基于智慧物聯(lián)體系的變電站防汛智能監(jiān)控系統(tǒng)

國網(wǎng)河南省電力公司濟源供電公司 馬文宣 鄭城市 曹紅霞

目前變電站的防汛方式大多采用傳統(tǒng)人工方式進行防汛，采用沙袋、擋板、潛水泵等簡單的防汛設備，在氣象部門預報可能發(fā)生汛情時提前放置好沙袋、擋板，阻擋雨水流入如變電所或配電室等重要房間，并在發(fā)生汛情時值班觀察集水井內(nèi)的積水，在水位到達一定高度時使用潛水泵將集水井內(nèi)的積水排出。作為變電站內(nèi)一項關(guān)鍵的基礎(chǔ)設施，排水泵的運行可靠性對于保障變電站安全工作顯得至關(guān)重要。但長久以來變電站污水泵房的信息化建設和智能化建設都比較遲滯，排水泵電機使用環(huán)境惡劣，電機軟啟動柜缺少及時的運維。個別情況下存在運維之后塑殼開關(guān)忘記合閘的可能性，這種可能性假如發(fā)生在暴雨季節(jié)，會對變電站設施造成不可估量的損失。

1 智慧物聯(lián)體系

智慧物聯(lián)體系主要包括物聯(lián)管理平臺、邊緣物聯(lián)代理和各類型終端標準化接入。通過智慧物聯(lián)體系建設，推動電網(wǎng)公司各類終端統(tǒng)一接入、邊緣智能和共享共用。智慧物聯(lián)體系實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集與規(guī)范，為“數(shù)據(jù)一個源”提供保障，為綜合能源服務與新業(yè)態(tài)提供數(shù)據(jù)支持。對下統(tǒng)籌輸變電、配電網(wǎng)、客戶側(cè)和供應鏈等領(lǐng)域泛在物聯(lián)和深度感知需求，實現(xiàn)統(tǒng)一物聯(lián)管理和終端標準化接入，對上為企業(yè)中臺提供開放、標準的服務，形成跨專業(yè)數(shù)據(jù)共享共用的生態(tài)，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)資產(chǎn)價值[1]。

智慧物聯(lián)體系通過在變電站、配電站房、臺區(qū)、輸電線路、工業(yè)用戶等場所部署邊緣物聯(lián)代理設備，實現(xiàn)傳感設備（端）標準化接入與數(shù)據(jù)匯集，實現(xiàn)區(qū)域協(xié)同管理和邊緣智能；基于設備運行的各類APP應用實現(xiàn)遠程配置更新和在線監(jiān)視，降低運維成本。建設兩級物聯(lián)管理平臺實現(xiàn)各類終端的遠程維護、統(tǒng)一管理和應用擴展，滿足各專業(yè)應用隨需迭代；實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的集中校驗與匯聚轉(zhuǎn)發(fā)，為企業(yè)中臺和各類業(yè)務應用提供標準化數(shù)據(jù)保障。

智慧物聯(lián)體系總體架構(gòu)遵循“精準感知，邊緣智能，統(tǒng)一物聯(lián)，開放共享”的技術(shù)原則，通過物聯(lián)管理平臺和邊緣物聯(lián)代理等平臺以及設備標準化接入各類采集終端，實現(xiàn)業(yè)務融合貫通[2]：精準感知。結(jié)合實際業(yè)務需求、投資規(guī)模、建設區(qū)域特點等因素，因地制宜部署感知設備，按需實現(xiàn)電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、用戶側(cè)、供應鏈等領(lǐng)域的準確、實時感知，支撐構(gòu)建電力數(shù)字孿生；邊緣智能。邊緣側(cè)通過邊緣計算、人工智能技術(shù)提供就地智能化分析、處理能力，支撐區(qū)域自治與云邊協(xié)同?；诮y(tǒng)一的邊緣計算框架實現(xiàn)跨專業(yè)數(shù)據(jù)共享和業(yè)務流程貫通；統(tǒng)一物聯(lián)。建立統(tǒng)一的物聯(lián)管理平臺，實現(xiàn)設備管理、應用管理、物聯(lián)模型與物聯(lián)標識等一體化管理，支持智能終端直接接入、邊緣設備匯聚接入、業(yè)務系統(tǒng)接入等多元化接入；開放共享。支撐跨專業(yè)、內(nèi)外部資源共享共用，基于統(tǒng)一的物聯(lián)模型、接口規(guī)范和APP應用商店，構(gòu)建數(shù)據(jù)安全、接入安全、交互安全及本體安全的物聯(lián)安全防護體系，打造開放合作、共建共享、安全可控的國網(wǎng)智慧物聯(lián)應用生態(tài)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

