智能變電站中物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的運用

金 劍

（上海諾基亞貝爾，上海 412200）

0 引 言

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能變電站的應(yīng)用，主要是利用感知裝置構(gòu)建出一套智能監(jiān)測與輔助控制的系統(tǒng)。變電站的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用十分廣泛，涉及監(jiān)督巡檢、圖像監(jiān)控、溫度狀態(tài)監(jiān)測、泄漏檢測、采暖通風(fēng)、給排水、火災(zāi)報警及消防等方面，通過人機交互，實現(xiàn)了全過程的智能管理。近幾年，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展極為快速，應(yīng)用范圍廣泛，前景廣闊，其應(yīng)用滿足了變電站發(fā)展的要求，提高了變電站的智能化水平。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是利用信息傳感設(shè)備（射頻識別、全球定位系統(tǒng)、外感應(yīng)器等）將物品與互聯(lián)網(wǎng)按照約定好的協(xié)議進行連接，實現(xiàn)信息的交換以及通信，從而完成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的跟蹤監(jiān)控、定位識別以及管理。

物聯(lián)網(wǎng)中的每一個物品都會有其身份標識，即產(chǎn)品電子碼，儲存在硅芯片的電子標簽內(nèi)。通過信息處理軟件進行識別，然后完成傳遞和查詢，并進行轉(zhuǎn)化，為供應(yīng)鏈企業(yè)提供服務(wù)。隨著傳感技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)超越了對物體簡單識別的層面，向著智能化方向發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)是微機電、傳感器、通信等技術(shù)的結(jié)合體，具有諸多能力，如計算能力、傳感能力、驅(qū)動能力、控制能力以及通信能力。它通過嵌入式節(jié)點連接，每一個節(jié)點都是由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理和控制模塊以及供電模塊、通信模塊組成。眾多節(jié)點的連接，形成了一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。微處理等技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展推動了傳感器的智能化，也推動了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能變電站中應(yīng)用的重要作用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一個全新技術(shù)，它的出現(xiàn)以及應(yīng)用促進了各行各業(yè)的發(fā)展，能夠準確快速地傳輸和處理數(shù)據(jù)信息。正是物聯(lián)網(wǎng)具有這樣的優(yōu)越性，其得到了各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。電力行業(yè)在我國的國民經(jīng)濟中發(fā)揮著重要的作用。變電站作為電力服務(wù)行業(yè)的重要組成部分，是整個電力系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于變電站的建設(shè)中，通過射頻識別技術(shù)收集信息，并將數(shù)據(jù)進行傳輸和處理。對于變電設(shè)備存在的缺陷和問題及時進行檢測以及反饋，從而確保了電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性。另外，數(shù)據(jù)信息采集對于變電設(shè)備的故障診斷有著極其重要的參考作用。對相關(guān)變電設(shè)備的信息進行處理和分類，有利于對設(shè)施設(shè)備的管理和監(jiān)控，能夠更好地提高變電設(shè)備的管理水平。

在變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測方面，通過傳感器對設(shè)備參數(shù)信息進行收集，實時對變壓器的狀態(tài)進行檢測。利用局部放電檢測、振動波動檢測等方法，實現(xiàn)了變電設(shè)備的動態(tài)檢測。一旦設(shè)備出現(xiàn)問題，就會發(fā)出警示與提醒，從而及時進行維護和維修，盡可能降低設(shè)備的受損程度，延長變電設(shè)備的使用壽命。電網(wǎng)平臺中的用戶可以通過物聯(lián)網(wǎng)獲取實時電價，從而使用戶合理制定用電計劃，提高資源利用率。另外，物聯(lián)網(wǎng)加速了智能變電站的數(shù)字化建設(shè)，將網(wǎng)絡(luò)以及使用者緊密的聯(lián)系起來，提高了管理水平。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了全方位的檢測，以傳感器為紐帶，與設(shè)備屬性相連，實現(xiàn)了全過程生命周期的設(shè)備管理，提升了評估及故障診斷的準確性，有利于信息的全方位收集和管理，從而對未來的發(fā)展情況進行有效分析。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體應(yīng)用

