張克宇 王乾

（云南電網有限責任公司昆明供電局 云南省昆明市 650000）

隨著我國電力事業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的變電運檢模式主要運用設備自動技術達到運檢目的，但是隨著部分企業(yè)的戰(zhàn)略目標提升，傳統(tǒng)的變電運檢模式已經無法滿足企業(yè)的發(fā)展，雖然能夠降低人工成本，提高企業(yè)經濟效益。但是其弊端也逐漸明顯，狀態(tài)感知體系不完善、技術標準不統(tǒng)一、業(yè)務融合度不夠。這就導致在傳統(tǒng)的變電運檢模式下，容易出現裝置運行不穩(wěn)定，導致設備管理不能達到智能化、信息化、精益化[1]。并且一旦運檢模式出現問題，由于檢測過程較為復雜繁瑣，并且依舊需要人工進行排查，一旦遭遇惡劣天氣，不僅對運檢工作造成極大的困難，降低運檢效率，并且對運檢人員的生命也存在極大的威脅。所以對于這一現狀，發(fā)展新型變電運檢模式，對物聯網技術進行研究，將智能傳感器運用到變電站中，對變電站中的變壓器、組合電器、開關柜等設備進行檢測，建造更為智能、高效以及安全的運檢系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)技術路線

一般變電站是按照互動感知、開放互聯、融合分析三項原則，通過對變壓器、組合電器、開關柜等設備的控制，根據國家電網有限公司發(fā)布的《輸變電設備物聯網網建設方案》，搭建感知層、傳輸層、平臺層以及應用層四大變電站智能運維輔助系統(tǒng)網絡結構，從而建立智能物聯網變電站系統(tǒng)，全面提高變電站的運檢效率[2]。

1.1 感知層

其中感知層是由麥克風、人體傳感器、聲控傳感器、燈控傳感器等各種傳感裝置組成，其主要目的是感知設備外的實時狀態(tài)，并且對信號進行識別捕捉，是物聯網接受信息的重要接入口。目前最主要的方式就是通過EPC 技術以及RFID 技術完成對信息的采集以及自動化識別。所以感知層在整個運檢模式當中，尤為重要，需要有較強的靈敏度，在運檢模式中，對不同傳感器以及采集裝置進行控制，從而能及時獲得物體在不同環(huán)境下存在的行為特征以及相關數據[3]。并且為了確保感知層的數據具有真實可靠且具有時效性，在捕捉到信息后，感知層再通過光線通信以及無線傳感器將數據進行傳遞，保證信息傳遞效率。在變電站感知層中，主要包括微功耗無線傳感器、低功耗無線傳感器、傳統(tǒng)有線傳感器、其他智能輔助傳感器[4]。其中圖1 中的接入節(jié)點的作用是整個變電站感應層中無線感應器網絡中的控制中心，主要任務是對所有節(jié)點以及感應器中所接收到的數據進行收集和管理，并且在終端配置智能計算功能，通過多通道數據同步計算等方法整理數據，再由接入節(jié)點連接的光纖、VPN 等通訊手法對數據進行傳輸至電網管理平臺。

1.1.1 微功耗無線傳感器

圖1：變電站組網方案

圖2：輸變電設備物聯網系統(tǒng)架構

微功耗無線傳感器具有對各種傳感器信號采樣處理功能，可以用一個模塊同時在線采集包括溫度，濕度，壓力，電流，電壓，開關，頻率等多種混合參數，并無線發(fā)送至收發(fā)器；可以接受并處理來自收發(fā)器的控制輸出信號；短距離間歇收發(fā)數據可以使用電池作為工作電源等特點[5]。在變電站中，微功耗無線傳感器通過微功率無線網接入，主要檢測變電站中的溫度、濕度以及頻率等。再將所有數據匯聚起來并接入到節(jié)點。

1.1.2 低功耗無線傳感器

低功耗傳感器主要接收具有連續(xù)傳輸信息，比如局部超聲波、局部特高頻率、漏電電流等變電站運檢信息，對于這些需要采用低功耗無線傳感器與接入口連接感應支持節(jié)點組網協(xié)議，或者通過一個或多個節(jié)點匯聚所有信息，再接入控制器與網絡層對接。

1.1.3 有線傳感器

有線傳感器有線傳感器是最可靠的系統(tǒng)之一，因為它們直接將傳感器鏈接到接收輸入的設備。這意味著有線傳感器也是最耐用的系統(tǒng)，不需要經常更換。在該變電站系統(tǒng)中主要應用于避雷器泄露電流等地方，將智能電子設備與匯聚節(jié)點進行連接，并且將匯聚節(jié)點與無線傳感器網絡進行連接或者直接連入端點。

