基于标准化物联网智能传感器的变电站状态感知系统

云南电网有限责任公司昆明供电局 张克宇

随着我国电力事业的发展，传统的变电运检模式主要运用设备自动技术达到运检目的，但随着部分企业的战略目标提升，传统的变电运检模式已无法满足企业的发展，虽然能够降低人工成本、提高企业经济效益，但其弊端也逐渐明显，状态感知体系不完善、技术标准不统一、业务融合度不够。这就导致在传统的变电运检模式下，容易出现装置运行不稳定，导致设备管理不能达到智能化、信息化、精益化[1]。

一旦运检模式出现问题，由于检测过程较为复杂繁琐并依旧需要人工进行排查，一旦遭遇恶劣天气，不仅对运检工作造成极大的困难、降低运检效率，对运检人员的生命也存在极大的威胁。对于这一现状，要发展新型变电运检模式，对物联网技术进行研究，将智能传感器运用到变电站中，对变电站中的变压器、组合电器、开关柜等设备进行检测，建造更为智能、高效以及安全的运检系统。

1 系统技术路线

一般变电站是按照互动感知、开放互联、融合分析三项原则，通过对变压器、组合电器、开关柜等设备的控制，根据国家电网有限公司发布的《输变电设备物联网建设方案》，搭建感知层、传输层、平台层以及应用层四大变电站智能运维辅助系统网络结构，从而建立智能物联网变电站系统，全面提高变电站的运检效率[2]。

1.1 感知层

由麦克风、人体传感器、声控传感器、灯控传感器等各种传感装置组成，主要目的是感知设备外的实时状态，并对信号进行识别捕捉，是物联网接受信息的重要接入口。目前最主要的方式是通过EPC技术及RFID技术完成对信息的采集以及自动化识别。感知层在整个运检模式中尤为重要，需有较强的灵敏度，在运检模式中对不同传感器以及采集装置进行控制，从而能及时获得物体在不同环境下存在的行为特征以及相关数据[3]。为确保感知层的数据真实可靠且具有时效性，在捕捉到信息后，感知层再通过光线通信以及无线传感器将数据进行传递，保证信息传递效率。

在变电站感知层中，主要包括微功耗无线传感器、低功耗无线传感器、传统有线传感器、其他智能辅助传感器[4]。图1中接入节点的作用是整个变电站感应层中无线感应器网络中的控制中心，主要任务是对所有节点以及感应器中所接收到的数据进行收集和管理，并在终端配置智能计算功能，通过多通道数据同步计算等方法整理数据，再由接入节点连接的光纤、VPN等通讯手法对数据进行传输至电网管理平台。

图1 变电站组网方案

微功耗无线传感器。具有对各种传感器信号采样处理功能，可用一个模块同时在线采集包括温度、湿度、压力、电流、电压、开关、频率等多种混合参数，并无线发送至收发器；可接受并处理来自收发器的控制输出信号；短距离间歇收发数据可使用电池作为工作电源等特点[5]。在变电站中微功耗无线传感器通过微功率无线网接入，主要检测变电站中的温度、湿度以及频率等，再将所有数据汇聚起来并接入到节点。

低功耗传感器。主要接收具有连续传输信息，比如局部超声波、局部特高频率、漏电电流等变电站运检信息，对于这些需采用低功耗无线传感器与接入口连接感应支持节点组网协议，或通过一个或多个节点汇聚所有信息，再接入控制器与网络层对接。

有线传感器。是最可靠的系统之一，因为它们直接将传感器链接到接收输入的设备。这意味着有线传感器也是最耐用的系统，不需要经常更换。在该变电站系统中主要应用于避雷器泄露电流等地方，将智能电子设备与汇聚节点进行连接，并将汇聚节点与无线传感器网络进行连接或直接连入端点；其他智能辅助传感器主要针对于摄像头、大型机器、环境监测等传感器，这类传感器可直接通过智能节点与端点进行连接。

1.2 传输层

最主要的作用是传递与辅助控制，对感知层中所采集传递来的信息，通过电力光纤、VPN、无线宽带以及电力线载波通信等通信和相关网络设备等方式进行数据传输，并将数据发送至平台层，通过设备接入完成数据传送与转接。其主要目的是保证信息的安全性与准确性。传输层还可辅助应用层对数据提前做一步筛选与分析管理工作[6]。该步骤主要依托于传输层具有接入网和核心网两个层面，该层面能为电网系统与物联网之间提供联系，物联网在电网系统传输层的辅助下，可更好的传输控制信息，使物联网技术在通信网络的作用下能够高速的运作，保证其应用质量。

1.3 平台层

将接收到的数据进行整理分析，并将最后的结果放入数据库中，该技能主要依托于平台层具有的物联网设备管理、边缘计算配置、物联网数据存储这三大基本功能[7]。物联网设备管理是对物联网中感应传输数据的传感器以及相应网络节点进行管理调控，接收通讯网络所承载的数据，并对数据进行管理调控[8]。再利用边缘计算配置对接收的数据进行计算、清洗、分配，再将整理好的数据进行分析整理，再将最后的数据储存在物联网数据中。在这一过程中，平台层能够具有较强的弹性扩展应用功能，可大量接收物联网数据传输与接入，在此平台上实现数据感知、分析计算、管理存储，最后将数据进行传送分享功能。

1.4 应用层

在应用层分为基础设备和应用设施，基础设备主要是为物联网技术提供信息处理以及计算支持，应用设施主要是通过对智能计算、模式识别的应用与干预，对平台层所传输的数据进行处理计算。并与各个应用管理系统连接建立联系，对平台层所传输储存的数据进行分析和管理，将整合后的数据呈现在终端，完成变电站设备各项数据的实时分析与推送[9]。

图2 输变电设备物联网系统架构

2 应用场景

220kV变电站建造物联网生态系统建设，着重建造物联网感知层，主要针对于变电站中的变压器、组合电器、开关柜等设备，全面部署物联网传感器，其中包括温度、湿度、振动频率、超声波、局部漏电放电等多个微功耗无线传感器、低功耗无线传感器、传统有线传感器、其他智能辅助传感器，并建立接入汇聚节点形成组网。汇聚节点和接入节点通过接入管理各类信息，并对数据进行计算控制[10]。再由接入节点通过通讯网络技术如VPN、电力光纤等方式传输，保证信息数据的安全性及准确性，将信息数据传输至平台层，在平台层对数据进行计算分配管理，再由平台层将数据传输至电网智能运检系统中，对最后的数据进行展示和分析，确保变电站能够稳定运行，从而实现变电站运检系统的智能化。

对变电站进行物联网智能传感器的部署中，通过对电力系统以及设备、整体变电站运营环境状态监测可看出，通过对温度、湿度等各种传感器进行检测可实时监控变电站内的生态环境，感知变电站状态，对变电站内出现的异常能够及时预警，并在应用层能直接对变电站状况进行三维展示，更好地诊断管理分析变电站设备运行状况。

综上，电网作为我国最重要的技术之一，将物联网和电网进行结合是目前主要发展趋势，物联网可通过各种信息传感器准确捕捉采集各种信息，并将所有信息进行汇总，再与互联网相结合，实现在任何时间、空间、地点，信息都能够互相连通，形成巨大的信息网络，有利于对人或事物进行识别、定位、跟踪。而电网主要是利用物联网这一性能，为电网提供一个具有扩展性、适宜性的网络架构，推动电网逐渐向智能化、信息化、综合化方向不断发展。