物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)環(huán)境下輸變電設(shè)備管理分析

山西兆豐鋁電有限責(zé)任公司 張彥生 杜兆慧

在現(xiàn)階段輸變電設(shè)備管理中仍存在諸多問(wèn)題對(duì)電力系統(tǒng)的運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性存在影響。因輸變電設(shè)備管理工作的復(fù)雜性、繁瑣性，單一通過(guò)人工方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)維修工作高質(zhì)開(kāi)展，需要積極應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化建設(shè)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)起源自傳媒領(lǐng)域，是信息科技第三次革命產(chǎn)物。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)指的是應(yīng)用傳感設(shè)備，按照約定協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和物理物體的連接，通過(guò)信息傳播實(shí)現(xiàn)信息的交換與通信，實(shí)現(xiàn)智能定位、識(shí)別、監(jiān)管、跟蹤等功能。其應(yīng)用包括內(nèi)在傳感器、監(jiān)控系統(tǒng)、智能設(shè)施、數(shù)控系統(tǒng)、工業(yè)系統(tǒng)、移動(dòng)終端等和外在如具備無(wú)線終端車(chē)輛、具有FRID 貼條物品等。

相比于傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)具有極大優(yōu)勢(shì)：物聯(lián)網(wǎng)為感知技術(shù)應(yīng)用，在物聯(lián)網(wǎng)的上部設(shè)置大量傳感器，各個(gè)傳感器都屬于信息員，通過(guò)對(duì)不同的信息進(jìn)行收集并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性傳播，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的持續(xù)監(jiān)測(cè)和更新；物聯(lián)網(wǎng)是建立在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的一種新技術(shù)，其基礎(chǔ)與核心仍為互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)無(wú)線或有線融合互聯(lián)網(wǎng)將物理物體信息實(shí)時(shí)傳輸。在物聯(lián)網(wǎng)中傳感器所收集的信息需過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)性的傳輸，同時(shí)因?yàn)閿?shù)據(jù)信息繁多，在進(jìn)行傳輸時(shí)為確保傳輸信息及時(shí)性、準(zhǔn)確性，需適用各種協(xié)議和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；物聯(lián)網(wǎng)不只是提供傳感器間的互相連接，同時(shí)其自身具有智能處理能力，可對(duì)物理物體進(jìn)行智能控制。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能處理相互融合應(yīng)用，通過(guò)模式識(shí)別、云計(jì)算等智能計(jì)劃拓展應(yīng)用領(lǐng)域，在海量數(shù)據(jù)中發(fā)掘、分析有價(jià)值數(shù)據(jù)，滿足不同需求。

1 輸變電設(shè)備管理現(xiàn)狀

輸變電設(shè)備屬于電力系統(tǒng)中重要組成部分，其運(yùn)行質(zhì)量對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行起到直接影響?，F(xiàn)階段隨著管理意識(shí)不斷深入，我國(guó)多數(shù)電力企業(yè)對(duì)于輸變電設(shè)備管理工作的開(kāi)展力度逐漸提升，但在實(shí)際的輸變電設(shè)備管理中仍存在諸多問(wèn)題亟待解決。

首先，現(xiàn)階段我國(guó)部分地區(qū)開(kāi)展輸變電設(shè)備開(kāi)展停電計(jì)劃、年度維修計(jì)劃的安排和平衡還在參與人工的方式。隨著電力系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，其中所應(yīng)用的先進(jìn)技術(shù)和先進(jìn)設(shè)備也逐漸增多，制定與平衡生產(chǎn)計(jì)劃也逐漸繁瑣、復(fù)雜。通過(guò)人工方式不僅導(dǎo)致輸變電設(shè)備檢查維修工作超過(guò)預(yù)期時(shí)間，同時(shí)因人力精力有限，在繁多的檢修工作中很容易出現(xiàn)疏漏情況，導(dǎo)致輸變電設(shè)備檢修管理工作質(zhì)量不佳，部分存在安全隱患的設(shè)備沒(méi)有及時(shí)處理，對(duì)電力系統(tǒng)輸變電設(shè)備正常運(yùn)行造成影響，甚至可能導(dǎo)致電網(wǎng)出現(xiàn)重大安全事故。同時(shí)不同上級(jí)部門(mén)對(duì)下屬單位所提要求也不統(tǒng)一，導(dǎo)致下屬部門(mén)需進(jìn)行反復(fù)的格式轉(zhuǎn)換，耗費(fèi)大量時(shí)間[1]。另外月度、季度、年度生產(chǎn)會(huì)議的開(kāi)展并沒(méi)有綜合性信息系統(tǒng)作為支持，存在數(shù)十個(gè)基建工程、市政工程、搶修、計(jì)劃?rùn)z修、技改等工作同時(shí)開(kāi)展，各部門(mén)相關(guān)人員只能按照所掌握信息匯報(bào)情況，無(wú)法精確掌握實(shí)際信息。

