物联网技术在配电网智能巡检中的应用研究

王大蕾

（江苏联合职业技术学院淮安生物工程分院，江苏淮安，223200）

0 引言

配电网作业状态在很大程度上决定了供电质量，为了尽可能提高供电质量，组织配电网巡检工作显得尤为重要。传统的巡检模式利用人力资源检测配电网设备作业状态，存在工作效率低、误差大、覆盖面不足等问题，缺少统一管理。从当前配电网巡检工作效果来看，获取巡检数据信息不足，未能及时发现设备问题。为了弥补传统巡检模式的不足，配电网领域研究学者提出了智能配电网巡检，该研究思路利用智能化操控技术，取代人工巡检。由于配电网设备分布区较大，数量较多，加大了配电网巡检系统开发难度，当前尚未形成完善的系统设计方案。本研究尝试选取物联网技术作为研究工具，提出配电网智能巡检系统研究。

1 物联网技术及其在电网中的应用

物联网技术在电网中的应用，在配电网作业现场各个设备处安装传感器设备，通过实时监测设备作业状态，对设备运行状态给出正确判断，从而为配电网管理工作开展提供参考依据。一般情况下，此项技术应用下智能电网具备功能如下：

（1）监测电气设备作业状态，包括气压、湿度、温度等指标。

（2）根据采集到的指标数据，判断当前主设备的作业状态，是否达到“健康”标准。

（3）设置监测节点，通过监测各个节点的电气量变化情况，判断电气设备工作状态。

（4）设备检修及人员工作状况跟踪。

（5）用户与电网的网络互动。

2 基于物联网技术的配电网智能巡检系统设计

2.1 系统架构

国家电网科技规划中，提及了配电网智能巡检系统研究，要求创新配电网巡检模式，以智能化操控代替传统人工巡检模式，实现自动化巡检并记录相关数据，通过无线模块传输现场设备作业数据。另外，对于采集到的设备作业状态信息，能够自动完成故障诊断。按照这些系统开发要求，本文选择物联网技术，按照输变电设备运行周期，引入全生命周期管理方法，为设备配备传感器，监测各个阶段运行状态，并将这些信息集中到一起，采用无线通信方式，发送至配电网监控中心，自动生成设备管控命令。

2.2 智能巡检终端设计

2.2.1 智能巡检终端结构设计

配电网设备作业环境较为特殊，需要长期在外部环境中运行，容易受到多种因素干扰，降低设备作业性能。例如，电气、机械等。除此之外，自然环境也会对其作业状态造成一定影响。在这些因素影响下，容易出现设备外观异常，导线温度过高，甚至发生断股现象。配网系统设备同样会受到较大影响，核心设备运行当中产生的电压和电流超出正常作业范围。所以，巡检工作显得尤为重要。本文提出的智能巡检系统终端，针对巡检期间故障多样化特点，设置异构状态信息，将其作为设备故障诊断参考依据，与现场采集信息进行比对，从人机交互模块输出诊断结果。如图1所示为配电网智能巡检结构框图。

图1 配电网智能巡检结构框图

该结构框架加主要由微控制模块、检测模块、图像采集模块、人机交互模块、“GPS+北斗”双模定位模块、通信模块、电源模块、NFC身份识别模块、RFID扫描模块、巡检任务及巡检优化策略接收管理模块组成。其中，检测模块按照功能的不同，又分为5个子模块，分别是地电波局部放电检测模块、超声波局部放电检测模块、紫外局部放电检测模块、红外测温模块、专业传感器采集模块。在微控制模块作用下，对这些功能模块进行有效控制，从而完成电网设备作业状态信息采集，利用通信模块发送信息。为了实现全方位管理，本系统巡检终端增加了“GPS+北斗”双模定位模块，能够有效定位员工位置和故障设备位置，支持数据实时采集和存储，能够有效识别用户身份，从而为系统安全作业提供保障。整个终端由电源模块提供电能，该模块支持户外连续供电。另外，在RFID扫描模块作用下，实现快速读写。

2.2.2 智能终端巡检层次化设计

本系统智能终端巡检主要分为3个层次，分别是应用层、通信层、采集层，结构框架如图2所示。

图2 配电网层次化架构

该架构中，采集层位于架构的最底端，利用智能巡检终端，控制配电设备作业状态，同时建立与配电设备的通信连接，在各个设备上安装传感器等设备，作为信息采集工具。通信层位于架构的中间，以无线网络GPRS/3G/4G/卫星作为通信工具，创建数据采集与交换系统，为数据传输提供有效渠道。目前，5G通信模式在该系统中的应用尚处于研究阶段。应用层位于架构的顶端，主要负责数据的处理和分析，利用多种功能软件，对数据进行处理，从中挖掘一些价值较高的信息，作为配电网设备作业状态判断依据，并生成巡检任务，对巡检优化路径进行优化，以此提高巡检效率和巡检质量。

