物联网在配电设备巡查及状态监测中的应用

张 红，谭万禹，片兆宇，张凤晓

（1.长春工程学院电气与信息工程学院；2.配电自动化高校研究中心，长春130012；3.长春工程技术学院，长春130117）

近年来，随着电网的逐渐扩容及能源格局的变化，人们逐渐重新定位电网，电网也存在前所未有的机遇与挑战。国家电网公司于2009年8月启动智能电网建设第一阶段工作，包括电网智能化规划编制、智能电网技术标准体系研究与制定、国家风电和太阳能等专题研究。2010年政府工作报告明确提出要“加强智能电网建设”，智能电网已经得到政府的高度重视和全社会的关注［1］。国家工业和信息化部于2012年2月14日在其网站发布了《物联网“十二五”发展规划》，到2015年，中国要在核心技术研发与产业化、关键标准研究与制定、产业链条建立与完善、重大应用示范与推广等方面取得显著成效，物联网在物流、医疗、环保等领域已经得到应用，在电力行业，远程抄表、输变电监测等方面正在逐步应用。本文是物联网在配电的设备巡查中的应用，采用射频识别、传感器技术和无线网络等物联网技术，实现配电设备的巡查管理及设备状态评估管理。

1 物联网与智能电网的定义

智能电网是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术和自动控制技术与能源电力技术以及电网基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。在智能电网中实现对电力信息全局信息的获取，以坚强、可靠的物理电网和信息交互诊断和优化，为电力运行和管理人员展示全面、完整和精细的电网运行状态图，并提供决策支持、控制实施方案。

智能电网具有可观测性、可控制性、实时分析决策 、自适应和自愈等特点［2］。

物联网技术是利用RFID技术、EPC标准、无线数据通信技术等，构造了一个实现全球物品信息实时共享的实物互联网。物联网通过射频识别、传感器、全球定位系统、激光扫描器等前端信息采集系统，采集各种需要的数据信息，再通过电信网、互联网等把数据传到云计算的中心进行处理，最后，根据对信息的分析、处理结果再对前端进行智能化的控制。物联网具有连通性、信息采集、信息传输技术等特点［3］。

2 物联网在配电设备巡查中的应用

配电设备关系千家万户的供电，长期暴露于大自然中，由于雷击、强风、污秽等外力侵害，送变电公司对线路进行定期巡视，掌握线路的运行状况，根据状况发现配电设备的缺陷上报，并做出检修计划。在巡查过程中，往往有巡查不到位的现象。物联网时代的到来加快了电力系统信息化的速度，提高了配电设备巡查的自动化程度。建立基于RFID技术的资产管理系统，为每个配电设备贴上RFID标签，对资产设备进行查询、盘点、维修、报废等工作。此巡检系统包括上位机及移动终端两部分，上位机包括整个系统主要由基本信息、设备资料管理、巡检管理、设备状态评估、缺陷管理、系统管理部分，移动终端包括数据采集设备、巡检应用终端等，实现对日常线路的管理。上位机巡检管理分配检查任务及巡检线路的计划安排，巡检终端首先接受上位机巡检任务安排，巡检终端利用GPS卫星定位技术定位，对巡检人员的行动轨迹进行追踪、巡查的进度实时跟踪，对配电设备缺陷进行统计，发现异常后及时上报并对巡检线路的情况利用手动录入及时回传。

3 配电设备的状态监测

近年来，配电网逐渐扩容，配电设备数量大、分布广。由于巡检人员较少等问题，一般都采用春检及秋检定期巡检的方式获取配电设备缺陷的主要信息。由于信息少，出现事故较多，国家电网安全运行分析报告，每年由于自身故障及自然灾害的影响占全年事故的一半。配电设备运行关系电网的安全运行。

根据国家电网公司《配网设备状态检修试验规程》规定，主要对以下设备内容巡检：架空线路、柱上真空开关、柱上SF6开关、跌落式熔断器、金属氧化物避雷器、电容器、电压计量箱、开关柜、电缆分支箱，配电设备按照重要性及分布范围，巡检周期一般按照市区线路一个月，郊区及农村一个季度市区线路［4］。架空线路巡检项目和配电变压器巡检项目分别如表1和表2所示。

