安科瑞 劉邁

　　摘要：近年來，社會經濟發(fā)展速度不斷提升,，對電力能源的需求大幅增加,，為保障變電站等電力設備合理發(fā)揮功能,，保障供電安全性和穩(wěn)定性,，應當加強對電力設備的監(jiān)測和管理,。而電力物聯網技術是現代一種安全工器具的管理方法，為有效實現電力設備的在線監(jiān)測,，應積極開展探究,，基于電力物聯網技術把握電力設備在線監(jiān)測方法要點，分析在變電站設備狀態(tài)監(jiān)測以及巡檢管理中的具體應用,，旨在進一步促進電力物聯網技術的發(fā)展,，推動電力設備在線監(jiān)測的合理實現，保證電力系統(tǒng)健康,、平穩(wěn)地運行,。

　　關鍵詞：電力物聯網技術；電力設備,；在線監(jiān)測,；具體應用

　　0引言

　　基于當前我國電力系統(tǒng)逐漸趨向智能化方向發(fā)展，變電站設備在運行中將會出現大量的運行數據,，通過采集和分析電力設備狀態(tài)數據,，能夠有效預測故障風險，大限度地保障電力設備工作的穩(wěn)定和安全,。而為實現對電力設備的實時在線監(jiān)控,，應借助現代科學技術。電力物聯網技術是在計算機和互聯網技術基礎上發(fā)展而來的一種新型手段,，通過對物體進行定位跟蹤,、實時監(jiān)控和管理，有助于將現實實際與網絡空間實時連接,，形成相對完整的網絡,，可提高電力設備在線監(jiān)測的準確性和可靠性，為電力系統(tǒng)整體運作提供良好保障,。

　　1常見電力物聯網技術

　　現階段,，在電力行業(yè)內，對電力物聯網技術的應用逐漸深化,，較為常用的技術主要包括智能傳感器技術,、標識編碼技術以及通信電源技術等。

　　智能傳感器技術是指在物聯網架構體系的底層部分,，用于識別物體并感知其狀態(tài),。由于智能變電站具有較為復雜的電磁環(huán)境，測量對象和參數種類多,，對測量精度要求較高,，所以,，在應用該項技術時，往往需要安裝具備強抗干擾能力的傳感器,。目前,，智能傳感器逐漸趨向集成化和小型化，通過減小體積來降低運行功耗,，可延長無線傳感器的使用壽命,，在未來發(fā)展前景較為廣闊。

　　標識編碼技術主要是利用射頻識別技術,，改善以往條形碼標識易損壞,、編碼差異大等缺陷。通過利用RFID通信距離實施定位,，有利于加強巡檢管理,。在應用過程中，還需對智能變電站架構進行合理劃分,，按照變電站的標準編號,，有效地對電力設備進行間隔編號。

　　通信電源技術是為應對智能變電站復雜環(huán)境的一項應用手段,。如當前變電站中通信終端數量多,、數據傳輸量大，當無線設備在自組網和匯集節(jié)點時,，通過利用功耗較低的通信設備,，適應變電站通信標準，對已有通信接口實施兼容,，即可保證通信功能的正常發(fā)揮,。

　　2基于電力物聯網技術的電力設備在線監(jiān)測方法要點

　　2.1?合理構建通信網絡拓撲結構

　　利用電力物聯網技術實現電力設備在線監(jiān)測，應當合理構建通信網絡拓撲結構,。通常情況下,，按照變電站電力設備狀態(tài)監(jiān)測的需求以及物聯網的應用特點，可設計電力通信設備通信網絡拓撲結構,，如圖1所示,。借助物聯網技術有效連接電力設備之間的通信，有效進行信息傳遞,、路由與控制等功能,。在該結構中，由傳感器網絡負責開展信息采集,，經過網絡層對實時數據的匯總,，并連通上下層通信網，后與應用層和感知層進行通信。同時應用層連接網絡通信功能,、感知層借助數據網絡,、光傳輸網絡實現信息交換,。