信息化、自動化、互動化是智能變電站的主要特征，同時智能變電站具有信息自動采集、監(jiān)測、保護以及控制等諸多功能，實現(xiàn)了自動控制以及智能調(diào)節(jié)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將變電站的各種輔助生產(chǎn)系統(tǒng)緊密的聯(lián)系在一起，避免信息孤島的出現(xiàn)，從而實現(xiàn)變電站的智能運行管理。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建了智能變電站的智能監(jiān)測與輔助控制系統(tǒng)，保證了智能變電站全過程安全穩(wěn)定的智能運行。

智能變電站的智能監(jiān)測輔助系統(tǒng)包括了安全警衛(wèi)、火災(zāi)報警、給排水、溫度監(jiān)測、圖像監(jiān)視、智能檢修維護以及智能巡檢監(jiān)督等子系統(tǒng)，在變電站的運行管理中發(fā)揮著以下的功能和作用。（1）對站內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備的運行環(huán)境及狀態(tài)進行監(jiān)測，并對不同來源的數(shù)據(jù)統(tǒng)一建模，建立起生產(chǎn)的全景信息庫。通過智能化的感知，對信息進行收集、處理、判斷以及執(zhí)行，出現(xiàn)異常情況及時進行處理，并自動上傳處理結(jié)果。（2）智能化的監(jiān)督以及巡檢，對現(xiàn)場的操作進行指導(dǎo)，發(fā)出巡檢指令引導(dǎo)運維人員工作并檢查、記錄巡檢全過程，實現(xiàn)智能化監(jiān)督。（3）智能驗證站內(nèi)的維護和檢修行為，實現(xiàn)操作票管理，對檢修過程全程圖像識別，對操作維護工作進行智能的認證。（4）入侵警戒的自動識別，對拋物、破壞以及翻越圍墻等行為的識別需進行數(shù)字化圖像處理、自動區(qū)域保護以及靈活圖像監(jiān)控。（5）檢測輸變電設(shè)備、主變套管、穿墻套管接頭的運行溫度，為狀態(tài)檢測提供數(shù)據(jù)信息、評價設(shè)備狀態(tài)，為智能調(diào)度功能擴展提供設(shè)備狀態(tài)參考依據(jù)。（6）檢測變電設(shè)備是否存在氣體泄漏問題，并協(xié)調(diào)風(fēng)機系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的安全可靠運行。（7）對環(huán)境和溫度進行監(jiān)測，即動力環(huán)境控制方案的完善和優(yōu)化、完成空調(diào)設(shè)備的調(diào)節(jié)以及通風(fēng)設(shè)備的調(diào)節(jié)和控制。（8）水浸、漏水自動報警，防止水淹事故的發(fā)生。（9）自動探測火災(zāi)狀況，與視頻圖像識別相結(jié)合、與火災(zāi)防治相關(guān)設(shè)備進行聯(lián)動。

3.1 智能巡檢監(jiān)督子系統(tǒng)

智能巡檢監(jiān)督子系統(tǒng)包括了射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）卡、系統(tǒng)管理主機、智能終端。變電站被監(jiān)測的設(shè)備上設(shè)置RFID 卡做為唯一的內(nèi)置編碼身份識別器。RFID 卡不僅具有極強的振動、溫度、濕度感知，還包含了設(shè)備的生產(chǎn)日期、運行時間、檢修周期以及維修記錄等信息，通過讀卡可以自動顯示該區(qū)域設(shè)備的相關(guān)巡檢內(nèi)容。智能的終端設(shè)備是相關(guān)巡檢人員和子系統(tǒng)進行交互的工具，能夠?qū)υ撗矙z區(qū)域進行確認到達并顯示到達的時間，通過終端設(shè)備進行相應(yīng)設(shè)備運行狀態(tài)的巡檢。智能終端與設(shè)備的RFID 匹配，匹配成功后，由巡檢人員填寫巡視注意內(nèi)容，智能終端通過無線連接方式與主機暢連，并將巡檢結(jié)果向后臺傳輸，實現(xiàn)了變電站巡檢信息的共享，加強了巡檢工作的監(jiān)督和管理的力度[1]。

