物联网技术环境下输变电设备管理分析

山西兆丰铝电有限责任公司 张彦生 杜兆慧

在现阶段输变电设备管理中仍存在诸多问题对电力系统的运行安全性、稳定性存在影响。因输变电设备管理工作的复杂性、繁琐性，单一通过人工方式无法实现维修工作高质开展，需要积极应用物联网技术实现电网智能化建设。物联网技术起源自传媒领域，是信息科技第三次革命产物。物联网技术指的是应用传感设备，按照约定协议实现网络和物理物体的连接，通过信息传播实现信息的交换与通信，实现智能定位、识别、监管、跟踪等功能。其应用包括内在传感器、监控系统、智能设施、数控系统、工业系统、移动终端等和外在如具备无线终端车辆、具有FRID 贴条物品等。

相比于传统互联网物联网具有极大优势：物联网为感知技术应用，在物联网的上部设置大量传感器，各个传感器都属于信息员，通过对不同的信息进行收集并通过网络层进行信息数据的实时性传播，实现数据的持续监测和更新；物联网是建立在互联网技术的一种新技术，其基础与核心仍为互联网，通过无线或有线融合互联网将物理物体信息实时传输。在物联网中传感器所收集的信息需过网络进行实时性的传输，同时因为数据信息繁多，在进行传输时为确保传输信息及时性、准确性，需适用各种协议和异构网络；物联网不只是提供传感器间的互相连接，同时其自身具有智能处理能力，可对物理物体进行智能控制。物联网技术与智能处理相互融合应用，通过模式识别、云计算等智能计划拓展应用领域，在海量数据中发掘、分析有价值数据，满足不同需求。

1 输变电设备管理现状

输变电设备属于电力系统中重要组成部分，其运行质量对电力系统正常运行起到直接影响。现阶段随着管理意识不断深入，我国多数电力企业对于输变电设备管理工作的开展力度逐渐提升，但在实际的输变电设备管理中仍存在诸多问题亟待解决。

首先，现阶段我国部分地区开展输变电设备开展停电计划、年度维修计划的安排和平衡还在参与人工的方式。随着电力系统建设规模不断扩大，其中所应用的先进技术和先进设备也逐渐增多，制定与平衡生产计划也逐渐繁琐、复杂。通过人工方式不仅导致输变电设备检查维修工作超过预期时间，同时因人力精力有限，在繁多的检修工作中很容易出现疏漏情况，导致输变电设备检修管理工作质量不佳，部分存在安全隐患的设备没有及时处理，对电力系统输变电设备正常运行造成影响，甚至可能导致电网出现重大安全事故。同时不同上级部门对下属单位所提要求也不统一，导致下属部门需进行反复的格式转换，耗费大量时间[1]。另外月度、季度、年度生产会议的开展并没有综合性信息系统作为支持，存在数十个基建工程、市政工程、抢修、计划检修、技改等工作同时开展，各部门相关人员只能按照所掌握信息汇报情况，无法精确掌握实际信息。

其次，检修工作月度检修计划具有较强的指导性。对于季度、年度检修计划的制定无法有效避开重要政治活动而对月度检修计划的制定可以有效避开，但对演唱会、运动比赛、工程剪彩等需确保供电活动，政府部门无法提前得知相关信息，造成月度检修工作的开展随之发生变化，无法自源头开展刚性管理。同时，因基建项目的开展受到政策处理不定因素的影响，需调整施工计划，部分和基建项目相配合的检修项目也需作出调整，对各项工作的顺利开展造成影响。

最后，检修工作效率较低，同时安全风险逐渐提升。按照输变电设备检修管理导则，变电站按照检修周期开展检修工作，因变电站中一期、二期设备无法进行同步检修，在检修时存在部分设备带电。110kV 变电站若没有进行全停方式开展集中的检修，将会出现以下风险：检修过程中可能发生人员误入带电间隔而发生触电情况；当输变电设备处于恶劣运行状况时，可能发生避雷器、互感器爆炸情况，对参与输变电设备检修管理人员生命安全造成危害；因为保护装置设计有联切回路，保护传动可能导致运行设备发生误跳闸情况。另外，非全停模式下开展输变电设备检修工作会造成变电站的操作量大，开展安全措施消耗时间增加，检修工作延迟情况，对电网输变电设备的可靠性、安全性造成影响。同时调度工作的开展需安排防全停工作，调整电网运行状态存在困难和一定的安全风险。

