的工作溫升可以早期預(yù)警電容器故障。③同組各電容器間的工作溫升差。同組的每個電容器組的工作狀態(tài)完全相同的，各個電容器的工作溫升應(yīng)該相同，如果某個電容器的溫升有明顯高于其他電容器，則基本上可以確定其內(nèi)部絕緣劣化，損耗增加，比對組內(nèi)各電容器的工作溫升是早期預(yù)警電容器故障的有效方法。結(jié)合某變電站改造，我們在實施了本專題的全部研究內(nèi)容，其中首次采用激光距離傳感器節(jié)點實現(xiàn)了順控操作設(shè)備AIS設(shè)備的到位檢測，提高了變電站運維的可靠性和效率，更提高了變電站10kV母線的安全性，可以有效避免母線接地合閘的重大事故，大大提升了變電站現(xiàn)場運維的效率和工作質(zhì)量。

4結(jié)束語

可以預(yù)見，未來隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進，多傳感器融合技術(shù)將更多應(yīng)用于變電站智能化管理、運行的需要，相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及其產(chǎn)品也將得到不斷的創(chuàng)新和發(fā)展。

參考文獻

[1] 趙川.基于大數(shù)據(jù)的電力運維故障診斷及自動告警系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀器儀表，2019（10）：16.

[2] 孟榮，范曉丹.關(guān)于智能變電站自動化系統(tǒng)及設(shè)備的幾點建議[J].電氣技術(shù)，2019（9）：21.