刍议输变电设备状态监测中的物联网技术应用

李运兵

（国网金寨县供电公司，安徽六安 237300）

1 物联网体系的构建与设计

1.1 物联网体系的构建

物联网体系包含3 个层级，主要为感知层、网络层与应用层，物联网体系中感知层、网络层与应用层分别承担着各自的职责，各层级相互配合有助于提升物联网应用水平，凸显物联网的优势。感知层负责感知与采集信息，可接收特定范围内的网络信息，在短距离无线通信网络下可使感知层与通信设备建立联系，使其在系统运行中接收大量来自其他环节的信息；网络层负责信息传输，感知层所接收的信息可在网络层辅助下传输；应用层包含了各种应用终端，如智能手机、计算机、平板电脑等，在应用层支持下计算机与用户之间能保持良好的交互。

物联网的应用架构包括基于FRID 电子标签的应用架构、基于传感网络的应用架构、基于M2M 的应用架构。RFID 电子标签中集成了输变电设备的各种信息，这种数据特点决定了RFID 电子标签可作为智能化虚拟物而存在，负责实时监测与管理；传感网络中包含了各种传感设备，如红外线传感器、GPS 系统、扫描系统，这些均具备传感功能，借助传感网络可在不同设备之间建立联系，使设备之间能传输、共享信息；M2M 是终端设备智能交互实现的网络化服务，借助M2M 应用架构，用户可根据实际情况选择解决方案，完成相应的调度与监控工作[1]。物联网网络模型以功能、技术作为划分依据，划分为感知层、网络层与应用层。

1.1.1 智能感知层

物联网体系架构中，智能感知层是其关键构成部分，合理设计感知层可以实时监测输变电过程，保障输电、变电、配电与用电的高效性。感知层借助传感、摄像等设备可精准、全面感知输变电设备的运行状态。与此同时，监测环境可以形成完整的监测数据，在后续工作中合理利用这些数据，能够消除输变电设备运行中的风险。

在输变电设备物联网技术体系中，智能感知层以物联网为介质，配备了GPS、智能传感器、EPC 标签等设备，完成对输变电设备运行中数据状态的科学感知，同步采集全生命周期内的资产数据。感知层处于工作状态时，能同步采集输变电设备状态、电网运行、维护检修数据，这些数据被传输到网络层、应用层后，能起到应有的作用，使有关人员根据相关信息调整设备状态、参数，降低设备故障概率，提高设备可靠性。

1.1.2 智能网络层

物联网技术体系中的智能网络层可突破信息传输距离的限制，即使面临长距离信息传输任务，同样能保持高效、安全传输，不会出现数据丢失与泄露的情况。因此，智能感知层可将接收的数据转换为数据传输协议，在广域网或局域网中传输这些信息。输变电设备状态监测中还包含电力光纤、宽带等信息，需合理利用通信技术、网络技术，更好发挥网络层在物联网体系中的作用。

物联网体系中智能网络层是不可或缺的部分，是应用数据的传输通道，通过介入异构网络，增强其在输变电设备状态监测中的功能优势。通常情况下，将输变电设备接入物联网体系中，当输变电设备进入运行状态时，往往会产生大量的数据与信息，为凸显信息的作用，需保障感知层、网络层与应用层的高效联动[2]。而数据传输的过程包含了多个通信层，主要有：（1）传感网络。负责智能监测，其在运行的过程中能将输变电设备的状态信息上传到终端，在数据传输中以宽带、光纤作为传输介质。当数据到达智能终端后，对这些数据实施专业化处理，使数据顺利到达变电站、供电局。（2）变电站。将数据传输到智能监控系统中，但在此过程中需特别注意的是，智能终端在绝大多数情况下都会自动建立连接通道，当信息传输到通道后，有关人员需深入分析输变电线路的兼容性与拓展性，并及时将有关信息传输到信息管理平台。（3）供电局。其网络具备突出作用，可以收集来自各方的信息，整理、归纳和筛选信息，从中提取出最有价值的信息，指导相关工作。在许多情况下供电局网络需建立光纤组网，整合有关的变电设备，以创造良好的信息交互条件。

1.1.3 智能应用层

智能应用层主要解决的是信息收集、处理、人机交互方面的问题，智能应用层的第一层需针对业务的个性化需求处理数据信息；第二层为设备终端层，负责人机交互，但需构建有关的应用平台，该平台在采集相关信息后，还需进一步控制设备状态、调整设备参数。

1.2 物联网体系的设计

为发挥物联网技术的作用，在物联网体系内需包含路由器、协调器、终端设备，一旦缺少其中的任何一个部分，物联网体系都无法正常运行。在物联网中协调器可以进行设备维护、组网构建等，承担着执行操作指令的任务。网络设计主要为电网设计，通过恰当的网络连接方式，可保持主控芯片与网关接口的可靠连接，可保障网络终端设备与路由器的顺利连接[3]。有关人员在设计物联网体系时，需重点关注节点设计，尽可能采取措施提升路由器的兼容性。