其次，檢修工作月度檢修計(jì)劃具有較強(qiáng)的指導(dǎo)性。對(duì)于季度、年度檢修計(jì)劃的制定無(wú)法有效避開(kāi)重要政治活動(dòng)而對(duì)月度檢修計(jì)劃的制定可以有效避開(kāi)，但對(duì)演唱會(huì)、運(yùn)動(dòng)比賽、工程剪彩等需確保供電活動(dòng)，政府部門(mén)無(wú)法提前得知相關(guān)信息，造成月度檢修工作的開(kāi)展隨之發(fā)生變化，無(wú)法自源頭開(kāi)展剛性管理。同時(shí)，因基建項(xiàng)目的開(kāi)展受到政策處理不定因素的影響，需調(diào)整施工計(jì)劃，部分和基建項(xiàng)目相配合的檢修項(xiàng)目也需作出調(diào)整，對(duì)各項(xiàng)工作的順利開(kāi)展造成影響。

最后，檢修工作效率較低，同時(shí)安全風(fēng)險(xiǎn)逐漸提升。按照輸變電設(shè)備檢修管理導(dǎo)則，變電站按照檢修周期開(kāi)展檢修工作，因變電站中一期、二期設(shè)備無(wú)法進(jìn)行同步檢修，在檢修時(shí)存在部分設(shè)備帶電。110kV 變電站若沒(méi)有進(jìn)行全停方式開(kāi)展集中的檢修，將會(huì)出現(xiàn)以下風(fēng)險(xiǎn)：檢修過(guò)程中可能發(fā)生人員誤入帶電間隔而發(fā)生觸電情況；當(dāng)輸變電設(shè)備處于惡劣運(yùn)行狀況時(shí)，可能發(fā)生避雷器、互感器爆炸情況，對(duì)參與輸變電設(shè)備檢修管理人員生命安全造成危害；因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置設(shè)計(jì)有聯(lián)切回路，保護(hù)傳動(dòng)可能導(dǎo)致運(yùn)行設(shè)備發(fā)生誤跳閘情況。另外，非全停模式下開(kāi)展輸變電設(shè)備檢修工作會(huì)造成變電站的操作量大，開(kāi)展安全措施消耗時(shí)間增加，檢修工作延遲情況，對(duì)電網(wǎng)輸變電設(shè)備的可靠性、安全性造成影響。同時(shí)調(diào)度工作的開(kāi)展需安排防全停工作，調(diào)整電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)存在困難和一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)環(huán)境下輸變電設(shè)備管理

2.1 輸變電設(shè)備管理物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸變電設(shè)備管理中應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與全壽命周期的自動(dòng)化、智能化管理。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的建設(shè)包括感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。其中感知層包括傳感器網(wǎng)關(guān)、傳感器網(wǎng)絡(luò)、M2M 終端、傳感器、攝像頭、讀寫(xiě)器、RFID 標(biāo)簽以及二維碼標(biāo)簽。感知層分為通信延伸子層和感知控制子層。控制子層的主要作用是對(duì)物理世界加以感知識(shí)別，延伸子層是通過(guò)物理實(shí)體將應(yīng)用層和網(wǎng)絡(luò)層加以連接的延伸網(wǎng)絡(luò)或通信模塊。在智能電網(wǎng)中通過(guò)控制子層能對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的微環(huán)境、非電氣量、電氣量等信息進(jìn)行采集，之后將延伸子層連接至網(wǎng)絡(luò)層。

網(wǎng)絡(luò)層由核心網(wǎng)和接入網(wǎng)構(gòu)成，主要作用是控制、路由、傳遞感知層和應(yīng)用層之間的信息。因?yàn)橹悄茈娋W(wǎng)中信息傳遞需確保足夠的安全性、及時(shí)性、可靠性，物聯(lián)網(wǎng)信息傳遞、控制主要依賴電力通信網(wǎng)，在特殊條件和條件不足情況下可使用公網(wǎng)，但需做好安全防護(hù)；應(yīng)用層指的是將智能電網(wǎng)需求和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相互結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)系統(tǒng)智能化建設(shè)。應(yīng)用層建設(shè)能實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)信息技術(shù)和電網(wǎng)深度融合，對(duì)電網(wǎng)未來(lái)發(fā)展起到重要影響。應(yīng)用層主要在于信息化中，能滿足電網(wǎng)系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)需求，實(shí)現(xiàn)智能交流、精確供電以及互補(bǔ)供電[2]，有效提升能源應(yīng)用的安全性和利用率，縮減用電成本。

現(xiàn)階段在電網(wǎng)系統(tǒng)中已應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，有效推動(dòng)智能電網(wǎng)的建設(shè)。各科研單位將物聯(lián)網(wǎng)理念應(yīng)用至輸變電設(shè)備中，逐步開(kāi)展傳感、通信、評(píng)估可靠性、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、全周期管理等相關(guān)研究。通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能對(duì)輸變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)加以實(shí)時(shí)性的監(jiān)測(cè)，當(dāng)輸變電設(shè)備出現(xiàn)運(yùn)行故障時(shí)，通過(guò)運(yùn)行參數(shù)信息收集能及時(shí)發(fā)現(xiàn)具體哪一設(shè)備出現(xiàn)故障，不僅減少檢修管理人員工作量，同時(shí)為輸變電設(shè)備、電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)保障。

