鄧祖帆

(貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司畢節(jié)供電局,貴州 畢節(jié) 551799)

0 引言

變電所是整個供電的關(guān)鍵環(huán)節(jié),不僅承擔(dān)著改變電力大小的工作,還承擔(dān)著重新分配供電的工作,影響著供電的效率、安全和穩(wěn)定。 現(xiàn)階段,變電所在監(jiān)控、平穩(wěn)運轉(zhuǎn)、管理等技術(shù)方面還存在缺陷。 在管理系統(tǒng)的方法、設(shè)備故障、監(jiān)控的自動化水平方面還存在不足之處。 例如,較為傳統(tǒng)的手工數(shù)據(jù)錄入法,極易出錯誤,不僅不利于數(shù)據(jù)的共享與存儲,在設(shè)施編程、數(shù)據(jù)處理的格式上也缺乏規(guī)范性規(guī)定,容易造成數(shù)據(jù)孤島,約束數(shù)據(jù)的資源共享。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

1.1 現(xiàn)代智能感應(yīng)器科學(xué)技術(shù)

傳感科技是信號識別和信息交換的測量有效手段,能夠分析采集數(shù)據(jù),以更加容易理解的形式傳遞數(shù)據(jù),使數(shù)據(jù)具有完整性。 傳感科技的優(yōu)點在于其敏感性。 將該技術(shù)應(yīng)用在智能變電站的在線監(jiān)測中,能夠有效提高數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量,保證其穩(wěn)定運行。 傳感器技術(shù)在感應(yīng)器網(wǎng)絡(luò)中具備兩個功能:一是數(shù)據(jù)的分析與獲取;二是信息處理。 傳感器產(chǎn)品的應(yīng)用不但能夠滿足現(xiàn)代社會實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)信息傳播的需要,還能滿足重傳過程中的信息處理需要,即系統(tǒng)能夠在接收到信號時把信息內(nèi)容轉(zhuǎn)化為所要求的形式,這是其他信號傳感器產(chǎn)品系統(tǒng)中所缺乏的。

1.2 數(shù)據(jù)通信技術(shù)

數(shù)據(jù)通信技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)人和機器之間的無障礙交流與信息傳遞,是數(shù)據(jù)通信技術(shù)技能上最大的突破。該技術(shù)是通過運用信息排列組合的方法在人和機器的自由組合中完成信號的平穩(wěn)傳遞。 數(shù)據(jù)通信技術(shù)產(chǎn)品一般由以下3 個部分構(gòu)成:(1)業(yè)務(wù)應(yīng)用中樞。 該部分實現(xiàn)業(yè)務(wù)使用目標(biāo)與消息傳遞目標(biāo);(2)無線傳輸端口。 該部分是數(shù)據(jù)傳輸中無線網(wǎng)絡(luò)信息傳送裝置;(3)數(shù)據(jù)傳輸信道。 該部分是無線網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介。 由于信息技術(shù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)通信技術(shù)應(yīng)用到各產(chǎn)業(yè)已成為當(dāng)前社會發(fā)展的必然趨勢,主要原因是由于該技術(shù)能夠有效解決人機之間的信息交流障礙。

2 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計

RFID 數(shù)據(jù)中心資產(chǎn)信息監(jiān)測管理系統(tǒng)采用可跨平臺部署工作的Java 平臺技術(shù)管理系統(tǒng)。 該系統(tǒng)能夠把控各個信息管理場所設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)信息,統(tǒng)一由中央機進行監(jiān)測。 而監(jiān)測計算機除接收RFID 所收集的數(shù)據(jù)信息之外,還需要獲取管理用戶信息、權(quán)限信息、設(shè)備狀態(tài)信息等,并設(shè)定適當(dāng)?shù)木?應(yīng)用于Ajax數(shù)據(jù)交互處理。 通過傳遞前后臺的數(shù)據(jù),系統(tǒng)能夠?qū)⑿畔@示到終端上,這要求用戶在發(fā)送權(quán)限請求數(shù)據(jù)時務(wù)必要包括請求順序、響應(yīng)時間、優(yōu)先級和回調(diào)環(huán)節(jié)。 整個監(jiān)測環(huán)節(jié)中,均采取了基于IP 技術(shù)的傳輸方法,將網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計為純?yōu)g覽器/服務(wù)器模式(Browser/Server,B/S)架構(gòu)。 B/S 架構(gòu)是一種在Web 上的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式。 Web 服務(wù)器成為客戶的主要操作平臺,使信息一目了然。 該服務(wù)器統(tǒng)一了客戶端,將核心部分集中到服務(wù)器上,有利于日后的二次開發(fā)。