　　不過,，在建立電力設備的通信網絡時，由于通信網絡中的設備數據處理能力和動態(tài)性能較差,，對于業(yè)務信道分配不夠精細,，二級網絡信息容易過濾，同類業(yè)務在不同網段內,，很容易將有價值信息過濾掉,，且三級設備的網絡協(xié)議具有復雜化特點、協(xié)議滲透性不強,。針對相關技術難點,，在構建通信網絡拓撲結構時，可采用簡單可靠的兩層結構,，有利于防范因廣播域過大導致不可控局面,。因此，在電力物聯網技術支持下,，選用環(huán)型拓撲結構,，有利于實現電力設備之間的通信互通。主要是由兩個集中的節(jié)點組成整個網絡,，其中節(jié)點起到控制管理流量的作用,，各個主IED之間的通信，經過節(jié)點轉發(fā),。在交換機之間,，借助建議裝置的信息流實現固定方向流動，并在兩個裝置之件設置一個邏輯鏈接,，如物理鏈接發(fā)生失效故障時,，可由交換機RSTP協(xié)議對路徑進行重新計算，可滿足電力設備之間的通信需求,。

　　2.2優(yōu)化電力設備在線監(jiān)測網絡部署

　　建立電力設備通信網絡拓撲結構后,，應優(yōu)化在線監(jiān)測網絡部署。綜合考慮電磁干擾和電氣設備阻礙等因素對運行環(huán)境產生的影響,，需注重防范電力設備監(jiān)測數據丟失和時延增加,。在技術實踐中，可按照網絡大流劃分環(huán)狀區(qū)域,，根據電力設備狀態(tài)數據的需求,，對監(jiān)測數據實施有效融合。如準確計算節(jié)點距離因子,，均衡網絡中的耗能,，避免因節(jié)點距離過大而導致簇頭不合理,，優(yōu)化電力設備在線監(jiān)測網絡部署，延長網絡使用壽命,。

　　2.3實現電力設備在線監(jiān)測功能

　　要想進一步提升電力設備在線監(jiān)測數據質量和效果,，應當運用異常數據的辨識方法。如引進橫向相似性方法進行分析,，通過采用相鄰采樣點的負荷變化率作為衡量指標,。比如，相鄰時刻的正常負荷變化率應在某個范圍之內,，如發(fā)現不在正常范圍內,，表示存在異常數據點，其算法流程如圖2所示,。采集實時數據,，對采樣點負荷變化率進行統(tǒng)計，將其大值和小值作為正常范圍,，當數據不在該范圍則可判斷為異常數據點,，按照異常點前后數據變化率的均值進行修正，有效實現對電力設備的在線監(jiān)測,。

3電力物聯網技術在電力設備在線監(jiān)測中的具體應用

　　3.1變電站設備狀態(tài)監(jiān)測

　　電力物聯網技術在電力設備在線監(jiān)測中的具體應用,，主要表現在變電站設備的狀態(tài)監(jiān)測方面。即維護人員利用物聯網技術開展定期預試和檢修,，采用在線監(jiān)測技術對電力設備的缺陷進行處理和調整,。比如，在定期預試環(huán)節(jié)中,，對運行設備的各種狀態(tài)實施監(jiān)測,，及時發(fā)現可能出現故障問題的數據，合理預知風險,。在當前電力系統(tǒng)規(guī)模逐漸擴大的形勢下,，為保障電力運行工作的平穩(wěn)性，借助電力物聯網傳感器技術,、標識編碼技術和通信電源技術等,，改善傳統(tǒng)檢修方法，有效進行故障診斷,，對變壓器和電容器等電力設備狀態(tài)開展的在線監(jiān)測,，有利于提前預判識別突發(fā)性故障，保障電力電網整體運行安全性,，達到應修必修目的,。在實踐應用中，其可體現在以下兩個方面：