3.2 智能檢修維護認證系統(tǒng)

變電站配電設(shè)施設(shè)備的物理位置可以預(yù)先設(shè)置并進行編號。通過工作機與網(wǎng)絡(luò)交互對運行人員的操作票進行分析，對檢修的間隔以及設(shè)備進行確認，室內(nèi)的攝像頭聚焦到該地區(qū)進行監(jiān)測，向智能終端自動上傳維修設(shè)備的識別代碼和位置。當運維人員持智能終端設(shè)備出現(xiàn)在該區(qū)域后，匹配就會進行，然后在智能終端上寫入操作票內(nèi)容。運行人員只要按照智能終端的提示規(guī)范進行操作，并按要求做好防護措施即可[2]。

3.3 圖像監(jiān)視及安全警衛(wèi)系統(tǒng)

對變電站周圍的圍界進行全天候的動態(tài)感知，其智能性和環(huán)境適應(yīng)性極強。多種技術(shù)手段（探測分析、復(fù)合響應(yīng)、阻擋延遲技術(shù)）相融合，從而根據(jù)具體的情況進行撤防以及布防。一部分由控制器以及視頻攝像組成，并與平臺軟件進行聯(lián)動，實現(xiàn)了視頻觸發(fā)以及報警聯(lián)動的功能。另一部分則由硬件控制器進行控制，包括照明與示警功能。圖像監(jiān)視系統(tǒng)包含了固定視頻系統(tǒng)、云臺視頻系統(tǒng)以及視頻處理系統(tǒng)。對進入監(jiān)視范圍內(nèi)的目標進行自動跟蹤和識別，入侵行為觸發(fā)警報，系統(tǒng)與智能視頻分系統(tǒng)聯(lián)動，與之相關(guān)聯(lián)的攝像機會自動進行對準，并將視頻圖像置頂，方便值班人員觀看的同時可以利麥克風(fēng)等設(shè)備對現(xiàn)場的目標進行喊話[3]。

3.4 溫度狀態(tài)檢測系統(tǒng)

溫度狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對設(shè)備以及設(shè)備的安裝環(huán)境進行實時的狀態(tài)檢測，確定溫度的變化情況。溫度狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)由數(shù)據(jù)傳輸基站、無線溫度傳感器和環(huán)境溫度傳感器組成。定時讀取溫度傳感器數(shù)據(jù)的工作由控制器完成，并測量電池電壓，啟動射頻通信芯片進行數(shù)據(jù)信息的傳輸。數(shù)據(jù)信息的傳輸是采用高頻無線信道方式傳輸，一站式負責(zé)保存與記錄。無線溫度傳感器通常是在高壓輸變電設(shè)備容易發(fā)熱的地方，如開關(guān)的靜觸點、動力電纜的接頭、銅排連接點以及電抗器等部位，利用結(jié)構(gòu)膠來安裝，對發(fā)熱部位進行實時監(jiān)測和控制。數(shù)據(jù)傳輸基站由微處理器總線接口、存儲器、高頻收發(fā)器以及高增益定向天線等組成。高頻傳感器的數(shù)據(jù)信息由高頻收發(fā)器負責(zé)收集，數(shù)據(jù)的讀取以及分類處理則由微處理器來完成，數(shù)據(jù)的存儲由存儲器實現(xiàn)?；緦⑹盏降臄?shù)據(jù)信息傳輸?shù)街鳈C進行處理，并結(jié)合室內(nèi)外大氣的相對溫度，對過熱情況進行分析，從而做出判斷，發(fā)出信號示警，提示管理人員及時作出處理。