2 系統(tǒng)組成（對應智慧物聯(lián)體系對每一部分做原理介紹）

系統(tǒng)采用物聯(lián)網(wǎng)云邊端三層結(jié)構(gòu)，項目遵循“精準感知，邊緣智能，統(tǒng)一物聯(lián)，開放共享”的智慧物聯(lián)體系技術(shù)原則，運用物聯(lián)管理平臺以及邊端設備標準化接入采集終端，實現(xiàn)基于智慧物聯(lián)體系的變電站防汛在線監(jiān)測業(yè)務。

變電站防汛智能管理裝置實時采集排水泵電參數(shù)和傳感器的蓄水池內(nèi)水位，將數(shù)據(jù)通過標準協(xié)議傳輸?shù)竭吘壢诤辖K端，通過RS485連接排水泵驅(qū)動器，Modbus協(xié)議控制排水泵的開關(guān)狀態(tài)。變電站防汛智能管理裝置同時支持通過管理平臺遠程升級程序、配置參數(shù)等功能，實現(xiàn)一次防汛設備自檢功能，縮短防汛的反應時間，保障電網(wǎng)安全可靠運行。

邊緣融合終端上行通過MQTT協(xié)議與平臺進行交互，下行通過Modbus協(xié)議與變電站防汛智能管理裝置交互[3]，邊緣融合終端啟動時，由物聯(lián)管理平臺將物模型下載邊緣融合終端中，邊緣融合終端對采集的終端數(shù)據(jù)進行解析，并基于物聯(lián)終端模型對采集數(shù)據(jù)進行過濾、校驗和標準化處置，邊緣融合終端采集APP采用json文本和腳本語言相結(jié)合的實現(xiàn)方式，在不進行二次調(diào)試的前提下，滿足支持ModBus規(guī)約的遙測和遙信量的采集、解析和入庫。邊緣融合終端將分析計算的變電站的防汛狀態(tài)通過電力VPN專網(wǎng)傳輸?shù)轿锫?lián)管理平臺。

物聯(lián)管理平臺側(cè)制訂變電站防汛智能監(jiān)測裝置和排水泵聯(lián)控設備執(zhí)行下發(fā)控制策略方案，當檢測到排水井存在積水大于設定水位閾值時遠程控制排水泵打開，開展排水泵等輔助控制設備與變電站防汛智能監(jiān)測裝置的配合執(zhí)行策略調(diào)試，提高設備自動化水平[4]。通過溝內(nèi)部署的無線水位傳感器實現(xiàn)變電站的汛情監(jiān)測，并將數(shù)據(jù)通過lora傳輸至裝置終端，變電站防汛智能監(jiān)測裝置通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計算處理，如發(fā)現(xiàn)電纜溝內(nèi)水位告警，一方面主動上報后臺主站，另一方面下達排水指令聯(lián)動排水裝置進行排水，變電站防汛智能監(jiān)測裝置同時實時采集排水狀態(tài)數(shù)據(jù)。