2.2 輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)

輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)主要包括兩方面：

輸電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。輸電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)物聯(lián)網(wǎng)感知層主要位于重要設(shè)備的上部、輸電線路、桿塔等部位設(shè)置多種類型的傳感器，通過(guò)應(yīng)用相關(guān)裝置對(duì)輸電線里運(yùn)行狀態(tài)情況加以實(shí)時(shí)性監(jiān)測(cè)，獲取相關(guān)信息，之后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸至數(shù)據(jù)中心?，F(xiàn)階段輸電線路在線監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)了線路故障監(jiān)測(cè)和定位、微氣象監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、風(fēng)偏監(jiān)測(cè)、弧垂監(jiān)測(cè)、舞動(dòng)監(jiān)測(cè)、覆冰監(jiān)測(cè)、溫度監(jiān)測(cè)等，不同監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展需多種傳感器互相配合工作，評(píng)析綜合信息。輸電線路中感知層主要問(wèn)題為供電問(wèn)題，現(xiàn)階段主要是通過(guò)太陽(yáng)能方式進(jìn)行供電。在輸電設(shè)備監(jiān)測(cè)中應(yīng)用層包括監(jiān)測(cè)平臺(tái)和輔助系統(tǒng)，在早期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)主要是相關(guān)建設(shè)廠商提供，之后為實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)的契合性、合理性，多電網(wǎng)公司自行開(kāi)發(fā)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。當(dāng)前監(jiān)測(cè)平臺(tái)能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集、存儲(chǔ)、顯示及簡(jiǎn)單的分析，在數(shù)據(jù)挖掘、智能分析、可視化建設(shè)方面還較薄弱，需相關(guān)企業(yè)加強(qiáng)研究，實(shí)現(xiàn)輸電設(shè)備監(jiān)測(cè)高度智能化。

變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。變電站屬于電力系統(tǒng)中極為重要的組成部門(mén)，在變電設(shè)備監(jiān)測(cè)中對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用需按照實(shí)際情況進(jìn)行，確保符合智能化建設(shè)原則和基本要求。在變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)中，感知層通過(guò)使用各種類型的傳感器獲取環(huán)境動(dòng)力、容性設(shè)備、GIS 設(shè)備、變電器運(yùn)行信息數(shù)據(jù)，變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)模式包括振動(dòng)波譜、侵入波、油中微水、繞組變形、局部放電等監(jiān)測(cè)模式。GIS設(shè)備監(jiān)測(cè)方式包括機(jī)械特性、泄漏氣體、局部放電等監(jiān)測(cè)方式。容性設(shè)備主要包括高壓套管、互感器、電容器等[3]，現(xiàn)階段對(duì)于容性設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)需解決濕度變化、溫度變化、零件零漂、諧波干擾、頻率波動(dòng)等因素的影響，確保監(jiān)測(cè)可靠性、穩(wěn)定性。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層的建設(shè)主要為站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)，通信協(xié)議需遵循IEC61850有關(guān)規(guī)范。另外隨著傳感系統(tǒng)多樣化發(fā)展，對(duì)于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用逐漸多樣，需規(guī)范通信協(xié)議、通信接口，共享無(wú)線資源。

2.3 輸變電設(shè)備全壽命周期管理

輸變電設(shè)備全壽命周期管理指的是由資產(chǎn)長(zhǎng)期效益角度出發(fā)，全面考慮資產(chǎn)規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)、報(bào)廢等全過(guò)程。在滿足效能、效益的基礎(chǔ)上降低全壽命周期成本。輸變電設(shè)備全壽命周期管理是成本管理、效能管理、安全管理的有機(jī)結(jié)合。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，沒(méi)使用傳感器對(duì)輸變電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)加以全面的監(jiān)測(cè)，和設(shè)備的屬性加以關(guān)聯(lián)，對(duì)設(shè)備的狀態(tài)和預(yù)估壽命加以評(píng)估，有效提升設(shè)備診斷、評(píng)估準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，有助于制造、安裝、運(yùn)維以及報(bào)廢等階段制定科學(xué)的管理內(nèi)容。

3 結(jié)語(yǔ)

在輸變電設(shè)備管理中通過(guò)應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)性收集設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，通過(guò)信息分析發(fā)現(xiàn)電力系統(tǒng)中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)和設(shè)備故障，確保維修管理工作的及時(shí)開(kāi)展，為電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行提供技術(shù)支持。現(xiàn)階段在輸變電設(shè)備管理中對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用還存在一定缺陷，需相關(guān)電力企業(yè)加以研發(fā)，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的高度智能。