韓歡慶

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：近年來(lái)，社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展速度不斷提升，對電力能源的需求大幅增加，為保障變電站等電力設備合理發(fā)揮功能，保障供電安全性和穩定性，應當加強對電力設備的監測和管理。而電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是現代一種安全工器具的管理方法，為有效實(shí)現電力設備的在線(xiàn)監測，應積極開(kāi)展探究，基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)把握電力設備在線(xiàn)監測方法要點(diǎn)，分析在變電站設備狀態(tài)監測以及巡檢管理中的具體應用，旨在進(jìn)一步促進(jìn)電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)電力設備在線(xiàn)監測的合理實(shí)現，保證電力系統健康、平穩地運行。

關(guān)鍵詞：電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；電力設備；在線(xiàn)監測；具體應用

0引言

基于當前我國電力系統逐漸趨向智能化方向發(fā)展，變電站設備在運行中將會(huì )出現大量的運行數據，通過(guò)采集和分析電力設備狀態(tài)數據，能夠有效預測故障風(fēng)險，大限度地保障電力設備工作的穩定和安全。而為實(shí)現對電力設備的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監控，應借助現代科學(xué)技術(shù)。電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是在計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎上發(fā)展而來(lái)的一種新型手段，通過(guò)對物體進(jìn)行定位跟蹤、實(shí)時(shí)監控和管理，有助于將現實(shí)實(shí)際與網(wǎng)絡(luò )空間實(shí)時(shí)連接，形成相對完整的網(wǎng)絡(luò )，可提高電力設備在線(xiàn)監測的準確性和可靠性，為電力系統整體運作提供良好保障。

1常見(jiàn)電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

現階段，在電力行業(yè)內，對電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用逐漸深化，較為常用的技術(shù)主要包括智能傳感器技術(shù)、標識編碼技術(shù)以及通信電源技術(shù)等。

智能傳感器技術(shù)是指在物聯(lián)網(wǎng)架構體系的底層部分，用于識別物體并感知其狀態(tài)。由于智能變電站具有較為復雜的電磁環(huán)境，測量對象和參數種類(lèi)多，對測量精度要求較高，所以，在應用該項技術(shù)時(shí)，往往需要安裝具備強抗干擾能力的傳感器。目前，智能傳感器逐漸趨向集成化和小型化，通過(guò)減小體積來(lái)降低運行功耗，可延長(cháng)無(wú)線(xiàn)傳感器的使用壽命，在未來(lái)發(fā)展前景較為廣闊。

標識編碼技術(shù)主要是利用射頻識別技術(shù)，改善以往條形碼標識易損壞、編碼差異大等缺陷。通過(guò)利用RFID通信距離實(shí)施定位，有利于加強巡檢管理。在應用過(guò)程中，還需對智能變電站架構進(jìn)行合理劃分，按照變電站的標準編號，有效地對電力設備進(jìn)行間隔編號。

通信電源技術(shù)是為應對智能變電站復雜環(huán)境的一項應用手段。如當前變電站中通信終端數量多、數據傳輸量大，當無(wú)線(xiàn)設備在自組網(wǎng)和匯集節點(diǎn)時(shí)，通過(guò)利用功耗較低的通信設備，適應變電站通信標準，對已有通信接口實(shí)施兼容，即可保證通信功能的正常發(fā)揮。

2基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設備在線(xiàn)監測方法要點(diǎn)

2.1?合理構建通信網(wǎng)絡(luò )拓撲結構

利用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現電力設備在線(xiàn)監測，應當合理構建通信網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。通常情況下，按照變電站電力設備狀態(tài)監測的需求以及物聯(lián)網(wǎng)的應用特點(diǎn)，可設計電力通信設備通信網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，如圖1所示。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效連接電力設備之間的通信，有效進(jìn)行信息傳遞、路由與控制等功能。在該結構中，由傳感器網(wǎng)絡(luò )負責開(kāi)展信息采集，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò )層對實(shí)時(shí)數據的匯總，并連通上下層通信網(wǎng)，后與應用層和感知層進(jìn)行通信。同時(shí)應用層連接網(wǎng)絡(luò )通信功能、感知層借助數據網(wǎng)絡(luò )、光傳輸網(wǎng)絡(luò )實(shí)現信息交換。

