一种基于物联网的配电网电缆监测方法的研究

王吉友　付维峰　范继伟　李鑫　王蒙

摘 要：配电专业由于网络复杂多变，同时大量采用地埋、管沟的电缆敷设方式，监测手段匮乏，截止目前基本还没有一套完整的针对电缆的监测系统，仍然采用一些带电检测手段监测设备的健康状态。该文提出基于物联网的配电网电缆监测及监控方法研究，发挥物联网技术在复杂配电网环境下的末端信息获取能力，充分融合异构信息，为配电网安全稳定运行提供更多有效信息，开展更多业务应用，为电力企业安全生产提供有力信息支撑。

关键词：物联网 RFID 在线监测 GIS

中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）01（b）-0103-02

随着电网规划的逐步推进，配电网大量采用地埋和管沟方式布设，由于特殊的敷设方式及环境因素，对于电缆的监测及监控手段受到一定程度的制约，随着运行时间的推移，电缆接头由于工艺质量、自然老化、受潮等因素存在一定安全隐患，一旦出现故障将导致电缆烧毁，其覆盖地域面临断电风险，由于社会对供电安全高度敏感，所以必须采取有效措施，实时监测在运行电缆时的工作状态，提前预判故障，确保电缆安全运行。

1 配网电缆监测面临的主要问题

电力系统由输变配三大供电环节组成，国网公司于2010年开始进行了输变电专业的状态在线监测实施，截止2013年底，各网省公司基本实现了项目的上线运行，通过与PMS等系统的集成，基本上解决了输变电设备运行状态的实时监测和故障预警的问题。配电专业由于网络复杂多变，同时大量采用地埋、管沟的电缆敷设方式，监测手段匮乏，截止目前基本还没有一套完整的针对电缆的监测系统，仍然采用一些带电检测手段监测设备的健康状态，如，红外测温、局放测试、环流监测等；也会结合状态检修计划，做一些停电检测项目，如，震荡波局放、接地系统检查、外护套绝缘检测等。有部分区域虽然在一些高电压等级的电缆线路、通道上，逐步加装在线监测装置，如，光纤测温、水位、气体、非法进入、接地环流超限定值等，但由于缺少统一的管理和数据共享机制，难免形成了监测信息的孤立和应用的局限性，无法系统化地对电缆监测进行全面管理和提升，无法形成完整、统一的设备运行状态全局描述和资源信息库，无法将离散的设备状态信息资源按状态监测的角度进行深度整合、分析和应用。综上所述，关于电缆监测目前存在人工定期检测作业方式，效率低、人力成本过高，存在监测不全面、不及时。人工监测方式存在监测不到位、不完整的问题，下埋设备无法直接进行监测。部分加装监测装置的线路，由于缺少统一的规划，造成了信息的孤岛、信息应用不全面、数据价值无法有效体现。

2 系统解决方案

应用系统由“感知层”“数据传输层”“应用层”组成，监测应用实现思路图见图1。

感知层设备主要包括现场各种无线传感器节点，这些传感器不依赖外部供电，仅从环境或自备一次长寿命电池完成长时间（5～10年）信息采集任务，主要可以完成配网设备的工作温度、电压、电流、振动等信息的采集，同时还采集了配网工作的环境参数：环境温湿度、水浸、水位等信息。感知层设备采集的信息采用统一的格式化数据传输到汇聚节点，这些格式化信息由其所属单个传感器自有的传感器信息模型定义，应用根据每个传感器的信息模型对格式化数据进行解析，得到可用的现场实时信息。

传输层设备由汇聚节点（无线数据传输基站）和汇聚控制器组成，汇聚节点负责各传感器节点的入网管理、网络维护、路由查找、传感器信息解密与再加密和格式化数据传输任务，汇聚控制器负责各汇聚节点的接入、汇聚信息解密、非格式化数据传感器信息接入（个性化定制协议栈）与格式化转换，并完成传感器信息模型到IEC61850信息模型的转换与重定义、重建模。汇聚网关将获得的传感器信息归一化为IEC61850信息模型，将这些信息加密后发送到应用层存储服务器。

应用层设备主要包括存储服务器、应用服务器。存储服务器解密接收到的汇聚控制器的信息，應用IEC61850信息模型解析这些信息，并按IEC61850信息格式统一存储。通过与电力系统的其他管理系统集成，提供信息展示应用。

3 监测信息的接入方式

通过安全接入平台，在无线数据传输基站加装安全加密芯片，适用于省公司层面统一建设，部署结构图见图2。

采用安全接入平台的部署方案，在感知层及应用层与上面介绍的“通过安全隔离装置”的部署方案原理相同，传输层未使用安全隔离装置，通过在无线数据传输基站上加装安全加密芯片，通过虚拟的公网VPN通道直接接入电力系统的安全接入平台，将采集数据传输至内网环境的主站存储服务器。

4 系统平台的应用功能

4.1 告警信息监视与处理

对于异常告警的监测信息，系统进行故障段的精准定位，通过监视屏幕视窗提醒或响铃告警、与短信平台接入通过短信提醒相关人员，系统提供异常信息及处理结果的记录功能并进行存储，作为运行巡视、检测、检修、大修的依据。

4.2 监测信息组合监视

主要提供状态监视的灵活组合功能，可以对多个设备、多个监测类型进行多维度自有组合，在一个监视界面上显示跨监测点、跨监测类型的多种信息，为用户在不同应用场景下提供更有针对性的状态监视功能。如，监视施工区域的电缆、监视保电区域的电缆、监视刚刚投运的电缆、监视水灾地震等特殊区域的电缆；对于高温天气可重点监视设备的温度属性等。

4.3 设备监测信息综合展示

可以在GIS地图上，通过点选具体设备（电缆段、中间接头、终端头、电缆分支箱、接地箱、交叉互联箱等）进行定位，以组态图、表格等方式展示电缆单体设备的状态监测详细信息，可以将状态监测信息与PMS中的其他生产类信息（台账信息、缺陷信息、故障信息、检修信息等）组合展示给用户，同时提供针对单体设备的状态评价、诊断等功能。

4.4 监测信息综合展示

通过GIS的集成，依托GIS图形，以“业务主题”的方式从宏观上展示整个电网电缆设备的状态监测情况。可以按监测类型进行分层展示，对于状态异常的电缆段可以通过高亮、冒泡提醒或者铃声提醒的方式进行告警。

4.5 监测报表

此类应用提供常规的状态监测报表功能，包括监测装置的故障率统计报表、误报率统计报表、覆盖率统报表以及状态告警分布和处理情况统计报表等，提供报表的导出与打印功能。

5 结语

通过监测系统实现对设备监测、评估、诊断、事故预警及辅助决策等的智能化管理，以信息化、自动化、互动化、可视化的智能技术保证设备运行的安全性和可靠性，从而适应统一加强智能电网发展的需求，为社会提供更加优质电源。

参考文献

[1] 陈海滢，郭佳肃.物联网应用启示录——行业分析与案例实践[M].北京：机械工业出版社，2011.

[2] 刘建明，李祥珍.物联网与智能电网[M].北京：电子工业出版社，2012.

[3] 杨猛.基于物联网的智能用电服务系统研究[D].华北电力大学，2013.

[4] 王玉峰.基于物联网的智能电网传感节点的研究[D].南京航空航天大学，2012.

[5] 张鸿涛.物联网关键技术及系统应用[M].北京：机械工业出版社，2011.