表1 架空线路巡检项目

表2 配电变压器巡检项目

在配电线路中，以配电变压器为例，市区线路1个月巡检1次，郊区及农村配电室、箱式变电站1个季度巡检1次，负荷测试中重要变压器1～3个月1次，一般变压器3～6个月巡检1次。以变压器为例，每年对变压器例行预放性试验，分别对绕组及套管绝缘电阻测试、绕组直流电阻测试、非电量保护装置绝缘电阻测试、绝缘油耐压测试、接地电阻测试、运行工况、历史工况等信息完成变压器的安全性监测和巡检。融合设备的预防性试验数据及历史数据，在线监测的数据机离线监测数据、历史数据等反应变压器的运行状态的特征量，通过智能优化算法，历史数据进行训练，并对设备的运行状况进行诊断及评估［4］。根据配网设备的重要性、用户供电可靠性的不同要求，以安全、可靠性、环境、成本为基础，通过设备状态评价、风险评估、检修决策，达到设备运行安全可靠，加强设备的运行、维护和试验工作，分别制定特别重要设备、重要设备、一般设备的状态检修策略；分为A类检修、B类检修、C类检修、D类检修、E类检修［5］。适时做好配网设备的检修工作，做到“应修必修，修必修好”。确保配网设备健康，减少重复停电，提高用户供电可靠性。

4 配电设备状态监控的物联网体系架构

配电设备的监控体系的建立是物联网实现的首要问题，也是智能电网很重要的部分，配电网位于电网的末端，它与物联网的感知层一致位于低端，具有广阔的开发空间。物联网可分为3个层次：智能感知层、数据通信层和信息应用层3个层次［6］，如图1所示。

图1 配电设备状态监控的物联网基本架构

4.1 智能感知层

智能感知层位于物联网的底端，是实现物联网全面感知的基础，其主要识别技术包括射频识别（RFID）技术、二维码、条形码、无线感知网络等感知模块，主要解决的问题是感知和识别物理，采集和捕获物品的信息，具备更敏感、更全面的感知能力，解决低功耗、小型化、低成本的问题。在配电设备及状态监控中，对配电设备、杆塔上安装RFID标签，记录其信息，包括编号，建成时间、日常维护、修理过程及次数，此外还可以记录杆塔相关地理位置和经纬坐标，以便构建基于GIS的电力网分布图。根据基于GIS的电力网分布图来查看设备、杆塔分布，以便快速确定问题杆塔的地理位置，为巡检人员提供有效的标示信息。

4.2 数据通信层

数据通信层主要任务是将感知层采集的信息准确无误地传输到信息应用层，信息应用层对信息管理进行分析，并做出状态评估，传输层主要采取无线宽带网、移动3G、GSM等无线网络为主要的通信设备，通过各种通信网络与互联网的融合，将物体接入信息网络，随时随地进行可靠的信息交互和共享。将巡检设备的状态信息如变压器的油温、油枕的位置，杆塔的信息等通过GPRS上传到上位机。

4.3 信息应用层

信息应用层对下位机传输的数据进行数据挖掘，分类分析决策，实现电网数据信息的整合分析处理，通过各种智能计算技术，对获取的海量数据信息进行分析和处理，从而实现智能化决策和控制。实现电网智能化的水平逐步提高。

智能电网应用层是将物联网技术与智能电网的需求相结合，实现电网智能化应用的解决方案。信息应用层的关键在信息化的过程中，能满足电网系统的各个环节，进行智能交流，实现精确供电。

5 结语

物联网技术应用在智能电网建设是必然趋势，物联网应用在配电设备巡查及状态监测，提高智能电网的信息化水平、自动化水平。无量网的应用层实现信息技术与智能电网的深度融合，整合电力资产提高了电能的传输率及使用效率，降低了事故率，提高了工作效率。随着智能电网和物联网技术的不断融合和渗透，必将促进智能电网的建设。

［1］刘振亚.智能电网知识读本［M］.北京：中国电力出版社，2010：16－10.

［2］李乃湖，倪以信，孙舒捷，等.智能电网及其关键技术综述［J］.南方电网技术，2010，4（3）：1－7.

［3］饶威，丁坚勇，李锐.物联网技术在智能电网中的应用［J］.华中电力，2011（2）：1－5.

［4］戴文，阮羚，丁坚勇，等.物联网技术在智能电网输变电设备在线监测中的应用 ［J］.湖北电力，2013，37（3）：8－10.

［5］Q／GDW 643—2011配电网设备状态检修试验规程［S］.北京：中国电力出版社，2011.

［6］曹一家，何杰，黄小庆，等.物联网技术在输变电设备状态监测中的应用［J］.电力科学与技术学报，2012，27（3）：16－20.