电力变压器用电子标签的选型与应用研究

赵水忠 王 伟 姜达利 徐荣伟

1 背景介绍

近年来，我国经济社会发展进入新常态，经济增速从高速增长转向中高速增长，经济发展方式从规模速度型粗放增长转向创新效率与质量集约增长，经济结构从增量扩张转向调整存量、做优增量并存，经济发展动力从传统增长动能转向新的增长动能。我国产业结构调整、增长动能转换对用电需求造成了深远影响，也给电力企业带来了更大的考验[1]，即作为设备资产密集型企业应如何持续提升运营服务水平，以保障设备的安全稳定运行。

在以数字化、网络化和智能化为特征的全球信息化背景下，RFID技术在物流、资产、食品、服装、交通、制造等领域拥有良好的应用效果和前景，有效提升了各行各业的精益化管理水平，但在电力物资管理领域，尚未得到成熟应用。电力设备的高效率、低故障运行是电力生产的关键，而对电力物资进行精益化管理则是保障电力设备高效率、低故障运行的前提。在现阶段的电力企业管理信息系统中，设备的管理涉及多个部门，电力物资的信息分散在多个独立的系统中，各系统的物资编码规则不同，数据无法共享；也存在同一数据多处录入的情况，人为增加工作量，也造成了信息的二义性和数据冗余；同时，用户在宏观上不能较为全面地了解物资信息[2]。基于RFID技术的电子标签技术能够实现物资身份标识和快速目标识别功能，该工具是否适合用于电力物资管理？是否能够作为贯通各系统的信息载体？是否具备技术与经济可行性？本文将以电力变压器用电子标签的选型与应用为例进行论述。

2 RFID技术介绍

2.1 RFID

射频识别（RFID）是一种无线通信技术，可以通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。RFID由读写器与电子标签两部分组成，由读写器向电子标签发射一定频率的无线电波能量，用以驱动电子标签内部电路传送存储信息，此时读写器便接收此存储信息。也有标签本身拥有电源，可以主动发出无线电波[3]。

2.2 读写器

读写器是由天线、耦合元件、芯片组成，读取（有时还可以写入）标签信息的设备，可设计为手持式RFID读写器或固定式读写器。

2.3 电子标签

电子标签由天线、耦合元件及芯片组成，每个标签具有唯一的电子编码，附着在物体上标识目标对象。

电子标签分为低频电子标签、高频电子标签、超高频电子标签。低频和高频标签存储容量较小，数据保密性高，读写距离小于1m，每次只能读取一个标签，但能避免误读其他标签，只能用于适合低速、近距离识别。超高频标签存储容量较大，数据保密性高，可长距离批量读取，但易误读相邻标签[4]。各频段标签特点如表1所示。

电子标签按供电方式分为无源标签、有源标签和半有源标签三种。无源标签内部没有电池，工作能量靠读写器发射的无线电波能量来提供，具有免维护、重量轻、体积小、寿命长、成本低的特点。

有源电子标签通过标签内部的电池来供电，不需要读写器提供能量来启动，标签可主动发射电磁信号，识别距离较长，通常可达几十米甚至上百米，缺点是成本高、寿命有限，而且不易做成薄卡。

半有源电子标签内有电池，但电池只为标签内部电路供电，并不主动发射信号，其能量传递方式与无源系统类似，因此，其工作寿命一般长于有源系统标签[5]。

表1 各种电子标签比较

3 电力变压器特性

电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一，是一种用来变换电压、电流或阻抗的电气部件，是电力系统中输配电力的主要设备，具有单位价值高、使用周期长、使用环境复杂的特点，属于广泛应用的电力物资。电力变压器按结构可分为配电变压器、箱式变压器和高压、超高压电力变压器，配电变压器又分为油浸式配电变压器和干式变压器。电力变压器可分为35kV及以下（配电变压器）、110kV、220kV、330kV和500kV高压、超高压变压器[6]。电力变压器的特性如表2所示。

表2 电力变压器特性

4 电子标签在电力变压器管理中的业务场景

结合电力变压器全生命周期管理的业务流程，从物资的采购、合同签订到生产制造、运输、仓储、运维，对电子标签的应用场景进行设计，大体如表3所示[7]。

表3 电子标签在电力变压器中的智能化业务场景

5 电子标签选型方案

在分析变压器全生命周期管理的特点和应用场景的基础上，结合电子标签技术，以安全性、适用性、可靠性、经济性、可扩展性和可维护性为原则，对电子标签从技术可行性、经济可行性方面进行测试和选型论证。

5.1 技术可行性

在满足安全识别和经久耐用要求的前提下，无源超高频电子标签具有较好的技术可行性，具体分析如表4所示。

表4 技术可行性介绍

5.2 经济可行性

无源超高频电子标签相较于条形码成本较高，但满足电力变压器标识的识别距离要求，且无电池免维护性价比较高。具体分析如表5所示。

表5 经济可行性介绍

6 电子标签试验方案

电力变压器用电子标签需要满足电力变压器贮存、运输和运行中的可靠和安全运行要求。

在表6中的试验项目中，通过实验室试验，使用天线端口传导功率为29.15dBm、天线增益为2dBi的读写器，电子标签应能满足识别距离大于6m的要求[10]。

7 试点应用

电子标签在生产时安装在电力变压器上，经过运输、仓储、安装等环节后，成功部署在浙江丽水洋浩变电站和屏都变电站。在变电站投运后的长时间运维中，电子标签经过了室外自然环境下的高温、低温、雷电、雨雪、盐雾等恶劣天气，性能和功能都满足需求，外观无变化，达到了应用要求。

8 结语

通过对电子标签方案的反复测试与论证，综合考虑技术可行性与经济可行性，国网浙江省电力公司采用了无源超高频电子标签的方案，该方案为电力变压器的全生命周期管理提供了较为合适的标识载体，经过一年多的运行，基于电子标签技术的变压器全流程管理，贯通了生产、运行和检修各业务系统环节，运行可靠安全，有效提升了公司的精益化管理能力，为RFID技术在物资管理中的应用打下了良好基础。后续将结合业务改进和管理的需求，积极对其他物资的电子标签加以研究论证，不断提升电力物资管理的科技水平。

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