　　電力物聯網技術應用在狀態(tài)采集層面。物聯網技術能夠對電力設備各項運行參數實施采集,，經過智能傳感器模塊對信號實施轉換,，有助于將源頭不同信息，轉換為便于處理的電信號或者光信號,。感應模塊中的感應裝置是在線監(jiān)測系統(tǒng)程序的開端,，保障其精度得到有效控制。利用電力物聯網技術,，可在狀態(tài)檢修模式下,，在感知模塊內安裝無線故障電流傳感裝置，目的是對現場電流進行取樣和分析,，判斷電力設備當前電流是否屬于故障電流。

　　電力物聯網技術應用在狀態(tài)監(jiān)測方面,。由于電力設備的各項參數會隨著運行過程的變化而改變,，例如，電壓,、電流以及溫濕度等物理量,，當設備運行狀態(tài)變化后，利用電力物聯網技術對各項參數信息進行實時采集,，管理人員可按照參數變化趨勢開展分析,，評估識別實際運行狀態(tài)。同時,，在采集參數時,，因為電力設備各項參數的類型、輸出信號等存在一定差異,，可能會發(fā)生信號傳輸過載等情況,，阻礙信息處理質量。因此,，管理人員在完成各類型數據采集后,，要做好信號源轉換，以發(fā)揮物聯網技術的優(yōu)勢,，了解電力設備的運行情況,，為相關檢修活動提供良好的支持和依據。

　　3.2變電站巡檢管理

　　傳統(tǒng)模式下對變電站電力設備的巡檢管理,，主要采用手工筆錄方式,，其經常存在一些誤差，難以真實,、準確地反映設備的詳細缺陷,。在新時代，針對電力設備缺陷的記錄查找和實施監(jiān)督，可利用電力物聯網技術,，改善人工巡檢模式的弊端,。如采用編碼標識技術，對電力設備裝配RFID標簽,，利用相應的手持終端即可查看電力設備信息,。同時借助RFID通訊距離的優(yōu)勢，保障工作人員在一定范圍內進行巡檢,，詳細查找故障隱患,。在定期巡檢活動中，相關人員還可使用手持終端對設備進行拍照,，改進單一文字記錄方式,，并實時將照片上傳到巡檢管理后臺。同時在巡檢過程中,，手持終端也可提示相應的巡檢地點和項目,，避免出現路線漏檢等情況。在具體實踐中,，除RFID技術外,，也可采用激光掃描技術、紅外線檢測施護等,，其應用表現如下,。

　　利用RFID技術識別電力設備應用狀態(tài)。RFID技術是電力物聯網技術的重要組成部分,，其主要原理是運用紅外熱線感應對物體狀態(tài)進行識別,。在電力設備在線監(jiān)測中，可對設備原始狀態(tài)實施掃描檢驗,，再利用藍牙傳輸功能,，將巡檢的電力設備情況轉化為數據信息，傳輸到計算機自動讀寫標簽中,，形成初步記錄,。例如，對輸電線設備進行在線監(jiān)測時,，利用RFID技術可轉化輸電線操作設備的生產合格標準,，輸出巡檢電力設備的佳檢驗標準，確定此次檢驗程序的優(yōu)值,，合理判斷電力設備質量,。

　　運用激光掃描技術開展電力設備信息數據管理。激光掃描技術與RFID技術的原理相近,，通過外部掃描對設備進行巡檢,，但該技術可利用超射線光波實現檢驗,。例如，對某電力設備進行巡檢時,，借助激光掃描技術能夠有效克服設備工作環(huán)境中的強電流和強電壓情況,，檢驗設備內部系統(tǒng)的運作情況，能夠提升在線監(jiān)測的安全性和可靠性,，保證變電站正常穩(wěn)定供電傳輸,。

　　紅外線檢測技術監(jiān)測電力設備應用情況。紅外線監(jiān)測技術主要是針對電力設備在強電壓環(huán)境中的電流,、電阻、電壓穩(wěn)定性的巡檢方法,，可在設備應用的狀態(tài)下開展外部掃描控制,，能夠大幅降低巡檢人員的工作壓力，提高在線監(jiān)測質量,，保證電力系統(tǒng)的正常運行,。