2 输变电设备监测中的物联网关键技术

2.1 无线传感技术

输变电设备状态监测中应用的物联网技术，涉及诸多类型的技术，无线传感为其核心技术，在该技术辅助下能更好地完成智能监控任务。实际上，在无线传感、数据采集与通信技术的高效联动下，构建的物联网平台兼具数据采集、存储、传输、设备监控、故障诊断等综合功能。为达到智能监测的目标，在设备相关位置需配备各种监测传感器，这些不同的监测传感器可形成更为完善的无线传感网络，利用无线通信技术构成自组织网络系统，实现不同传感器节点之间的高效联动与协同，有利于完成输变电设备的信息监测、采集、处理。无线传感网络的设计中，有关人员需考虑监测位置的固定性、监测过程的不间断性，以实现实时监测的目标，获取完整、准确的数据信息[4]。

2.2 射频识别技术

电力网络系统的构成极为复杂，输变电设备作为其重要构成部分，其设备运行状态将直接影响电力的供应与配送。输变电设备在电网中具有重要作用，当下电力企业越发重视输变电设备的管理，运用现代化技术监测设备运行状态，实现设备的智能化控制。输变电设备管理涉及设备检修、运行管理、设备参数、台账管理等部分，物联网中的射频识别技术可对设备数据展开统一化管控，将设备数据写入RFID 标签，RFID 芯片内可存储大量的信息，标签接收到射频信号后，同步获得感应电流的能量信息，并发送芯片中存储的其他信息，将这些信息解码后就能得到完整的信息，而相关部门与岗位人员可以利用这些信息针对性地管理与控制输配电设备。

3 物联网技术在输变电设备状态监测中的应用

3.1 自动监测

输变电设备状态监测中应用物联网技术，关键是要建立状态智能化监测系统，该系统主要包含前端感知设备、太阳能供电系统、集成传输系统几个部分，集成传输系统以输变电线路中的单基杆塔为数据采集单元，将监测装置规范连接到通信设备上，系统运行中监测装置可动态采集各类数据。在装置设置时往往要布设多个端口以满足实际需求，由于监测现场环境具有复杂性，有关人员可根据环境特点调整端口类型和位置，以保证采集数据的价值。现场监测数据可以进行高效传输，监控中心在接收到视频与数据后，可再次对这些信息进行处理，处理后的视频与数据被发送到终端设备，后台管理人员可根据数据情况分析输变电设备的运行状态，整个监测过程具有智能化特征，不仅减少了自然环境对监测的干扰，而且还减少了监测工作中的人员数量，降低了输变设备的故障概率[5]。近年来，许多电力企业都引进了新技术，实现了自动监测系统与夜视功能的高度结合，实现了夜间输变电设备的监测功能。

3.2 智能评估

在当前的互联网环境下，物联网技术很多时候是与大数据技术、云计算技术等结合起来应用的，在这些技术的相互融合下，电力企业可构建大数据信息平台，在该平台内整合全部的数据。平台存储了海量数据，可从中筛选和提取数据，挖掘出最优价值的数据，开展智能分析与预测，精准评估输变电设备的运行状态，根据相关的数据分析结果发现输变电设备存在的风险，通过智能化模块及时预警，提醒相关人员注意处理设备的故障问题。此外，平台的可视化功能可保障设备故障预警的及时性，当维修人员接收到预警信息后，能立即进行故障排查与处理。

3.3 设备全生命周期管理

电力企业在管理输变电设备时应遵循全生命周期管理要求，在监测设备状态时，可利用物联网技术完成全生命周期管理，从设备的安装、运行、维护到报废阶段，开展专业化管理与监测。在射频识别技术辅助下采集RFID 中存储的全部信息，对这些数据进行整合、分析与处理，根据分析结果制定设备全生命周期管理体系，转变传统的设备管理理念与模式，构建数字化设备管理体系[6]。

4 实现物联网技术在输变电设备状态监测中有效应用的措施

4.1 优化物联网技术与在线监测技术

随着5G 的普及，我国的物联网技术取得了显著发展，该项技术在很多领域都得到了广泛应用。在输变电设备的状态监测工作中，物联网技术的应用有助于实现智能化监测，虽然目前有一定的应用探索经验，但在未来的工作中还需持续优化物联网技术与在线监测技术，为状态监测提供技术保障。

4.2 保障数据流的安全性

输变电设备状态监测环节涉及大量的、各种类型的数据，保障数据的安全性是提高监测效果的重要前提。为此，电力企业在当前及未来的工作中，需采取有效的措施保障数据流的安全性，为数据流采集、传输等提供安全的网络、通信环境[7]。

4.3 构建标准化体系

虽然现阶段的物联网技术发展迅速，且该项技术逐渐被应用到各个方面，但从行业情况来看，尚未形成一个标准体系，这在很大程度上不利于物联网技术的推广，再加上在线监测设备厂家的能力、规模参差不齐，技术规范标准各有特点。因此，相关部门需立足物联网发展现状，构建标准化技术体系，明确指出物联网技术的应用途径、流程、操作规范等，为实现互联网技术在变电设备状态监测领域的应用与推广奠定基础。

5 结语

输变电设备作为电力网络中的重要构成，在经济社会稳步发展、电力需求急剧增长的当下，输变电设备要保持稳定、可靠运行。为适应这一情况，电力企业需科学应用物联网技术，实现对输变电设备状态的监测，及时解决设备运行中的各种问题。