張平

摘要：隨著人們生活水平的提高，對電力的要求不斷提高。智能變電站是建設(shè)運(yùn)營好堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)節(jié)點(diǎn)。闡述了智能變電站的概念、結(jié)構(gòu)和主要技術(shù)，討論了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特征及其體系架構(gòu)，提出了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站的應(yīng)用場景，基于調(diào)研和實(shí)踐提出了在故障診斷、在線監(jiān)測、智能運(yùn)維、安防監(jiān)控等方面的具體應(yīng)用方案。

關(guān)鍵詞：智能變電站;泛在電力物聯(lián)網(wǎng);關(guān)鍵技術(shù);應(yīng)用與展望

引言

國家電網(wǎng)有限公司提出了“三型兩網(wǎng)、世界一流”的戰(zhàn)略目標(biāo)，即瞄準(zhǔn)世界一流，打造樞紐型、平臺型和共享型企業(yè)，建設(shè)運(yùn)營好堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)和泛在電力物聯(lián)網(wǎng)。這一目標(biāo)推動了泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，使泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智能變電站建設(shè)與運(yùn)營更顯迫切。但目前泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站建設(shè)中的研究和應(yīng)用均還處于起步階段。首先闡述分析智能變電站的概念、體系結(jié)構(gòu)和主要關(guān)鍵技術(shù)，然后闡述泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特征及其體系架構(gòu)，在此基礎(chǔ)上提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站的應(yīng)用場景，最后在調(diào)研和實(shí)踐基礎(chǔ)上提出應(yīng)用思路，并對后續(xù)應(yīng)用研究進(jìn)行展望，為泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站中更深一步應(yīng)用研究提供基礎(chǔ)。

1泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的概念

物聯(lián)網(wǎng)（Internetofthings，IoT）是通過傳感系統(tǒng)將目標(biāo)物體接入網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)從原有的人與人間的隨時(shí)隨地連接，擴(kuò)展到多元目標(biāo)物體間針對性的按需信息獲取、傳輸、存儲、決策等定制化服務(wù)“IoT2020”指出，在物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展和5G商業(yè)應(yīng)用的即將普及背景下，未來5～10a，全球物聯(lián)網(wǎng)將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。

電力行業(yè)中的物聯(lián)網(wǎng)是1種實(shí)現(xiàn)周圍環(huán)境、電網(wǎng)人員和設(shè)備設(shè)施的感知識別與互聯(lián)控制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)各類感知設(shè)備與通信資源的融合，形成具有自我標(biāo)識、感知和智能處理的物理實(shí)體。通過互動協(xié)作，可實(shí)現(xiàn)各物理實(shí)體之間的感知交互和反饋控制，進(jìn)一步構(gòu)建高度智能的電力生產(chǎn)服務(wù)體系。

泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的核心理念是應(yīng)用移動互聯(lián)、人工智能等先進(jìn)信息、通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)發(fā)電企業(yè)、電網(wǎng)企業(yè)、電力用戶;供應(yīng)商與其各個環(huán)節(jié)所涉及的設(shè)備、人員之間的互聯(lián)與交互。其以電網(wǎng)為樞紐，發(fā)揮平臺與共享作用，通過泛在感知、可靠通信及高性能信息處理與高級電力應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)各環(huán)節(jié)“能源流、業(yè)務(wù)流、數(shù)據(jù)流”的一體化融合，幫助電力系統(tǒng)提升運(yùn)行穩(wěn)定性，提高運(yùn)行效率。

2面向變電站的泛在電力物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力系統(tǒng)變電環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

在電力系統(tǒng)的變電環(huán)節(jié)中融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以大幅簡化變電環(huán)節(jié)的各項(xiàng)操作步驟，利用變電站內(nèi)部的多種傳感器可以精確控制電壓和電流的轉(zhuǎn)換并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動化收集，從而減少人工成本的消耗。變電站在運(yùn)行過程中需要維持穩(wěn)定，因此工作人員需要周期性的進(jìn)行例行排查和維護(hù)，減少變電站的各種運(yùn)行隱患。通過5G技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的融合，可以實(shí)現(xiàn)對變電站信息的時(shí)刻檢測，并且有效的提高了工作人員檢查變電站的效率，可以在地下電纜中植入各種數(shù)據(jù)傳感器，利用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電纜的實(shí)時(shí)監(jiān)控，在出現(xiàn)故障時(shí)可以迅速收集故障信息并呈報(bào)到后臺監(jiān)管人員的數(shù)據(jù)終端。

2.2電氣線路跳閘故障監(jiān)測

傳統(tǒng)的故障檢修需要人力對故障位置進(jìn)行檢查來解決該問題，由于電氣線路越復(fù)雜，故障排除就越困難。但通過實(shí)施泛在電力物聯(lián)網(wǎng)，故障的監(jiān)測和檢測可以自動跟蹤，與故障相關(guān)的所有信息都是自動發(fā)送，如：使用指定的傳感器檢測電流和電壓水平，對于電流值使用霍爾電流傳感器將其串聯(lián)在線路上以捕捉通過線路的電流值。電壓偏差規(guī)則（VDR）被用作傳感器來收集電壓讀數(shù)并由處理器進(jìn)行分析，然后發(fā)送到監(jiān)控單元。電流值將自動以圖形形式顯示。對于故障情況，將電流值與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，如果電流值達(dá)到或超過預(yù)設(shè)值，系統(tǒng)將觸發(fā)保護(hù)裝置，并將故障信息發(fā)送給監(jiān)控裝置。。