不過(guò)，在建立電力設備的通信網(wǎng)絡(luò )時(shí)，由于通信網(wǎng)絡(luò )中的設備數據處理能力和動(dòng)態(tài)性能較差，對于業(yè)務(wù)信道分配不夠精細，二級網(wǎng)絡(luò )信息容易過(guò)濾，同類(lèi)業(yè)務(wù)在不同網(wǎng)段內，很容易將有價(jià)值信息過(guò)濾掉，且三級設備的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議具有復雜化特點(diǎn)、協(xié)議滲透性不強。針對相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)，在構建通信網(wǎng)絡(luò )拓撲結構時(shí)，可采用簡(jiǎn)單可靠的兩層結構，有利于防范因廣播域過(guò)大導致不可控局面。因此，在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，選用環(huán)型拓撲結構，有利于實(shí)現電力設備之間的通信互通。主要是由兩個(gè)集中的節點(diǎn)組成整個(gè)網(wǎng)絡(luò )，其中節點(diǎn)起到控制管理流量的作用，各個(gè)主IED之間的通信，經(jīng)過(guò)節點(diǎn)轉發(fā)。在交換機之間，借助建議裝置的信息流實(shí)現固定方向流動(dòng)，并在兩個(gè)裝置之件設置一個(gè)邏輯鏈接，如物理鏈接發(fā)生失效故障時(shí)，可由交換機RSTP協(xié)議對路徑進(jìn)行重新計算，可滿(mǎn)足電力設備之間的通信需求。

2.2優(yōu)化電力設備在線(xiàn)監測網(wǎng)絡(luò )部署

建立電力設備通信網(wǎng)絡(luò )拓撲結構后，應優(yōu)化在線(xiàn)監測網(wǎng)絡(luò )部署。綜合考慮電磁干擾和電氣設備阻礙等因素對運行環(huán)境產(chǎn)生的影響，需注重防范電力設備監測數據丟失和時(shí)延增加。在技術(shù)實(shí)踐中，可按照網(wǎng)絡(luò )大流劃分環(huán)狀區域，根據電力設備狀態(tài)數據的需求，對監測數據實(shí)施有效融合。如準確計算節點(diǎn)距離因子，均衡網(wǎng)絡(luò )中的耗能，避免因節點(diǎn)距離過(guò)大而導致簇頭不合理，優(yōu)化電力設備在線(xiàn)監測網(wǎng)絡(luò )部署，延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )使用壽命。

2.3實(shí)現電力設備在線(xiàn)監測功能

要想進(jìn)一步提升電力設備在線(xiàn)監測數據質(zhì)量和效果，應當運用異常數據的辨識方法。如引進(jìn)橫向相似性方法進(jìn)行分析，通過(guò)采用相鄰采樣點(diǎn)的負荷變化率作為衡量指標。比如，相鄰時(shí)刻的正常負荷變化率應在某個(gè)范圍之內，如發(fā)現不在正常范圍內，表示存在異常數據點(diǎn)，其算法流程如圖2所示。采集實(shí)時(shí)數據，對采樣點(diǎn)負荷變化率進(jìn)行統計，將其大值和小值作為正常范圍，當數據不在該范圍則可判斷為異常數據點(diǎn)，按照異常點(diǎn)前后數據變化率的均值進(jìn)行修正，有效實(shí)現對電力設備的在線(xiàn)監測。

3電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力設備在線(xiàn)監測中的具體應用

3.1變電站設備狀態(tài)監測

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力設備在線(xiàn)監測中的具體應用，主要表現在變電站設備的狀態(tài)監測方面。即維護人員利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)展定期預試和檢修，采用在線(xiàn)監測技術(shù)對電力設備的缺陷進(jìn)行處理和調整。比如，在定期預試環(huán)節中，對運行設備的各種狀態(tài)實(shí)施監測，及時(shí)發(fā)現可能出現故障問(wèn)題的數據，合理預知風(fēng)險。在當前電力系統規模逐漸擴大的形勢下，為保障電力運行工作的平穩性，借助電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)、標識編碼技術(shù)和通信電源技術(shù)等，改善傳統檢修方法，有效進(jìn)行故障診斷，對變壓器和電容器等電力設備狀態(tài)開(kāi)展的在線(xiàn)監測，有利于提前預判識別突發(fā)性故障，保障電力電網(wǎng)整體運行安全性，達到應修必修目的。在實(shí)踐應用中，其可體現在以下兩個(gè)方面：

