智能变电站中物联网技术的运用

金 剑

（上海诺基亚贝尔，上海 412200）

0 引 言

物联网技术在智能变电站的应用，主要是利用感知装置构建出一套智能监测与辅助控制的系统。变电站的物联网应用十分广泛，涉及监督巡检、图像监控、温度状态监测、泄漏检测、采暖通风、给排水、火灾报警及消防等方面，通过人机交互，实现了全过程的智能管理。近几年，物联网技术的发展极为快速，应用范围广泛，前景广阔，其应用满足了变电站发展的要求，提高了变电站的智能化水平。

1 物联网技术概述

物联网技术是利用信息传感设备（射频识别、全球定位系统、外感应器等）将物品与互联网按照约定好的协议进行连接，实现信息的交换以及通信，从而完成网络系统的跟踪监控、定位识别以及管理。

物联网中的每一个物品都会有其身份标识，即产品电子码，储存在硅芯片的电子标签内。通过信息处理软件进行识别，然后完成传递和查询，并进行转化，为供应链企业提供服务。随着传感技术以及网络通信技术的发展，物联网技术已经超越了对物体简单识别的层面，向着智能化方向发展。物联网是微机电、传感器、通信等技术的结合体，具有诸多能力，如计算能力、传感能力、驱动能力、控制能力以及通信能力。它通过嵌入式节点连接，每一个节点都是由数据采集模块、数据处理和控制模块以及供电模块、通信模块组成。众多节点的连接，形成了一个网络系统。微处理等技术的应用和发展推动了传感器的智能化，也推动了物联网技术的发展。

2 物联网技术在智能变电站中应用的重要作用

物联网技术是一个全新技术，它的出现以及应用促进了各行各业的发展，能够准确快速地传输和处理数据信息。正是物联网具有这样的优越性，其得到了各行各业的广泛关注。电力行业在我国的国民经济中发挥着重要的作用。变电站作为电力服务行业的重要组成部分，是整个电力系统运行的基础。物联网技术应用于变电站的建设中，通过射频识别技术收集信息，并将数据进行传输和处理。对于变电设备存在的缺陷和问题及时进行检测以及反馈，从而确保了电力系统运行的稳定性和安全性。另外，数据信息采集对于变电设备的故障诊断有着极其重要的参考作用。对相关变电设备的信息进行处理和分类，有利于对设施设备的管理和监控，能够更好地提高变电设备的管理水平。

在变电设备状态监测方面，通过传感器对设备参数信息进行收集，实时对变压器的状态进行检测。利用局部放电检测、振动波动检测等方法，实现了变电设备的动态检测。一旦设备出现问题，就会发出警示与提醒，从而及时进行维护和维修，尽可能降低设备的受损程度，延长变电设备的使用寿命。电网平台中的用户可以通过物联网获取实时电价，从而使用户合理制定用电计划，提高资源利用率。另外，物联网加速了智能变电站的数字化建设，将网络以及使用者紧密的联系起来，提高了管理水平。通过物联网技术的应用，实现了全方位的检测，以传感器为纽带，与设备属性相连，实现了全过程生命周期的设备管理，提升了评估及故障诊断的准确性，有利于信息的全方位收集和管理，从而对未来的发展情况进行有效分析。

3 物联网技术的具体应用

信息化、自动化、互动化是智能变电站的主要特征，同时智能变电站具有信息自动采集、监测、保护以及控制等诸多功能，实现了自动控制以及智能调节。物联网技术将变电站的各种辅助生产系统紧密的联系在一起，避免信息孤岛的出现，从而实现变电站的智能运行管理。利用物联网技术构建了智能变电站的智能监测与辅助控制系统，保证了智能变电站全过程安全稳定的智能运行。

智能变电站的智能监测辅助系统包括了安全警卫、火灾报警、给排水、温度监测、图像监视、智能检修维护以及智能巡检监督等子系统，在变电站的运行管理中发挥着以下的功能和作用。（1）对站内生产设备的运行环境及状态进行监测，并对不同来源的数据统一建模，建立起生产的全景信息库。通过智能化的感知，对信息进行收集、处理、判断以及执行，出现异常情况及时进行处理，并自动上传处理结果。（2）智能化的监督以及巡检，对现场的操作进行指导，发出巡检指令引导运维人员工作并检查、记录巡检全过程，实现智能化监督。（3）智能验证站内的维护和检修行为，实现操作票管理，对检修过程全程图像识别，对操作维护工作进行智能的认证。（4）入侵警戒的自动识别，对抛物、破坏以及翻越围墙等行为的识别需进行数字化图像处理、自动区域保护以及灵活图像监控。（5）检测输变电设备、主变套管、穿墙套管接头的运行温度，为状态检测提供数据信息、评价设备状态，为智能调度功能扩展提供设备状态参考依据。（6）检测变电设备是否存在气体泄漏问题，并协调风机系统，保证系统的安全可靠运行。（7）对环境和温度进行监测，即动力环境控制方案的完善和优化、完成空调设备的调节以及通风设备的调节和控制。（8）水浸、漏水自动报警，防止水淹事故的发生。（9）自动探测火灾状况，与视频图像识别相结合、与火灾防治相关设备进行联动。

