将物联网技术引入特高压工程管理

王振明，国家电网公司交流建设分公司专责。

董玉震，锡盟—泰州±800kV特高压直流工程天津直流线路业主项目部常务副经理。

宋华松，淮南—南京—上海1000kV特高压交流工程安徽线路业主项目部副经理。

未来几年我国将建设9条特高压输电通道以防治雾霾，在特高压电网大规模建设时期，将物联网技术应用到特高压的工程建设管理现场，必将成为重要的发展方向。

现在物联网已经在特高压输变电工程建设管理中得到应用，但由于工程建设现场的特殊性，物联网的应用只能提供数据报送等辅助性功能，不能实现建设现场信息的实时在线监控和形象展示。随着我国特高压电网的大规模建设，未来几年我国将建设9条特高压输电通道以防治雾霾，特高压变电站工程建设数量将达到20余个，特高压线路达数千公里。在特高压电网大规模建设时期，特高压的建设管理亟需物联网技术的支撑管理。

认识物联网技术

物联网（Internet of Things，IOT）是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。物联网是使物品之间产生不经人类干预的信息传递与控制，从而实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

通过各种有线和无线网络与互联网融合，将物体的信息实时准确地传递出去。在物联网上的传感器定时采集的信息需要通过网络传输，由于其数量极其庞大，形成了海量信息，物联网一般为无线网，由于每个物体或人周围的设备可以达到1000～5000个，所以物联网可能要包含500兆至1000兆个物体。

物联网的三个层次

物联网可分为三层：感知层、网络层和应用层。

感知层是物联网的皮肤和五官，识别物体，采集信息。感知层包括二维码标签和识读器，RFID标签和读写器、摄像头、GPS、传感器、中段、传感器网络等，主要是识别物体，采集信息，与人体结构中皮肤和五官的作用相似。

网络层是物联网的神经中枢和大脑，传递和处理信息。网络层包括通信与互联网的融合网络、网络管理中心、信息中心和智能处理中心等。网络层将感知层获取的信息进行传递和处理，类似于人体结构中的神经中枢和大脑。

应用层是物联网的“社会分工”与行业需求结合，实现广泛智能化。应用层是物联网与行业专业技术的深度融合，与行业需求结合，实现行业智能化，这类似于人的社会分工，最终构成人类社会。

物联网是互联网的应用拓展，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心是物联网发展的灵魂，被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。置身信息化革命的浪潮，物联网技术是信息技术移动泛在化的一个具体应用。

图1 物联网的三个层次

物联网的三个层次如图1所示。

物联网技术在特高压工程项目的应用构想

在特高压输变电工程中，一般情况下工程线路距离在几百千米到上千千米不等，尤其在特高压变电工程系统复杂，人员、机械、设备繁多，特高压线路工程上每级铁塔最少几十吨，多则几百吨，1000kV交流同塔双回线路平均高度超过100米。针对距离远，人员、机械、设备众多，工程量大，施工现场危险点多等特点，对于特高压现场的管理提出了很高的要求，因此引入物联网技术对特高压工程管理有积极的意义。根据特高压工程的实际情况将物联网技术应用分为现场管理和决策管理。将特高压工程分解为若干个工程单元，每个施工单元中分为人机管理、设备管理、安全管理、质量管理等各个应用单元（见图2）。决策管理为分层决策，包括每个施工单元和整个工程的决策。

人机管理

运用RFID进行人员、机械跟踪管理，人员无需排队靠近记录点，上百人同时快速进入施工现场也能正确记录。系统自动记录人员进出施工现场的时间，并自动统计生成每日报表、每月报表等，为现场人员管理提供基础信息，并且可以实时监测现场人员情况。