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用在狀態(tài)采集層面。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠對電力設備各項運行參數實(shí)施采集，經(jīng)過(guò)智能傳感器模塊對信號實(shí)施轉換，有助于將源頭不同信息，轉換為便于處理的電信號或者光信號。感應模塊中的感應裝置是在線(xiàn)監測系統程序的開(kāi)端，保障其精度得到有效控制。利用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可在狀態(tài)檢修模式下，在感知模塊內安裝無(wú)線(xiàn)故障電流傳感裝置，目的是對現場(chǎng)電流進(jìn)行取樣和分析，判斷電力設備當前電流是否屬于故障電流。

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應用在狀態(tài)監測方面。由于電力設備的各項參數會(huì )隨著(zhù)運行過(guò)程的變化而改變，例如，電壓、電流以及溫濕度等物理量，當設備運行狀態(tài)變化后，利用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對各項參數信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，管理人員可按照參數變化趨勢開(kāi)展分析，評估識別實(shí)際運行狀態(tài)。同時(shí)，在采集參數時(shí)，因為電力設備各項參數的類(lèi)型、輸出信號等存在一定差異，可能會(huì )發(fā)生信號傳輸過(guò)載等情況，阻礙信息處理質(zhì)量。因此，管理人員在完成各類(lèi)型數據采集后，要做好信號源轉換，以發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢，了解電力設備的運行情況，為相關(guān)檢修活動(dòng)提供良好的支持和依據。

3.2變電站巡檢管理

傳統模式下對變電站電力設備的巡檢管理，主要采用手工筆錄方式，其經(jīng)常存在一些誤差，難以真實(shí)、準確地反映設備的詳細缺陷。在新時(shí)代，針對電力設備缺陷的記錄查找和實(shí)施監督，可利用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，改善人工巡檢模式的弊端。如采用編碼標識技術(shù)，對電力設備裝配RFID標簽，利用相應的手持終端即可查看電力設備信息。同時(shí)借助RFID通訊距離的優(yōu)勢，保障工作人員在一定范圍內進(jìn)行巡檢，詳細查找故障隱患。在定期巡檢活動(dòng)中，相關(guān)人員還可使用手持終端對設備進(jìn)行拍照，改進(jìn)單一文字記錄方式，并實(shí)時(shí)將照片上傳到巡檢管理后臺。同時(shí)在巡檢過(guò)程中，手持終端也可提示相應的巡檢地點(diǎn)和項目，避免出現路線(xiàn)漏檢等情況。在具體實(shí)踐中，除RFID技術(shù)外，也可采用激光掃描技術(shù)、紅外線(xiàn)檢測施護等，其應用表現如下。

利用RFID技術(shù)識別電力設備應用狀態(tài)。RFID技術(shù)是電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，其主要原理是運用紅外熱線(xiàn)感應對物體狀態(tài)進(jìn)行識別。在電力設備在線(xiàn)監測中，可對設備原始狀態(tài)實(shí)施掃描檢驗，再利用藍牙傳輸功能，將巡檢的電力設備情況轉化為數據信息，傳輸到計算機自動(dòng)讀寫(xiě)標簽中，形成初步記錄。例如，對輸電線(xiàn)設備進(jìn)行在線(xiàn)監測時(shí)，利用RFID技術(shù)可轉化輸電線(xiàn)操作設備的生產(chǎn)合格標準，輸出巡檢電力設備的佳檢驗標準，確定此次檢驗程序的優(yōu)值，合理判斷電力設備質(zhì)量。