控制系統(tǒng)包括RFID 電子產(chǎn)品標(biāo)志、RFID 標(biāo)識制度、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器以及中央監(jiān)測軟件4 個部分[1]。電子標(biāo)簽成為固定資產(chǎn)管理信息系統(tǒng)的唯一信息數(shù)據(jù)服務(wù)載體,利用放置于倉庫大門口的RFID 識別系統(tǒng)來辨認(rèn)固定資產(chǎn)設(shè)備信息,由數(shù)據(jù)收集業(yè)務(wù)(中間件)對識讀的RFID 標(biāo)志信號經(jīng)過統(tǒng)計優(yōu)化過濾后,并上傳于中央監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)平臺。 如若不然,數(shù)據(jù)采集服務(wù)器則直接接受中央監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)平臺傳來的指令,并通過監(jiān)測RFID 辨認(rèn)信息系統(tǒng)的工作狀況和IO 輸出狀況。

總體框架采用了4 層結(jié)構(gòu),與用戶界面性能相結(jié)合,利用現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控、數(shù)據(jù)訪問與服務(wù)邏輯管理等將其徹底分離。 整個結(jié)構(gòu)非常靈活,具備較高的可擴展性和分布式性能[2]。

物聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)認(rèn)知層一般通過超聲感應(yīng)器來工作,包括RFID 網(wǎng)絡(luò)電子標(biāo)志、溫濕度傳感器等設(shè)備以及檢測控制系統(tǒng)變壓器、電容器等用電設(shè)備。 物聯(lián)網(wǎng)智能技術(shù)能掌握電網(wǎng)或監(jiān)測點附近的外界環(huán)境條件、地理環(huán)境資訊、設(shè)備自身屬性和運行狀況等,從而為發(fā)電廠、監(jiān)測機關(guān)及其各網(wǎng)點的使用層供給所需求的信號。 通過此類傳感器的工作,能夠進一步提高監(jiān)控數(shù)據(jù)的精確程度。

電氣設(shè)備層有提高通信連接間的一致性工作能力,但不足之處在于變壓器裝置的復(fù)雜性較高[3]。 電氣設(shè)備層需依據(jù)使用環(huán)境的差異,選用有線和無線的通信方式,如UART,CAN,ZigBee,LoRa 等通信接口,通常會產(chǎn)生異構(gòu)性。 因此,在測試總線的機械振動變化時,因為絕緣問題或者其他因素,宜采用無線通信方法;在測試電力變壓器參數(shù)變化時,因電氣環(huán)境復(fù)雜多變,可能會對其產(chǎn)生影響,因此宜采用有線通信方法。

3 主要功能及工作原理

3.1 主要功能

為提高系統(tǒng)的信息化水平,通信平臺必須及時完成對信息的采集和處理,并監(jiān)控系統(tǒng)的運行情況,保證整個系統(tǒng)的正常運行。 通信平臺不僅可以通過多種參數(shù)對數(shù)據(jù)進行采集,通過傳感技術(shù)對數(shù)據(jù)處理節(jié)點進行有效控制,確保系統(tǒng)運行的全過程均能夠受到傳感設(shè)備的監(jiān)控,還能夠收集系統(tǒng)運行信息,保證系統(tǒng)不會頻繁出現(xiàn)故障。 在集成監(jiān)控系統(tǒng)的各控制單元中,建立具有統(tǒng)一特性、可靠性較高的接口,實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部信息的多元化傳輸。 在此基礎(chǔ)上,確保系統(tǒng)實時監(jiān)控智能變電站的運行,及時維修智能變電站運行中的故障,并通過在線運行代碼的方式,及時修改,減少智能變電站維護以及檢修的費用支出。