2.3感知設(shè)備層關(guān)鍵技術(shù)

感知設(shè)備層的狀態(tài)感知終端由邊緣計(jì)算單元、集成感知序列、設(shè)備級感知網(wǎng)絡(luò)和傳感器組成，如圖1所示。邊緣計(jì)算單元負(fù)責(zé)對變電站周圍環(huán)境、實(shí)時(shí)狀態(tài)、行為動作和電氣參量的全面融合，實(shí)現(xiàn)對變電站內(nèi)各設(shè)備本體及運(yùn)行環(huán)境的深度感知，進(jìn)一步對風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、多參量主動觸發(fā)及多設(shè)備聯(lián)合分析信息進(jìn)行推送。集成感知序列中各基本單元可通過Ethernet網(wǎng)絡(luò)或GPS實(shí)現(xiàn)分布式同步采樣，將紅外探測、視頻監(jiān)控、局放監(jiān)測、聲音氣味檢測等傳感功能融合起來，實(shí)現(xiàn)對變電站內(nèi)現(xiàn)場設(shè)備的非接觸式感知測量，進(jìn)而對變電站內(nèi)異常設(shè)備所在區(qū)域進(jìn)行定位。集成感知序列單元還可以作為設(shè)備級的邊緣計(jì)算單元，通過藍(lán)牙、ZigBee等設(shè)備級感知網(wǎng)絡(luò)與變壓器油色譜、聲音振動、變電站GIS超聲、容性設(shè)備介損等變電站設(shè)備級傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。當(dāng)感知到設(shè)備出現(xiàn)過熱、水浸、著火等異常工況時(shí)，系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)設(shè)閾值自動啟動空調(diào)、風(fēng)機(jī)、水泵等輔控設(shè)備。

2.4設(shè)備故障智能診斷

變電站內(nèi)設(shè)備運(yùn)行工況復(fù)雜，會因力、熱、電等多種因素導(dǎo)致設(shè)備異常，故障機(jī)理復(fù)雜，需要明確給出故障判據(jù)。在變電站設(shè)備故障智能診斷方面，通過將大量不同場景的故障案例上傳至平臺應(yīng)用層，利用人工智能手段分析變壓器、GIS等不同設(shè)備的故障/異常診斷判據(jù)并建立相應(yīng)的判斷規(guī)則。通過泛在電力物聯(lián)網(wǎng)將判斷算法發(fā)送至變電站感知設(shè)備層計(jì)算單元模塊;計(jì)算單元模塊分別與變壓器、GIS設(shè)備上的傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，及時(shí)感知設(shè)備數(shù)據(jù)信息，排查疑似異常情況，并通過集成感知序列單元和變壓器、GIS設(shè)備本體監(jiān)測時(shí)間、空間的變化，對故障設(shè)備進(jìn)行協(xié)同分析診斷并準(zhǔn)確定位。

2.5設(shè)備環(huán)境類監(jiān)測應(yīng)用

環(huán)境監(jiān)測應(yīng)用主要有火災(zāi)報(bào)警、水浸、SF6氣體監(jiān)測以及環(huán)境溫濕度、雨量、氣壓、風(fēng)向監(jiān)測等。火災(zāi)報(bào)警監(jiān)測通過煙霧傳感器、溫度傳感器和圖像監(jiān)控共同實(shí)現(xiàn)，若溫度過高且煙霧濃度較大，可結(jié)合圖像監(jiān)控設(shè)備，及時(shí)確定火災(zāi)點(diǎn)并觸發(fā)報(bào)警系統(tǒng)，啟動滅火裝置;水浸監(jiān)測是對站內(nèi)地面或埋電纜處的水量進(jìn)行監(jiān)測，若發(fā)現(xiàn)積水，啟動自動排水裝置并將信號發(fā)送給工作人員;SF6氣體監(jiān)測是通過傳感器監(jiān)測空氣中有毒氣體和氧氣的濃度，若有毒氣體濃度過高，需對排風(fēng)裝置發(fā)出排風(fēng)命令并發(fā)出報(bào)警信號，提醒工作人員暫時(shí)不要靠近。

結(jié)語

能變電站作為智能電網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是建設(shè)運(yùn)營好堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重中之重，因此，將泛在電力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于智能變電站的建設(shè)和運(yùn)維前景廣闊。本文首先闡述了智能變電站的概念、體系結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，然后對泛在電力物聯(lián)網(wǎng)的特征及其體系架構(gòu)進(jìn)行討論，在此基礎(chǔ)上提出泛在電力物聯(lián)網(wǎng)在智能變電站的應(yīng)用場景，最后基于調(diào)研和實(shí)踐提出了諸如在故障診斷、在線監(jiān)測、智能運(yùn)維、安防監(jiān)控等方面的具體應(yīng)用方案，并進(jìn)行了展望，旨在為后續(xù)研究和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

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