運用激光掃描技術(shù)開(kāi)展電力設備信息數據管理。激光掃描技術(shù)與RFID技術(shù)的原理相近，通過(guò)外部掃描對設備進(jìn)行巡檢，但該技術(shù)可利用超射線(xiàn)光波實(shí)現檢驗。例如，對某電力設備進(jìn)行巡檢時(shí)，借助激光掃描技術(shù)能夠有效克服設備工作環(huán)境中的強電流和強電壓情況，檢驗設備內部系統的運作情況，能夠提升在線(xiàn)監測的安全性和可靠性，保證變電站正常穩定供電傳輸。

紅外線(xiàn)檢測技術(shù)監測電力設備應用情況。紅外線(xiàn)監測技術(shù)主要是針對電力設備在強電壓環(huán)境中的電流、電阻、電壓穩定性的巡檢方法，可在設備應用的狀態(tài)下開(kāi)展外部掃描控制，能夠大幅降低巡檢人員的工作壓力，提高在線(xiàn)監測質(zhì)量，保證電力系統的正常運行。

4基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設備在線(xiàn)監測系統實(shí)例

4.1工程實(shí)例

某電廠(chǎng)總裝機容量為24MW，配備有2臺燃煤鍋爐和2臺12MW非調整抽汽式汽輪機組，隨著(zhù)近年來(lái)不斷發(fā)展，對鍋爐、汽輪機等設備逐漸進(jìn)行更新，并實(shí)現PLC控制模式。當前該火電廠(chǎng)的主要生產(chǎn)裝置基本實(shí)現了集散控制系統的過(guò)程控制。但各系統之間采用獨立運行模式，缺乏有效整合，總體集成度不高。為保障火電廠(chǎng)設備穩定運行和高效控制，亟待建設設備在線(xiàn)監測系統。

4.2電力設備在線(xiàn)監測系統建設思路

進(jìn)入新發(fā)展時(shí)代后，該火電廠(chǎng)引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)設計電力設備在線(xiàn)監測系統。其針對設備管理與安全運行監測系統采用層次化結構，將機爐電、輸煤、化水等設備狀態(tài)在線(xiàn)監測信息的異構數據，經(jīng)采集模塊匯聚和接口機協(xié)議轉換，利用工業(yè)以太專(zhuān)網(wǎng)傳入數據庫。在電廠(chǎng)采集現場(chǎng)實(shí)時(shí)數據的基礎上，可借助物聯(lián)網(wǎng)的數據共享和計算功能等，實(shí)現對電力設備的監測與效能計算，并建立數據中心，能夠實(shí)時(shí)監視并分析設備的生產(chǎn)運行狀態(tài)，為安全生產(chǎn)決策提供支持。

4.3電力設備在線(xiàn)監測系統的實(shí)現

該電廠(chǎng)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立電力設備在線(xiàn)監測系統，為實(shí)現設備管理功能，采用統一編碼體系，以設備臺賬管理作為基礎，按照設備巡檢以及維修管理辦法等，針對設備缺陷以及備品備件等實(shí)施全壽命周期管理。為對生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行在線(xiàn)監測，建立生產(chǎn)運行監測系統，分析機組經(jīng)濟性能和能耗等，并按照班值開(kāi)展機組運行動(dòng)態(tài)考核，根據生產(chǎn)過(guò)程的變化，自行調整機組分配負荷，合理指導生產(chǎn)。通過(guò)利用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構建完善的電力設備在線(xiàn)監測系統，實(shí)現一次投資完成現有信息化系統整合，并通過(guò)設備監測改善鍋爐運行效率、降低污染排放，實(shí)現經(jīng)濟效益與社會(huì )效益的統一。

5Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數據中臺，建立統一的上下行數據標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供能源物聯(lián)網(wǎng)數據服務(wù)的平臺。用戶(hù)僅需購買(mǎi)安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務(wù)。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、電能質(zhì)量分析、用電管理、預付費管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報警和記錄、運維管理等功能，并支持多平臺、多語(yǔ)言、多終端數據訪(fǎng)問(wèn)。

（2）應用場(chǎng)所

本平臺適用于公寓出租戶(hù)、連鎖小超市、小型工廠(chǎng)、樓管系統集成商、小型物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業(yè)能耗、智能燈塔、電力運維等領(lǐng)域。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