1.1.4 其他智能輔助傳感器

其他智能輔助傳感器主要針對于攝像頭、大型機器、環(huán)境監(jiān)測等傳感器，這類傳感器可直接通過智能節(jié)點與端點進行連接。

1.2 傳輸層

傳輸層最主要的作用是傳遞與輔助控制，對感知層中所采集傳遞來的信息，通過電力光纖、VPN、無線寬帶以及電力線載波通信等通信和相關網絡設備等方式進行數據傳輸，并將數據發(fā)送至平臺層，通過設備接入，完成數據傳送與轉接。其主要目的是保證信息的安全性與準確性。傳輸層還可以輔助應用層，對數據提前做一步篩選與分析管理工作[6]。該步驟主要依托于傳輸層具有接入網和核心網兩個層面，該層面能夠為電網系統(tǒng)與物聯網之間提供聯系，物聯網在電網系統(tǒng)傳輸層的輔助下，可以更好的傳輸控制信息，使得物聯網技術在通信網絡的作用下，能夠高速的運作，保證其應用質量。

1.3 平臺層

平臺層則是將接收到的數據進行整理分析，并且將最后的結果放入數據庫中，該技能主要依托于平臺層具有的物聯網設備管理、邊緣計算配置、物聯網數據存儲這三大基本功能[7]。物聯網設備管理是對物聯網中感應傳輸數據的傳感器以及相應網絡節(jié)點進行管理調控，接收通訊網絡所承載的數據，并且對數據進行管理調控[8]。再利用邊緣計算配置對接收的數據進行計算、清洗、分配，再將整理好的數據進行分析整理，再將最后的數據儲存在物聯網數據中。在這一過程中，平臺層能夠具有較強的彈性擴展應用功能，平臺層可以大量接收物聯網數據傳輸與接入，在此平臺上實現數據感知、分析計算、管理存儲，最后將數據進行傳送分享功能。

1.4 應用層

在應用層分為基礎設備和應用設施，基礎設備主要是為物聯網技術提供信息處理以及計算支持，應用設施主要是通過對智能計算、模式識別的應用與干預，對平臺層所傳輸的數據進行處理計算。并且與各個應用管理系統(tǒng)連接建立聯系，對平臺層所傳輸儲存的數據進行分析和管理，將整合后的數據呈現在終端，完成變電站設備各項數據的實時分析與推送[9]。如圖2所示。

2 應用場景

在對壓為220kV 的變電站建造物聯網生態(tài)系統(tǒng)建設，著重建造物聯網感知層，主要針對于變電站中的變壓器、組合電器、開關柜等設備，全面部署物聯網傳感器，其中包括溫度、濕度、振動頻率、超聲波、局部漏電放電等多個微功耗無線傳感器、低功耗無線傳感器、傳統(tǒng)有線傳感器、其他智能輔助傳感器。并且建立接入匯聚節(jié)點，形成組網。匯聚節(jié)點和接入節(jié)點通過接入管理各類信息，并且對數據進行計算控制[10]。再由接入節(jié)點通過通訊網絡技術，如VPN、電力光纖等方式傳輸，保證信息數據的安全性以及準確性，將信息數據傳輸至平臺層，在平臺層對數據進行計算分配管理，再由平臺層將數據傳輸至電網智能運檢系統(tǒng)中，對最后的數據進行展示和分析，確保變電站能夠穩(wěn)定運行，從而實現變電站運檢系統(tǒng)的智能化。

對變電站進行物聯網智能傳感器的部署中，通過對電力系統(tǒng)以及設備，整體變電站運營環(huán)境狀態(tài)監(jiān)測可看出通過對溫度、濕度等各種傳感器進行檢測，可以實時監(jiān)控變電站內的生態(tài)環(huán)境，感知變電站狀態(tài)，對變電站內出現的異常能夠及時預警。并且在應用層能夠直接對變電站狀況進行三維展示，更好地診斷管理分析變電站設備運行狀況。

3 結語

電網作為我國最重要的技術之一，將物聯網和電網進行結合是目前主要發(fā)展趨勢，物聯網可以通過各種信息傳感器，準確捕捉采集各種信息，并且將所有信息進行匯總，再與互聯網相結合，實現在任何時間、空間、地點，信息都能夠互相連通，形成巨大的信息網絡，有利于對人或事物進行識別、定位、跟蹤。而電網主要是利用物聯網這一性能，為電網提供一個具有擴展性、適宜性的網絡架構。本文章主要對標準化物聯網智能傳感器的變電站狀態(tài)系統(tǒng)感知系統(tǒng)中的感知層、傳輸層、平臺層以及應用層，對不同傳感器進行探討和應用，得出在物聯網技術下，運用智能傳感器的變電站能夠通過對變電站內部溫度、濕度、局部放電、局部超聲波、高頻率等信息進行收集，可以提前對變電站環(huán)境異常進行感知，并對此作出判斷并進行相應的檢修與維護，大大減少了人工檢測的成本，推動電網逐漸向智能化、信息化、綜合化方向不斷發(fā)展。