3.1 智能巡检监督子系统

智能巡检监督子系统包括了射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）卡、系统管理主机、智能终端。变电站被监测的设备上设置RFID 卡做为唯一的内置编码身份识别器。RFID 卡不仅具有极强的振动、温度、湿度感知，还包含了设备的生产日期、运行时间、检修周期以及维修记录等信息，通过读卡可以自动显示该区域设备的相关巡检内容。智能的终端设备是相关巡检人员和子系统进行交互的工具，能够对该巡检区域进行确认到达并显示到达的时间，通过终端设备进行相应设备运行状态的巡检。智能终端与设备的RFID 匹配，匹配成功后，由巡检人员填写巡视注意内容，智能终端通过无线连接方式与主机畅连，并将巡检结果向后台传输，实现了变电站巡检信息的共享，加强了巡检工作的监督和管理的力度[1]。

3.2 智能检修维护认证系统

变电站配电设施设备的物理位置可以预先设置并进行编号。通过工作机与网络交互对运行人员的操作票进行分析，对检修的间隔以及设备进行确认，室内的摄像头聚焦到该地区进行监测，向智能终端自动上传维修设备的识别代码和位置。当运维人员持智能终端设备出现在该区域后，匹配就会进行，然后在智能终端上写入操作票内容。运行人员只要按照智能终端的提示规范进行操作，并按要求做好防护措施即可[2]。

3.3 图像监视及安全警卫系统

对变电站周围的围界进行全天候的动态感知，其智能性和环境适应性极强。多种技术手段（探测分析、复合响应、阻挡延迟技术）相融合，从而根据具体的情况进行撤防以及布防。一部分由控制器以及视频摄像组成，并与平台软件进行联动，实现了视频触发以及报警联动的功能。另一部分则由硬件控制器进行控制，包括照明与示警功能。图像监视系统包含了固定视频系统、云台视频系统以及视频处理系统。对进入监视范围内的目标进行自动跟踪和识别，入侵行为触发警报，系统与智能视频分系统联动，与之相关联的摄像机会自动进行对准，并将视频图像置顶，方便值班人员观看的同时可以利麦克风等设备对现场的目标进行喊话[3]。

3.4 温度状态检测系统

温度状态监测系统对设备以及设备的安装环境进行实时的状态检测，确定温度的变化情况。温度状态监测系统由数据传输基站、无线温度传感器和环境温度传感器组成。定时读取温度传感器数据的工作由控制器完成，并测量电池电压，启动射频通信芯片进行数据信息的传输。数据信息的传输是采用高频无线信道方式传输，一站式负责保存与记录。无线温度传感器通常是在高压输变电设备容易发热的地方，如开关的静触点、动力电缆的接头、铜排连接点以及电抗器等部位，利用结构胶来安装，对发热部位进行实时监测和控制。数据传输基站由微处理器总线接口、存储器、高频收发器以及高增益定向天线等组成。高频传感器的数据信息由高频收发器负责收集，数据的读取以及分类处理则由微处理器来完成，数据的存储由存储器实现。基站将收到的数据信息传输到主机进行处理，并结合室内外大气的相对温度，对过热情况进行分析，从而做出判断，发出信号示警，提示管理人员及时作出处理。

3.5 采暖通风系统

采暖通风系统利用温湿度传感器对室内外的温湿情况进行检测，并将检测信息传输到主机系统。执行主机的控制命令，根据室内温湿度状况调节和控制空调以及排风设备。主机会根据室内外温湿度的具体情况，对空调系统和通风系统进行切换[4]。例如，夏季如果通风系统能够满足室内温度的需求，则会采用风机机械排风方式，排除室内的余热；如果无法满足的需求，则会自动启动空调设备。

3.6 泄漏监测系统

利用泄漏监测系统来对气体泄漏的状况进行监测和智能处理。泄漏监测系统可以精准检测气体的泄漏，发现泄漏的点位，并发出警报信号，对相关人员进行警示，从而采取相应的措施。另外，可以与风机进行联动，自动启动风机鼓风，同时具有远程查询监测情况的功能，远程控制风机。

泄漏监测系统设置有氧气传感器以及SF6传感器，监测空气中的SF6浓度以及氧气浓度，同时进行协同的融合处理，对SF6的泄漏状况进行判断。并与风机联动向风机控制器发出指令，使风机运行。同时，只要有人员进入监测范围，就会发出声光报警。

3.7 给排水监测系统

给排水监测系统负责用水量与排水量、污物污水池水位以及给排水设备状态的监测，并负责给排水设备启停的控制。此外，给排水监测系统实现了积水情况的监测与处理以及积水的自动排放，并结合自动摄像头对现场的情况进行勘察，实现了远程查询进水检查情况，远程控制水泵的运行并发出报警信号，提示值班人员对于异常情况采取应急措施。

3.8 火灾报警及消防系统

火灾报警以及消防系统以物联网的理念为基础而构建完成，具备环境温度检测以及视频图像识别的能力，可以对火灾进行智能化的检测和报警，并与灭火系统相联动，实现消防设备的状态检测以及故障报警。当发现异常情况时，火灾报警及消防系统会与空调、风机以及灭火装置进行联动，避免火灾的进一步扩大，将损失降低到最低点[5]。

4 结 论

物联网技术与物理系统的融合实现了对设备进行实时控制以及管理。在智能变电站的建设过程中，利用物联网技术构建出传感网络监测系统以及辅助控制系统，全方位的对变电站的运行进行智能监测与控制，及时发现变电站运行时的异常状况并进行联动及处理，保障了智能变电站的安全稳定运行，提高了智能变电站的运行效率以及质量，助力于经济的建设和发展。