電力集抄

電力集抄模塊可以實(shí)現對各種監測數據的查詢(xún)、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環(huán)境友好。在智能化方面實(shí)現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進(jìn)行綜合檢測和統一管理；在數據資源管理方面，可以顯示或查詢(xún)供配電室內各設備運行（包括歷史和實(shí)時(shí)參數，并根據實(shí)際情況進(jìn)行日報、月報和年報查詢(xún)或打印，提高工作效率，節約人力資源。

變壓器監控

配電圖

能耗分析

能耗分析模塊采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)，實(shí)現從能源數據采集、過(guò)程監控、能源介質(zhì)消耗分析、能耗管理等全過(guò)程的自動(dòng)化、科學(xué)化管理，使能源管理、能源生產(chǎn)以及使用的全過(guò)程有機結合起來(lái)，運用數據處理與分析技術(shù)，進(jìn)行離線(xiàn)生產(chǎn)分析與管理，實(shí)現全廠(chǎng)能源系統的統一調度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)量、降低能源消耗，達到節能降耗和提升整體能源管理水平的目的。

能耗概況

預付費管理

1）登陸管理：管理操作員賬戶(hù)及權限分配，查看系統日志等功能；

2）系統配置：對建筑、通訊管理機、儀表及默認參數進(jìn)行配置；

3）用戶(hù)管理：對商鋪用戶(hù)執行開(kāi)戶(hù)、銷(xiāo)戶(hù)、遠程分合閘、批量操作及記錄查詢(xún)等操作；

4）售電管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售電、退電、沖正及記錄查詢(xún)等操作；

5）售水管理：對已開(kāi)戶(hù)的表進(jìn)行遠程售水、退水、記錄查詢(xún)等操作；

6）報表：提供售電、售水財務(wù)報表、用能報表、報警報表等查詢(xún)，本系統所有的報表及記錄查詢(xún)，都支持excel格式導出。

預付費看板

充電樁管理

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對接入系統的充電樁站點(diǎn)和各個(gè)充電樁進(jìn)行不間斷地數據采集和監控，同時(shí)對各類(lèi)故障如充電機過(guò)溫保護、充電機輸入輸出過(guò)壓、欠壓、絕緣檢測故障等一系列故障進(jìn)行預警。云平臺包含了充電收費和充電樁運營(yíng)的所有功能，包括城市級大屏、交易管理、財務(wù)管理、變壓器監控、運營(yíng)分析、基礎數據管理等功能。

充電樁看板

智能照明

智能照明通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對安裝在城市各區域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進(jìn)行不間斷地數據監測，也可以實(shí)現定時(shí)開(kāi)關(guān)策略配置及后臺遠程管理和移動(dòng)管理等，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平，并達到一定節能減掛的效果。

監控頁(yè)面

安全用電

安全用電采用剩余電流互感器、溫度傳感器、電氣火災探測器，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線(xiàn)溫度、電流和剩余電流）進(jìn)行不間斷的數據跟蹤與統計分析，并將發(fā)現的各種隱患信息及時(shí)推送給企業(yè)管理人員，指導企業(yè)實(shí)現時(shí)間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患，實(shí)現“防患于未然"的目的。

智慧消防

通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。原先針對“九小場(chǎng)所"和?；飞a(chǎn)企業(yè)無(wú)法有效監控的空白，適應于所有公建和民建，實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化"、“智能化"、“系統化"、用電管理“精細化"的實(shí)際需求。

5結論

綜上所述，電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用，能夠提高對電力設備的在線(xiàn)監測效果，保證電力系統安全可靠運行，促進(jìn)電網(wǎng)向前發(fā)展。在實(shí)踐應用期間，技術(shù)人員應當合理構建電力設備通信網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，優(yōu)化通信網(wǎng)絡(luò )部署，實(shí)現在線(xiàn)監測功能。在變電站狀態(tài)監測以及巡檢管理中，電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠發(fā)揮良好優(yōu)勢，實(shí)時(shí)獲取異常信號，預判電力設備的運行狀態(tài)，有效實(shí)施檢修維護，避免設備發(fā)生故障，提高電力系統供電質(zhì)量。

參考文獻

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作者簡(jiǎn)介

韓歡慶，安科瑞電氣股份有限公司，