3 應用成效

通過智慧物聯(lián)管理體系建設實現(xiàn)排水泵的運行狀態(tài)評價和故障診斷，指導運維人員第一時間對故障消缺，提升變電站運行可靠性[5]。

系統(tǒng)建設。系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集、實時數(shù)據(jù)展示、報警提示以及數(shù)據(jù)匯總等模塊組成。通過變電站防汛智能監(jiān)測裝置采集排水泵狀態(tài)和水位數(shù)據(jù)，當數(shù)據(jù)出現(xiàn)閾值告警時，并可以自動控制相關(guān)設備進行智能調(diào)節(jié)或發(fā)送報警信息；數(shù)據(jù)采集內(nèi)容。數(shù)據(jù)采集包括排水泵電參數(shù)和排水井水位，排水泵電參數(shù)判斷排水泵是否工作正常，及時通知運維人員檢修，根據(jù)電氣量判斷排水泵工作狀態(tài)，結(jié)合蓄水池內(nèi)水位變化情況實現(xiàn)排水泵的運行狀態(tài)評價和故障診斷，指導運維人員第一時間對故障消缺，提升變電站運行可靠性。

閾值報警。當出現(xiàn)被監(jiān)控點數(shù)據(jù)異常時可自動發(fā)出報警信號，可設定各監(jiān)控點位的水位報警閾值。通過軟件系統(tǒng)報警方式上傳報警信息，及時通知值班工作人員?？赏ㄟ^系統(tǒng)設置參數(shù)的上下閾值，當水位參數(shù)超出預設的范圍時通過系統(tǒng)做出報警提示。系統(tǒng)允許用戶制定自定義的數(shù)據(jù)范圍，超出范圍的錯誤情況會在系統(tǒng)中進行標注以達到報警目的；數(shù)據(jù)查詢。可查看智能變電站的實時防汛監(jiān)測數(shù)據(jù)信息，包括智能變電站位置水位情況，也可通過選擇智能變電站的位置、采集設備號等進行數(shù)據(jù)查詢篩選。

統(tǒng)計匯總。主要把數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)按照設定的頻率存儲到數(shù)據(jù)中心，為以后的定量定性分析提供依據(jù)。通過實時數(shù)據(jù)匯總模塊提供歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析等報表服務[6]。匯總統(tǒng)計為用戶通過環(huán)境信息得到相關(guān)參數(shù)提供了方便，用戶可對所要實現(xiàn)自動控制的參數(shù)（水位，水浸）進行設置和完成參數(shù)的獲取，即時了解智能變電站中的防汛情況，以數(shù)字、圖形等方式進行實時顯示和記錄存儲監(jiān)測信息，系統(tǒng)可在線實時24小時不間斷的采集和記錄智能變電站內(nèi)的水位，水浸、排水泵等各項參數(shù)情況。顯示、記錄各監(jiān)測點的水位，水浸、排水泵值和曲線變化，統(tǒng)計溫濕度數(shù)據(jù)的歷史數(shù)據(jù)、最大值、最小值及平均值，累積數(shù)據(jù)，報警畫面，用戶可隨時打印指定時間段的數(shù)據(jù)及運行報告。

綜上，通過國網(wǎng)濟源供電公司的基于智慧物聯(lián)體系的變電站防汛智能監(jiān)測裝置研究和應用，實現(xiàn)了變電站水位感知設備和控制終端的統(tǒng)一接入智慧物聯(lián)管理平臺的管理，解決了智慧物聯(lián)體系下變電站智能防汛接入難的難題，提升了濟源變電站防汛能力，實現(xiàn)一次防汛設備自檢功能，縮短了防汛的反應時間，保障電網(wǎng)安全可靠運行，本項目以基于智慧物聯(lián)體系的變電站防汛為核心，探索了智慧物聯(lián)體系建設的變電站防汛系統(tǒng)研究和應用，結(jié)合硬件模塊化和軟件組態(tài)化的先進設計理念，為智慧物聯(lián)體系建設提供了典型建設方案，進一步加快物聯(lián)智慧體系建設。