數(shù)據(jù)采集單元不僅能夠監(jiān)控智能變電站的運行情況,還能夠通過傳感器,采集智能變電站高壓開關(guān)、變壓設(shè)備的運行數(shù)據(jù),保證變電站運行的可靠性。 在對高壓開關(guān)以及變壓設(shè)備的運行進行監(jiān)控時,數(shù)據(jù)采集單元采用多種傳感器共同采集數(shù)據(jù),使智能變電站管理者能夠?qū)υO(shè)備的運行情況有詳盡了解。 其中,變壓器傳感裝置中主要包括電流傳感器、溫度傳感器、避雷裝置以及水分傳感器組成。 數(shù)據(jù)采集單元能夠通過分析上述傳感器所收集的信息,并將其傳輸?shù)綄?yīng)的智能電子裝置中進行數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)管理單元內(nèi)主要包括變壓設(shè)備檢測智能電子裝置、監(jiān)控主機、計算機終端以及高低壓開關(guān)檢測智能電子裝置。 其中,各主智能電子裝置主要用于收集各子智能電子裝置所傳輸?shù)男畔?并將信息進行整合處理,判斷信息類型,發(fā)出故障報警、超限報警等信號。報警控制單元收到信號后,通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、光纖傳輸?shù)接嬎銠C終端內(nèi),便于工作人員在收到信號后及時為檢修人員做出工作安排。 報警控制單元在接收到智能電子裝置傳輸?shù)男畔⒑?不僅能夠同時向其他報警裝置發(fā)出信號,使其做出閃爍故障燈等操作,還可以暫時切斷供電線路,以保證智能變電站的其他設(shè)備不會產(chǎn)生損壞。

網(wǎng)絡(luò)傳輸單元最大限度應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),通過射頻識別、電子標(biāo)簽等技術(shù),在智能變電站內(nèi)部運行設(shè)備上安裝信息采集標(biāo)簽,用于計算機對其數(shù)據(jù)的讀取。計算機掌握讀取設(shè)備信息、設(shè)備運行情況后,通過有線網(wǎng)絡(luò)、無線局域網(wǎng)等方式,將監(jiān)控所采集的信息傳遞到網(wǎng)絡(luò)上,供技術(shù)人員進行下載。 終端控制人員可以通過計算機查看智能變電站各部分的運行情況,進而實現(xiàn)對智能變電站運行情況的遠程監(jiān)控。

3.2 運行原理

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)以智能變電站為基礎(chǔ),科學(xué)選擇通信協(xié)議,通過代碼運行,實現(xiàn)對系統(tǒng)的分層管理,對智能變電站內(nèi)所有設(shè)備進行監(jiān)控。 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)能通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實現(xiàn)對設(shè)備運行情況的收集,進一步提高了監(jiān)控信息的精確性。

本系統(tǒng)采用IEC61850 標(biāo)準(zhǔn)作為通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)作為國際電工委員會唯一認(rèn)可的國際標(biāo)準(zhǔn),具有極高的指導(dǎo)作用。 現(xiàn)階段的電力系統(tǒng),對變電站自動化水平要求較高,在此背景下,就需采用此通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),實現(xiàn)智能變電站內(nèi)智能電子裝置的互聯(lián)以及管理。此標(biāo)準(zhǔn)對公共通新標(biāo)準(zhǔn)進行了規(guī)范,進一步提高了本系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。 目前,智能電子裝置在電力系統(tǒng)監(jiān)控中應(yīng)用水平不斷提高。 不同類型的智能電子裝置能夠?qū)崿F(xiàn)對功能存在差異的傳感器的管理,不僅進一步降低了系統(tǒng)運行負(fù)載,還能夠有效降低系統(tǒng)運行所需的能源消耗。 在此系統(tǒng)中,負(fù)責(zé)采集高壓開關(guān)以及變壓器等設(shè)備運行信息的傳感器以及信息采集設(shè)備位于最底層,其主要作用就是精確無誤地對數(shù)據(jù)信息進行采集,并通過通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方式,將所采集的信息輸出到智能電子裝置中。 智能電子裝置主要用于接收傳感器以及信息采集裝置所收集的信息,并將信息處理后,再次傳輸給數(shù)據(jù)管理單元。 數(shù)據(jù)管理單元會將信息呈現(xiàn)在終端計算機中,并篩選出其中故障信息,實現(xiàn)對智能變電站的全面監(jiān)控。 該系統(tǒng)運行后,可在電網(wǎng)公司內(nèi)建立出完善的監(jiān)控中心,并通過電信、移動等通信公司系統(tǒng)的寬帶網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。 安裝與計算機連接的控制軟件,實現(xiàn)對智能變電站設(shè)備的監(jiān)控,監(jiān)控模塊通過與GPRS 通信模塊的連接,能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。 除此之外,將用戶所使用的計算機終端與監(jiān)控中心連接,實現(xiàn)故障數(shù)據(jù)庫的更新,進一步提高了系統(tǒng)對變電設(shè)備故障的識別精確度。