3.5 采暖通風(fēng)系統(tǒng)

采暖通風(fēng)系統(tǒng)利用溫濕度傳感器對室內(nèi)外的溫濕情況進行檢測，并將檢測信息傳輸?shù)街鳈C系統(tǒng)。執(zhí)行主機的控制命令，根據(jù)室內(nèi)溫濕度狀況調(diào)節(jié)和控制空調(diào)以及排風(fēng)設(shè)備。主機會根據(jù)室內(nèi)外溫濕度的具體情況，對空調(diào)系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)進行切換[4]。例如，夏季如果通風(fēng)系統(tǒng)能夠滿足室內(nèi)溫度的需求，則會采用風(fēng)機機械排風(fēng)方式，排除室內(nèi)的余熱；如果無法滿足的需求，則會自動啟動空調(diào)設(shè)備。

3.6 泄漏監(jiān)測系統(tǒng)

利用泄漏監(jiān)測系統(tǒng)來對氣體泄漏的狀況進行監(jiān)測和智能處理。泄漏監(jiān)測系統(tǒng)可以精準檢測氣體的泄漏，發(fā)現(xiàn)泄漏的點位，并發(fā)出警報信號，對相關(guān)人員進行警示，從而采取相應(yīng)的措施。另外，可以與風(fēng)機進行聯(lián)動，自動啟動風(fēng)機鼓風(fēng)，同時具有遠程查詢監(jiān)測情況的功能，遠程控制風(fēng)機。

泄漏監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置有氧氣傳感器以及SF6傳感器，監(jiān)測空氣中的SF6濃度以及氧氣濃度，同時進行協(xié)同的融合處理，對SF6的泄漏狀況進行判斷。并與風(fēng)機聯(lián)動向風(fēng)機控制器發(fā)出指令，使風(fēng)機運行。同時，只要有人員進入監(jiān)測范圍，就會發(fā)出聲光報警。

3.7 給排水監(jiān)測系統(tǒng)

給排水監(jiān)測系統(tǒng)負責(zé)用水量與排水量、污物污水池水位以及給排水設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測，并負責(zé)給排水設(shè)備啟停的控制。此外，給排水監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了積水情況的監(jiān)測與處理以及積水的自動排放，并結(jié)合自動攝像頭對現(xiàn)場的情況進行勘察，實現(xiàn)了遠程查詢進水檢查情況，遠程控制水泵的運行并發(fā)出報警信號，提示值班人員對于異常情況采取應(yīng)急措施。

3.8 火災(zāi)報警及消防系統(tǒng)

火災(zāi)報警以及消防系統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)的理念為基礎(chǔ)而構(gòu)建完成，具備環(huán)境溫度檢測以及視頻圖像識別的能力，可以對火災(zāi)進行智能化的檢測和報警，并與滅火系統(tǒng)相聯(lián)動，實現(xiàn)消防設(shè)備的狀態(tài)檢測以及故障報警。當發(fā)現(xiàn)異常情況時，火災(zāi)報警及消防系統(tǒng)會與空調(diào)、風(fēng)機以及滅火裝置進行聯(lián)動，避免火災(zāi)的進一步擴大，將損失降低到最低點[5]。

4 結(jié) 論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與物理系統(tǒng)的融合實現(xiàn)了對設(shè)備進行實時控制以及管理。在智能變電站的建設(shè)過程中，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建出傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)以及輔助控制系統(tǒng)，全方位的對變電站的運行進行智能監(jiān)測與控制，及時發(fā)現(xiàn)變電站運行時的異常狀況并進行聯(lián)動及處理，保障了智能變電站的安全穩(wěn)定運行，提高了智能變電站的運行效率以及質(zhì)量，助力于經(jīng)濟的建設(shè)和發(fā)展。