　　4基于電力物聯網技術的電力設備在線監(jiān)測系統(tǒng)實例

　　4.1工程實例

　　某電廠總裝機容量為24MW，配備有2臺燃煤鍋爐和2臺12MW非調整抽汽式汽輪機組,，隨著近年來不斷發(fā)展，對鍋爐,、汽輪機等設備逐漸進行更新,，并實現PLC控制模式。當前該火電廠的主要生產裝置基本實現了集散控制系統(tǒng)的過程控制,。但各系統(tǒng)之間采用獨立運行模式,，缺乏有效整合，總體集成度不高,。為保障火電廠設備穩(wěn)定運行和高效控制,，亟待建設設備在線監(jiān)測系統(tǒng)。

　　4.2電力設備在線監(jiān)測系統(tǒng)建設思路

　　進入新發(fā)展時代后,，該火電廠引進物聯網技術,，研發(fā)設計電力設備在線監(jiān)測系統(tǒng)。其針對設備管理與安全運行監(jiān)測系統(tǒng)采用層次化結構,，將機爐電,、輸煤、化水等設備狀態(tài)在線監(jiān)測信息的異構數據,，經采集模塊匯聚和接口機協(xié)議轉換,，利用工業(yè)以太專網傳入數據庫。在電廠采集現場實時數據的基礎上,，可借助物聯網的數據共享和計算功能等,，實現對電力設備的監(jiān)測與效能計算,，并建立數據中心，能夠實時監(jiān)視并分析設備的生產運行狀態(tài),，為安全生產決策提供支持,。

　　4.3電力設備在線監(jiān)測系統(tǒng)的實現

　　該電廠基于物聯網技術建立電力設備在線監(jiān)測系統(tǒng)，為實現設備管理功能,，采用統(tǒng)一編碼體系,，以設備臺賬管理作為基礎，按照設備巡檢以及維修管理辦法等,，針對設備缺陷以及備品備件等實施全壽命周期管理,。為對生產過程進行在線監(jiān)測，建立生產運行監(jiān)測系統(tǒng),，分析機組經濟性能和能耗等,，并按照班值開展機組運行動態(tài)考核，根據生產過程的變化,，自行調整機組分配負荷,，合理指導生產。通過利用電力物聯網技術構建完善的電力設備在線監(jiān)測系統(tǒng),，實現一次投資完成現有信息化系統(tǒng)整合,，并通過設備監(jiān)測改善鍋爐運行效率、降低污染排放,，實現經濟效益與社會效益的統(tǒng)一,。

　　5Acrel-EIOT能源物聯網云平臺

　　（1）概述

　　Acrel-EIoT能源物聯網開放平臺是一套基于物聯網數據中臺,，建立統(tǒng)一的上下行數據標準,，為互聯網用戶提供能源物聯網數據服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯網傳感器,，選配網關,，自行安裝后掃碼即可使用手機和電腦得到所需的行業(yè)數據服務。

　　該平臺提供數據駕駛艙,、電氣安全監(jiān)測,、電能質量分析、用電管理,、預付費管理,、充電樁管理、智能照明管理,、異常事件報警和記錄,、運維管理等功能，并支持多平臺,、多語言,、多終端數據訪問,。

　　（2）應用場所

　　本平臺適用于公寓出租戶,、連鎖小超市,、小型工廠、樓管系統(tǒng)集成商,、小型物業(yè),、智慧城市、變配電站,、建筑樓宇,、通信基站、工業(yè)能耗,、智能燈塔,、電力運維等領域。

　?。?）平臺結構

（4）平臺功能

　　電力集抄

　　電力集抄模塊可以實現對各種監(jiān)測數據的查詢,、分析、預警及綜合展示,，以保證配電室的環(huán)境友好,。在智能化方面實現供配電監(jiān)控系統(tǒng)的遙測'、遙信,、遙控控制,，對系統(tǒng)進行綜合檢測和統(tǒng)一管理；在數據資源管理方面,，可以顯示或查詢供配電室內各設備運行（包括歷史和實時參數，并根據實際情況進行日報,、月報和年報查詢或打印,，提高工作效率，節(jié)約人力資源,。

