周仲強，李夢宇，韓銘雪，劉學(xué)超，張云鵬

（國網(wǎng)臨沂供電公司，山東 臨沂 273300）

0 引 言

變電站運行狀態(tài)監(jiān)測是其工作中不可缺少的一環(huán)[1]。通過自動化手段，在變電站的主要設(shè)備和關(guān)鍵部位布置大量的傳感器、信號采集器以及攝像頭等數(shù)據(jù)采集設(shè)備，采集與變電站運行狀態(tài)相關(guān)的信息。通過電力通信網(wǎng)絡(luò)將采集的信息傳遞到站控中心和遠端的調(diào)度中心，運用無人機遠程監(jiān)測變電站的運行環(huán)境[2]。目前，控制中心和遠端調(diào)度中心已配備變電站運行狀態(tài)分析軟件，可以實時分析變電站的運行狀態(tài)，根據(jù)運行狀態(tài)分析的結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的預(yù)警、調(diào)控等指令，并通過電力通信網(wǎng)絡(luò)將調(diào)控指令傳遞給變電站的智能開關(guān)和各類控制設(shè)備。同時，通過自動化運維，降低人工操作的風(fēng)險。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變電站運行環(huán)境實時監(jiān)測

1.1 采集變電站環(huán)境運行狀態(tài)數(shù)據(jù)

在監(jiān)測變電站運行環(huán)境時，需要獲取精準的溫度、濕度、水位以及油位等信息。利用基于射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）的具有短距離通信功能的智能器件進行信息采集，實時捕獲監(jiān)測對象的相關(guān)狀態(tài)指標數(shù)據(jù)。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集端的短距離通信特性，巡檢人員配備的智能手持終端可以在一定范圍內(nèi)直接讀取標簽信息。此外，采用窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠提高信道利用率，通過基站與互聯(lián)網(wǎng)相連，進一步擴大網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，在變電站運行時可以采集到更多的信息。

變電站運行環(huán)境監(jiān)測還需要從前置機中獲取變電站環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)。前置機包含多種類型的設(shè)備，如聲音采集前置機、圖像采集前置機、環(huán)境溫濕度采集前置機、油位水位采集前置機以及風(fēng)量采集前置機等。這些前置機通過通信網(wǎng)絡(luò)將采集的環(huán)境信息傳輸?shù)阶冸娬经h(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。由于采集的數(shù)據(jù)種類和類型存在較大的差異，變電站環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)需要對這些環(huán)境量進行相應(yīng)的處理，以便后續(xù)的存儲和分析[3]。

在采集溫度、濕度等數(shù)據(jù)時，以微控制單元（Microcontroller Unit，MCU）等嵌入式芯片作為核心，接收高精密的傳感芯片所采集的控制柜內(nèi)和柜外的溫度、空氣濕度等信息。MCU 微處理器將溫度、濕度等信息以數(shù)字量的形式進行濾波、剔除干擾數(shù)據(jù)等處理，然后通過網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將環(huán)境信息實時傳送到變電站控制中心[4]。通過計算得到溫度、濕度變化率，實現(xiàn)變電站控制柜的溫度與濕度調(diào)節(jié)。

1.2 建立變電站環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫

采集完變電站環(huán)境運行狀態(tài)數(shù)據(jù)后，需要結(jié)合數(shù)據(jù)庫軟件建立變電站環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)庫。采用經(jīng)典的SQL Serve 數(shù)據(jù)庫，其具有較好的兼容性。設(shè)計原理是根據(jù)變電站環(huán)境監(jiān)控自動化的使用需求，分配對應(yīng)的設(shè)計權(quán)限。為減少數(shù)據(jù)使用的交叉和混亂，避免使用權(quán)限過大的管理人員進行數(shù)據(jù)庫設(shè)計，根據(jù)各個具體數(shù)據(jù)庫的屬性，分配對應(yīng)的權(quán)限限制在該數(shù)據(jù)庫的開發(fā)中。在開發(fā)數(shù)據(jù)庫時，設(shè)計人員應(yīng)該在開始階段就設(shè)計好相應(yīng)的存儲空間，避免后期設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)存儲空間不足而需要擴展的情況。如果需要對數(shù)據(jù)庫進行修改，應(yīng)使用標準的數(shù)據(jù)庫查詢語言的統(tǒng)一接口進行修改，避免隨意修改導(dǎo)致后續(xù)設(shè)計混亂。在數(shù)據(jù)傳輸方面，采用IEC61850 標準，以實現(xiàn)變電站的數(shù)據(jù)通信。搭建環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫基本架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫架構(gòu)

