基于智慧物联体系的变电站防汛智能监控系统

国网河南省电力公司济源供电公司 马文宣 郑城市 曹红霞

目前变电站的防汛方式大多采用传统人工方式进行防汛，采用沙袋、挡板、潜水泵等简单的防汛设备，在气象部门预报可能发生汛情时提前放置好沙袋、挡板，阻挡雨水流入如变电所或配电室等重要房间，并在发生汛情时值班观察集水井内的积水，在水位到达一定高度时使用潜水泵将集水井内的积水排出。作为变电站内一项关键的基础设施，排水泵的运行可靠性对于保障变电站安全工作显得至关重要。但长久以来变电站污水泵房的信息化建设和智能化建设都比较迟滞，排水泵电机使用环境恶劣，电机软启动柜缺少及时的运维。个别情况下存在运维之后塑壳开关忘记合闸的可能性，这种可能性假如发生在暴雨季节，会对变电站设施造成不可估量的损失。

1 智慧物联体系

智慧物联体系主要包括物联管理平台、边缘物联代理和各类型终端标准化接入。通过智慧物联体系建设，推动电网公司各类终端统一接入、边缘智能和共享共用。智慧物联体系实现基础数据采集与规范，为“数据一个源”提供保障，为综合能源服务与新业态提供数据支持。对下统筹输变电、配电网、客户侧和供应链等领域泛在物联和深度感知需求，实现统一物联管理和终端标准化接入，对上为企业中台提供开放、标准的服务，形成跨专业数据共享共用的生态，充分发挥数据资产价值[1]。

智慧物联体系通过在变电站、配电站房、台区、输电线路、工业用户等场所部署边缘物联代理设备，实现传感设备（端）标准化接入与数据汇集，实现区域协同管理和边缘智能；基于设备运行的各类APP应用实现远程配置更新和在线监视，降低运维成本。建设两级物联管理平台实现各类终端的远程维护、统一管理和应用扩展，满足各专业应用随需迭代；实现采集数据的集中校验与汇聚转发，为企业中台和各类业务应用提供标准化数据保障。

智慧物联体系总体架构遵循“精准感知，边缘智能，统一物联，开放共享”的技术原则，通过物联管理平台和边缘物联代理等平台以及设备标准化接入各类采集终端，实现业务融合贯通[2]：精准感知。结合实际业务需求、投资规模、建设区域特点等因素，因地制宜部署感知设备，按需实现电源侧、电网侧、用户侧、供应链等领域的准确、实时感知，支撑构建电力数字孪生；边缘智能。边缘侧通过边缘计算、人工智能技术提供就地智能化分析、处理能力，支撑区域自治与云边协同。基于统一的边缘计算框架实现跨专业数据共享和业务流程贯通；统一物联。建立统一的物联管理平台，实现设备管理、应用管理、物联模型与物联标识等一体化管理，支持智能终端直接接入、边缘设备汇聚接入、业务系统接入等多元化接入；开放共享。支撑跨专业、内外部资源共享共用，基于统一的物联模型、接口规范和APP应用商店，构建数据安全、接入安全、交互安全及本体安全的物联安全防护体系，打造开放合作、共建共享、安全可控的国网智慧物联应用生态和产业生态。

2 系统组成（对应智慧物联体系对每一部分做原理介绍）

系统采用物联网云边端三层结构，项目遵循“精准感知，边缘智能，统一物联，开放共享”的智慧物联体系技术原则，运用物联管理平台以及边端设备标准化接入采集终端，实现基于智慧物联体系的变电站防汛在线监测业务。

变电站防汛智能管理装置实时采集排水泵电参数和传感器的蓄水池内水位，将数据通过标准协议传输到边缘融合终端，通过RS485连接排水泵驱动器，Modbus协议控制排水泵的开关状态。变电站防汛智能管理装置同时支持通过管理平台远程升级程序、配置参数等功能，实现一次防汛设备自检功能，缩短防汛的反应时间，保障电网安全可靠运行。