采用分層結(jié)構(gòu)模式,系統(tǒng)能夠在不同層次部署不同的管理節(jié)點,降低了統(tǒng)一管理模式中的風(fēng)險。 此外,應(yīng)用此種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的分層處理,降低了大量數(shù)據(jù)傳輸過程中,對網(wǎng)絡(luò)造成的傳輸負(fù)荷,同時也降低了對存儲設(shè)備存儲容量的需求。 應(yīng)用分層設(shè)計,能夠使系統(tǒng)具有更為良好的可擴展性。 在需要添加新功能時,只需要對某一部分運行代碼進行修改,避免因小的改動,造成整個系統(tǒng)的癱瘓。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變電站網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中的應(yīng)用

4.1 變電站設(shè)備狀態(tài)檢測

現(xiàn)階段,電力設(shè)施的維修與檢測通常通過定時試驗和維修的方式,能夠在一定程度上改進和克服設(shè)備的絕大多數(shù)問題。 但這些定時的預(yù)測試和維修的方式并不會直觀反映運行設(shè)備的詳細信息和設(shè)備的實際工作狀況,也就無法及時預(yù)測意外故障[4]。 當(dāng)前,由于電力系統(tǒng)經(jīng)營的規(guī)模越來越大,人們對電能的需求也越來越高,因此原來的維護方式難以適應(yīng)將來的需求。為適應(yīng)未來的需要,電力設(shè)備應(yīng)采用更先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和故障診斷技術(shù)來監(jiān)控電力設(shè)備的在線狀況,比如采用變壓器設(shè)備、母線、電容器、避雷裝置等以及開展設(shè)備的突然故障告警,從而達到有效監(jiān)控的目的。

4.2 變電站檢查管理

在現(xiàn)階段,一般變電站檢測方法仍采用基于自動記錄系統(tǒng)的檢測方式。 但此類型的檢查方法主要有3點弊端:(1)消息和數(shù)據(jù)的自動錄入方式極易錯誤,而且缺乏能夠反映電氣設(shè)備細節(jié)問題的圖片等材料。(2)難以查詢記錄,這也將會阻礙有關(guān)的責(zé)任人及其他維護人有效共享個人信息。 (3)缺少有效監(jiān)管。 由于主觀或客觀的原因,存在沒有檢查或無法有效完成檢查等問題[5]。

基于此,由于目前大部分變電站均采取人工檢測模式,所以很難完成從人工檢測到無人看守的轉(zhuǎn)換,需研發(fā)出從人工檢測到無人看守的轉(zhuǎn)變流程。 將RFID標(biāo)志和移動端口部分裝配在電氣設(shè)備上,相關(guān)檢測設(shè)備的位置信息也能夠透過手持終端進行查詢。 同時,RFID 的通信距離也能夠使檢查人員能夠迅速到達相關(guān)區(qū)域并完成檢測。

首先,訪問檢查任務(wù)和手持終端設(shè)備需注冊記錄。其次,依次進行檢查任務(wù)。 在整個檢測過程中,通過手持終端設(shè)備記錄和拍攝的圖片為檢查憑證[6],并實時上傳。 最后,當(dāng)檢查流程完成時,將手持式設(shè)備放置回原先的檢查地點,并證明檢測工作已經(jīng)完成。 在自查流程中,手持終端設(shè)備將提醒下一次的檢測位置和項目,但一旦在特定路徑上錯過檢測,將進行錯誤提示。

5 結(jié)語

變電站身為動力系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,其長期穩(wěn)定的運營環(huán)境和安全管理將對整個動力系統(tǒng)和供電企業(yè)產(chǎn)生很大的影響。 通過建議和措施,提供了變電站物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的4 層應(yīng)用框架體系。 其中,設(shè)備分層主要是用來解決通信連接中的設(shè)備異構(gòu)性提問。 而數(shù)據(jù)分層則成為設(shè)備數(shù)據(jù)集中的消息預(yù)處理中樞,便于資源共享和提升信息系統(tǒng)效率。 設(shè)備狀態(tài)檢測不僅能夠增強供電的安全性,利用設(shè)備在線檢測實時捕捉異常消息,還能夠及時預(yù)測供電設(shè)施的工作狀況,做好設(shè)備狀態(tài)保護,防止設(shè)備發(fā)生故障。 在減少經(jīng)濟損失的同時,設(shè)備在線數(shù)據(jù)分析也比較客觀,大大減少設(shè)備因為窗口期而喪失關(guān)鍵參考數(shù)據(jù)信息的可能性。 在檢驗方面,它不但可以降低對傳統(tǒng)手工錄入數(shù)據(jù)信息的二次處理操作量,降低人為錯誤的發(fā)生率,還能夠提高對檢驗結(jié)果的客觀支持材料質(zhì)量,有利于標(biāo)準(zhǔn)化檢驗管理,減少漏檢。