1.3 實現(xiàn)實時監(jiān)測報警

利用環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫獲取變電站相關(guān)指標數(shù)據(jù)后，與預(yù)先構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫進行對比，實時確定當前的環(huán)境狀態(tài)。將物聯(lián)網(wǎng)采集的數(shù)據(jù)實時轉(zhuǎn)換為監(jiān)測數(shù)據(jù)，然后利用監(jiān)測數(shù)據(jù)庫分析變電站實時采集的各種環(huán)境參數(shù)，并通過這些環(huán)境參數(shù)來評估變電站及其設(shè)備的運行狀態(tài)。一旦分析出變電站及其設(shè)備的運行狀態(tài)出現(xiàn)異常情況，就需要及時通過報警模塊發(fā)出預(yù)警[5]。

由于變電站環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)主要是溫度、濕度以及水位等較為簡單的數(shù)據(jù)，文章采用閾值評定法來進行變電站環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的預(yù)警。當采集的變電站環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)超出合理的閾值范圍時，變電站進行環(huán)境監(jiān)測過程中將發(fā)出預(yù)警。根據(jù)變電站環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)超出閾值的程度，系統(tǒng)會進行相應(yīng)程度的預(yù)警。超出閾值的程度越大，預(yù)警的嚴重程度也越大。根據(jù)系統(tǒng)告警的嚴重程度，由運行管理人員完成對報警信息的處理。

2 實驗論證分析

為了實時有效地調(diào)節(jié)現(xiàn)場環(huán)境并最大限度保障設(shè)備運行的穩(wěn)定性，需要在現(xiàn)場環(huán)境中布設(shè)多個傳感器末端，以全面保障變壓器的平穩(wěn)運行過程。具體而言，需要布置2 個油溫傳感器、1 個溶解氣體傳感器以及2 個繞組式溫度傳感器，還要為當?shù)胤烹娺^程和放電區(qū)域預(yù)留實驗口。此外，被屏蔽電流傳感器需采用避雷器作為基本使用單元進行全面配置，至少配置1 個。所有變壓器都需要至少配備1 臺在線監(jiān)測設(shè)備，避雷器的配置應(yīng)與電壓等級相結(jié)合，同時全面配置智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device，IED），并就地布置在線監(jiān)測IED?；贗EC61850 標準，開展在線數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析，對IED 數(shù)值信號進行檢測，確保變電站與監(jiān)測站之間信息交流與數(shù)據(jù)溝通的完整功能。

為了驗證文章所設(shè)計的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變電站運行環(huán)境實時監(jiān)測方法（以下簡稱本文監(jiān)測方法）的有效性，采用文獻[2]提出的基于無人機的變電站運行環(huán)境監(jiān)測方法（以下簡稱文獻[2]監(jiān)測方法）進行對比測試。將監(jiān)測延時作為評價指標，延時越短，表明對應(yīng)監(jiān)測方法的應(yīng)用效果越好。具體結(jié)果如表1所示。

表1 不同方法的測試延時對比 單位：ms

由表1 可知，在不同的時間，這2 種方法的監(jiān)測效果存在明顯的差異。在文獻[2]監(jiān)測方法的測試結(jié)果中，延時表現(xiàn)出明顯的波動性。其中，延時的最小值為143.3 ms，最大值為150.0 ms，表明該監(jiān)測方法的精度仍需進一步改善。相比之下，在本文監(jiān)測方法的測試結(jié)果中，不同時間的監(jiān)測結(jié)果波動較小，具有較高的穩(wěn)定性，延時較短，最大延時僅為144.6 ms，監(jiān)測結(jié)果誤差較小。文章設(shè)計的方法可以實現(xiàn)對變電站運行環(huán)境的實時監(jiān)測，具有良好的實際應(yīng)用價值。

3 結(jié) 論

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在變電站中的廣泛應(yīng)用為我國變電站的運行工作提供了有力的技術(shù)保障。該技術(shù)能夠針對目前變電站中的系統(tǒng)運行異常進行精確定位和反饋管理，避免內(nèi)部出現(xiàn)問題的范圍進一步擴大。基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變電站運行環(huán)境實時監(jiān)測方法能夠?qū)ψ冸娬具\行環(huán)境和運行狀態(tài)進行全面監(jiān)測，為變電系統(tǒng)的安全運行提供保障，具有廣闊的應(yīng)用前景。