管理者可以利用此数据库实现更好地监督管理和现场调度，从而保证工地施工的安全性。传输到服务器的信息数据，可以利用统计分析功能实现每个工作人员设备接触的记录查看，对于违规操作的数据将呈现红色预警状态。通过规定时间内工作人员个人和全体违规操作的比例查看，管理者可以依据此比例实现管理强度和力度的有效控制，使现场的安全隐患降到最低值。若有事故发生，该功能也会为事故责任追溯提供有说服力的数据依据。

在施工现场重要设备上安装标签，在设备管理系统中可录入安装设备型号、运行编号等相关信息，在设备安装过程中进行监控。通过这种方式可以实现设备安装施工状态采集，在重要节点进行管理，降低各阶段存在的安全隐患。在现场重要施工设备均要安装RFID标签，在系统中录入基本信息，比如某吊车在何时进行年检，牵张设备是否已进行安全检测等信息，系统将进行提示。

设备管理

在特高压变电站有近千台设备，特别是一次主设备有上百个附件，通过在设备上安装RFID标签、GPS进行管理，冲撞记录仪装进行管理，全程监测运输、安装等状态，如变压器、高抗等注油设备，可以通过加装温度传感器等方法，对安装过程进行全程实时监控，以确保安装质量。

安全管理

特高压变电站工程中有很多危险等级较高的作业项目，在确定工作风险等级后，通过系统可以及时了解高危作业区域人员、施工设备状态。特别是在组塔作业工作中，可以有效区分高空作业和地面作业的作业区域。通过在系统中融入LEC安全风险评价方法定义及计算方法数学模型，以自动算出风险等级，建立风险等级作业台账，依据工程整体进度，提示各项安全检查和措施落实，加强施工过程安全控制是保障工程本质安全的最为有效的方法。通过系统可及时了解事故发生前现场人员总数、分布区域、人员的基本情况和人员最后接触的设备等。在事故发生后可通过运动轨迹，判断事故人员，以便及时搜救和处理事故。

进度管理

特高压线路施工放线时在牵引导线的走板上加装RFID标签，可以实现对整个放线过程和进度进行有效监控。通过在塔基下、杆塔上及输电线路上安装地埋振动传感器、距离传感器等装置可以采集传输线路环节的状态信息，从而实现对线路施工进度的状态信息进行在线监测。

决策管理

（1）决策支持。建立数据分析系统可为每个施工单元与整个工程及时提供实时监测信息，利用大数据分析的方法，与历史及类似工程对比信息及多项分析指标所需数据，为指挥决策提供重要数据支撑。如现场特高压线路工程的不同的施工单元进度偏差巨大，这时将要利用大数据结合现场实际情况进行分析，寻找解决办法。

（2）远程调度。根据物联网技术提供的各项数据，通过物联网的通讯系统实现现场人机材的调度，特别是线路工程，点与点之间距离较远，这样可以通过各项数据选取最佳方案，从而节省人力、物力、财力。

图2 特高压工程分解图

（3）责任追溯。对于施工现场的安全、质量监管和生产管理提供实时准确的信息，实现事故责任追溯的有力数据支撑。如某施工单元出现安全问题，可以找到事故现场的所有人员，通过物联网采集的人员、机械、设备等数据进行追溯。

发展展望

物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业中，具体地说，就是把物联网感应器嵌入和装备到特高压电网建设中的各个元素，然后将“物联网”与现有的互联网整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络中，存在能力超级强大的中心计算机群，能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实时进行管理和控制，在此基础上，人类可以实现无所不在的计算和网络，以更加精细和动态的方式管理生产和生活，管理特高压工程，达到“智慧”状态，提高资源利用效率和生产力水平，改善人与自然间的关系。

在施工过程中，精细化管理涉及建设过程的每一个环节。通过物联网技术实时监测全建设过程，采集生产过程中的所有数据，并对人员、机械、设备、安全、质量进行管控，让整个施工现场完全透明化，为建设方营造一个快速响应、有弹性的精细化制造管理平台。

通过物联网技术的深入应用，塑造新的工程管理模式，可以实现资源的优化配置，保证施工安全，提高施工质量，降低工程投资。