2 物联网技术环境下输变电设备管理

2.1 输变电设备管理物联网架构

物联网技术在输变电设备管理中应用能实现设备运行状态实时监测与全寿命周期的自动化、智能化管理。对于物联网架构的建设包括感知层、网络层、应用层。其中感知层包括传感器网关、传感器网络、M2M 终端、传感器、摄像头、读写器、RFID 标签以及二维码标签。感知层分为通信延伸子层和感知控制子层。控制子层的主要作用是对物理世界加以感知识别，延伸子层是通过物理实体将应用层和网络层加以连接的延伸网络或通信模块。在智能电网中通过控制子层能对各个环节的微环境、非电气量、电气量等信息进行采集，之后将延伸子层连接至网络层。

网络层由核心网和接入网构成，主要作用是控制、路由、传递感知层和应用层之间的信息。因为智能电网中信息传递需确保足够的安全性、及时性、可靠性，物联网信息传递、控制主要依赖电力通信网，在特殊条件和条件不足情况下可使用公网，但需做好安全防护；应用层指的是将智能电网需求和物联网技术相互结合，从而实现电网系统智能化建设。应用层建设能实现智能电网信息技术和电网深度融合，对电网未来发展起到重要影响。应用层主要在于信息化中，能满足电网系统各个环节需求，实现智能交流、精确供电以及互补供电[2]，有效提升能源应用的安全性和利用率，缩减用电成本。

现阶段在电网系统中已应用物联网技术，有效推动智能电网的建设。各科研单位将物联网理念应用至输变电设备中，逐步开展传感、通信、评估可靠性、状态监测、全周期管理等相关研究。通过应用物联网技术能对输变电设备运行状态加以实时性的监测，当输变电设备出现运行故障时，通过运行参数信息收集能及时发现具体哪一设备出现故障，不仅减少检修管理人员工作量，同时为输变电设备、电力系统的稳定运行提供技术保障。

2.2 输变电设备状态监测

输变电设备状态监测主要包括两方面：

输电设备运行状态监测。输电设备运行状态监测物联网感知层主要位于重要设备的上部、输电线路、杆塔等部位设置多种类型的传感器，通过应用相关装置对输电线里运行状态情况加以实时性监测，获取相关信息，之后通过网络将信息传输至数据中心。现阶段输电线路在线监测实现了线路故障监测和定位、微气象监测、振动监测、风偏监测、弧垂监测、舞动监测、覆冰监测、温度监测等，不同监测工作的开展需多种传感器互相配合工作，评析综合信息。输电线路中感知层主要问题为供电问题，现阶段主要是通过太阳能方式进行供电。在输电设备监测中应用层包括监测平台和辅助系统，在早期监测系统平台主要是相关建设厂商提供，之后为实现监测平台建设的契合性、合理性，多电网公司自行开发监测平台。当前监测平台能实现数据收集、存储、显示及简单的分析，在数据挖掘、智能分析、可视化建设方面还较薄弱，需相关企业加强研究，实现输电设备监测高度智能化。

变电设备运行状态监测。变电站属于电力系统中极为重要的组成部门，在变电设备监测中对于物联网技术的应用需按照实际情况进行，确保符合智能化建设原则和基本要求。在变电设备运行状态监测中，感知层通过使用各种类型的传感器获取环境动力、容性设备、GIS 设备、变电器运行信息数据，变压器运行状态监测模式包括振动波谱、侵入波、油中微水、绕组变形、局部放电等监测模式。GIS设备监测方式包括机械特性、泄漏气体、局部放电等监测方式。容性设备主要包括高压套管、互感器、电容器等[3]，现阶段对于容性设备状态监测需解决湿度变化、温度变化、零件零漂、谐波干扰、频率波动等因素的影响，确保监测可靠性、稳定性。对于网络层的建设主要为站内通信网络，通信协议需遵循IEC61850有关规范。另外随着传感系统多样化发展，对于无线网络的应用逐渐多样，需规范通信协议、通信接口，共享无线资源。

2.3 输变电设备全寿命周期管理

输变电设备全寿命周期管理指的是由资产长期效益角度出发，全面考虑资产规划、建设、运行、维护、报废等全过程。在满足效能、效益的基础上降低全寿命周期成本。输变电设备全寿命周期管理是成本管理、效能管理、安全管理的有机结合。通过物联网技术，没使用传感器对输变电设备运行状态加以全面的监测，和设备的属性加以关联，对设备的状态和预估寿命加以评估，有效提升设备诊断、评估准确性和实时性，有助于制造、安装、运维以及报废等阶段制定科学的管理内容。

3 结语

在输变电设备管理中通过应用物联网技术能实现对相关设备运行状态实时监测，实时性收集设备运行状态信息，通过信息分析发现电力系统中存在的安全风险和设备故障，确保维修管理工作的及时开展，为电力系统的平稳运行提供技术支持。现阶段在输变电设备管理中对于物联网技术的应用还存在一定缺陷，需相关电力企业加以研发，实现电力系统的高度智能。