边缘融合终端上行通过MQTT协议与平台进行交互，下行通过Modbus协议与变电站防汛智能管理装置交互[3]，边缘融合终端启动时，由物联管理平台将物模型下载边缘融合终端中，边缘融合终端对采集的终端数据进行解析，并基于物联终端模型对采集数据进行过滤、校验和标准化处置，边缘融合终端采集APP采用json文本和脚本语言相结合的实现方式，在不进行二次调试的前提下，满足支持ModBus规约的遥测和遥信量的采集、解析和入库。边缘融合终端将分析计算的变电站的防汛状态通过电力VPN专网传输到物联管理平台。

物联管理平台侧制订变电站防汛智能监测装置和排水泵联控设备执行下发控制策略方案，当检测到排水井存在积水大于设定水位阈值时远程控制排水泵打开，开展排水泵等辅助控制设备与变电站防汛智能监测装置的配合执行策略调试，提高设备自动化水平[4]。通过沟内部署的无线水位传感器实现变电站的汛情监测，并将数据通过lora传输至装置终端，变电站防汛智能监测装置通过数据处理系统计算处理，如发现电缆沟内水位告警，一方面主动上报后台主站，另一方面下达排水指令联动排水装置进行排水，变电站防汛智能监测装置同时实时采集排水状态数据。

3 应用成效

通过智慧物联管理体系建设实现排水泵的运行状态评价和故障诊断，指导运维人员第一时间对故障消缺，提升变电站运行可靠性[5]。

系统建设。系统主要由数据采集、实时数据展示、报警提示以及数据汇总等模块组成。通过变电站防汛智能监测装置采集排水泵状态和水位数据，当数据出现阈值告警时，并可以自动控制相关设备进行智能调节或发送报警信息；数据采集内容。数据采集包括排水泵电参数和排水井水位，排水泵电参数判断排水泵是否工作正常，及时通知运维人员检修，根据电气量判断排水泵工作状态，结合蓄水池内水位变化情况实现排水泵的运行状态评价和故障诊断，指导运维人员第一时间对故障消缺，提升变电站运行可靠性。

阈值报警。当出现被监控点数据异常时可自动发出报警信号，可设定各监控点位的水位报警阈值。通过软件系统报警方式上传报警信息，及时通知值班工作人员。可通过系统设置参数的上下阈值，当水位参数超出预设的范围时通过系统做出报警提示。系统允许用户制定自定义的数据范围，超出范围的错误情况会在系统中进行标注以达到报警目的；数据查询。可查看智能变电站的实时防汛监测数据信息，包括智能变电站位置水位情况，也可通过选择智能变电站的位置、采集设备号等进行数据查询筛选。

统计汇总。主要把数据采集模块采集的数据按照设定的频率存储到数据中心，为以后的定量定性分析提供依据。通过实时数据汇总模块提供历史数据的统计分析等报表服务[6]。汇总统计为用户通过环境信息得到相关参数提供了方便，用户可对所要实现自动控制的参数（水位，水浸）进行设置和完成参数的获取，即时了解智能变电站中的防汛情况，以数字、图形等方式进行实时显示和记录存储监测信息，系统可在线实时24小时不间断的采集和记录智能变电站内的水位，水浸、排水泵等各项参数情况。显示、记录各监测点的水位，水浸、排水泵值和曲线变化，统计温湿度数据的历史数据、最大值、最小值及平均值，累积数据，报警画面，用户可随时打印指定时间段的数据及运行报告。

综上，通过国网济源供电公司的基于智慧物联体系的变电站防汛智能监测装置研究和应用，实现了变电站水位感知设备和控制终端的统一接入智慧物联管理平台的管理，解决了智慧物联体系下变电站智能防汛接入难的难题，提升了济源变电站防汛能力，实现一次防汛设备自检功能，缩短了防汛的反应时间，保障电网安全可靠运行，本项目以基于智慧物联体系的变电站防汛为核心，探索了智慧物联体系建设的变电站防汛系统研究和应用，结合硬件模块化和软件组态化的先进设计理念，为智慧物联体系建设提供了典型建设方案，进一步加快物联智慧体系建设。