變壓器監(jiān)控

配電圖

　　能耗分析

　　能耗分析模塊采用自動化,、信息化技術，實現從能源數據采集,、過程監(jiān)控,、能源介質消耗分析、能耗管理等全過程的自動化,、科學化管理,，使能源管理、能源生產以及使用的全過程有機結合起來,，運用數據處理與分析技術,，進行離線生產分析與管理,，實現全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調度，優(yōu)化能源介質平衡,、有效利用能源,，提高能源質量、降低能源消耗,，達到節(jié)能降耗和提升整體能源管理水平的目的,。

能耗概況

預付費管理

　　1）登陸管理：管理操作員賬戶及權限分配，查看系統(tǒng)日志等功能,；

　　2）系統(tǒng)配置：對建筑,、通訊管理機、儀表及默認參數進行配置,；

　　3）用戶管理：對商鋪用戶執(zhí)行開戶,、銷戶、遠程分合閘,、批量操作及記錄查詢等操作,；

　　4）售電管理：對已開戶的表進行遠程售電、退電,、沖正及記錄查詢等操作,；

　　5）售水管理：對已開戶的表進行遠程售水、退水,、記錄查詢等操作,；

　　6）報表：提供售電、售水財務報表,、用能報表,、報警報表等查詢，本系統(tǒng)所有的報表及記錄查詢,，都支持excel格式導出,。

預付費看板

　　充電樁管理

　　通過物聯網技術，對接入系統(tǒng)的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監(jiān)控,，同時對各類故障如充電機過溫保護,、充電機輸入輸出過壓、欠壓,、絕緣檢測故障等一系列故障進行預警,。云平臺包含了充電收費和充電樁運營的所有功能，包括城市級大屏,、交易管理,、財務管理、變壓器監(jiān)控,、運營分析,、基礎數據管理等功能,。

　　充電樁看板

　　智能照明

　　智能照明通過物聯網技術對安裝在城市各區(qū)域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數據監(jiān)測,，也可以實現定時開關策略配置及后臺遠程管理和移動管理等,，降低路燈設施的維護難度和成本，提升管理水平,，并達到一定節(jié)能減掛的效果,。

監(jiān)控頁面

　　安全用電

　　安全用電采用剩余電流互感器、溫度傳感器,、電氣火災探測器,，對引發(fā)電氣火災的主要因素（導線溫度、電流和剩余電流）進行不間斷的數據跟蹤與統(tǒng)計分析,，并將發(fā)現的各種隱患信息及時推送給企業(yè)管理人員,，指導企業(yè)實現時間的排查和治理，達到消除潛在電氣火災安全隱患,，實現“防患于未然"的目的,。

　　智慧消防

　　通過云平臺進行數據分析、挖掘和趨勢分析,，幫助實現科學預警火災,、網格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標,。原先針對“九小場所"和?；飞a企業(yè)無法有效監(jiān)控的空白，適應于所有公建和民建,，實現了無人化值守智慧消防,，實現智慧消防“自動化"、“智能化",、“系統(tǒng)化",、用電管理“精細化"的實際需求。

　?。?）系統(tǒng)硬件配置

　　6結論

　　綜上所述，電力物聯網技術的應用,，能夠提高對電力設備的在線監(jiān)測效果,，保證電力系統(tǒng)安全可靠運行，促進電網向前發(fā)展,。在實踐應用期間,，技術人員應當合理構建電力設備通信網絡拓撲結構，優(yōu)化通信網絡部署,，實現在線監(jiān)測功能,。在變電站狀態(tài)監(jiān)測以及巡檢管理中,，電力物聯網技術能夠發(fā)揮良好優(yōu)勢，實時獲取異常信號,，預判電力設備的運行狀態(tài),，有效實施檢修維護，避免設備發(fā)生故障,，提高電力系統(tǒng)供電質量,。