2.2.3 配电网智能巡检实现步骤

本系统设计方案提及的配电网巡检并未完全脱离人力资源，除了一些传感器监测点以外，还采用人工巡检方式，按照设定路径检查设备作业状态和传感器运行状态。将巡检人员记录的现场信息与传感器采集信息集中到一起，作为配电网设备操控命令下达参考依据，从而充分发挥智能巡检作用。以下为此项功能实现主要步骤：

第一步：巡检任务下发后，需要巡检人员利用数字秘钥，完成系统身份识别。在NFC身份识别对话框中输入正确的用户信息，身份验证通过后，该工作人员可以得到无线通信模块发送来的本次巡检工作任务内容。

第二步：按照下发的巡检任务内容，开始本次巡检工作。在此期间，系统的“GPS+北斗”双模定位功能自动开启，同时利用RFID扫描功能实现快速读写，根据系统定位，结合当前员工所处地理位置，指引员工进入巡检现场，按照指示走完巡检路线，完成一次巡检任务。

第三步：开启图像信息采集装置、专业传感器作业模式，开始采集现场作业设备数字、图像信息，利用信息存储与处理功能模块，对这些信息采取存储管理，根据操控要求，对部分信息采取预处理，使得获取的数据应用价值更高。借助无线通信模块，在应用层和网络层之间建立通信连接，将这些处理后的信息发送至应用层，等待故障诊断。

第四步：数据汇总到应用层后，调用系统数据库开始比对，观察当前信息是否符合已经发生的多种故障，生成设备状态诊断结果。另外，本系统还会生成地理信息，此部分信息将作为下一次巡检路径生成的优化依据。

2.3 智能巡检优化

传统的配电网线路巡检路径根据工作人员的多年工作经验设定，这种巡检路径确定方式缺少科学依据，存在较强的主观性，伴随着较大的设备运行风险。为了弥补传统巡检的不足，本文提出一种智能巡检优化策略。运用数据挖掘技术，对巡检数据进行预处理，获取研究价值更高的数据信息。根据设备作业原理，构建风险评价模型，将数据带入模型中，对设备运行期间伴随的风险大小进行评价。以风险评价作为巡检路径确定依据，以此提高巡检效率。

2.4 系统管控功能模块设计

为了降低配电网现场设备故障发生频率，本系统利用有限的设备运行数据，对设备当前作业状态及故障产生原因进行分析，确定故障产生具体位置，从而为设备故障维修提供可靠信息。其中，关于管控功能的设计，综合运用贝叶斯网络、信息熵理论等多种方法，建立一套支持配电设备故障检测的模型。该模型主要对设备各项指标运行风险进行评价，同时给出故障发生概率评估结果。依据这些评价和评估结果，拟定设备管控方案。

3 系统测试分析

按照系统框架结构设计方案搭建系统硬件设备，2021年4月26日至2021年4月30日组织系统功能测试，以传统巡检方案作为对照组，通过观察测试结果，判断本系统设计方案在巡检路径优化、巡检时效性、故障诊断、信息处理效率、故障定位5个方面是否有所改进。其中，传统巡检方案以多年工作经验为依据，设计巡检路径，现场记录数据，将此部分数据录入计算机后上传，由相应工作人员审核做出判断，给出故障诊断结果。本系统则是采用智能操控模式，根据当前掌握的设备作业数据，判断设备发生故障可能性，自动生成巡检路径，按照此路径开始巡检，利用信息采集终端设备获取设备作业数据。

为了便于分析，表1中以平均数值作为统计分析依据。通过对比表1中数据可知，与传统方案相比，本智能巡检系统生成的巡检路径更短，大大缩短了巡检时间的同时，提高了巡检故障发生时效、巡检故障诊断精准率、故障定位精准度、信息处理效率。其中，巡检故障诊断精准率达到92.3%，故障定位精准度达到95.2%，符合配电网设备巡检及故障诊断需求。

表1 系统测试结果

4 总结

本文围绕配电网巡检问题展开探究，为了提高巡检时效性，优化巡检路径，提高故障诊断精准度，利用物联网技术，开发一套智能巡检系统。该系统利用核心控制器，对现场终端设备进行控制，实现了有效信息采集、数据实时传输，通过无线通信模块，为巡检管控中心提供相关信息，经过综合分析准确下达管控命令。测试结果表明，本系统能够有效采集配电网设备信息，在巡检路径、故障定位、信息处理等多个方面体现出较为明显的优势。