【應用案例】電力物聯(lián)網(wǎng)技術在電力設備在線監(jiān)測中的應用

未曉妃

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

  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(xiàn)大量的運行數(shù)據(jù)，通過采集和分析電力設備狀態(tài)數(shù)據(jù)，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(xiàn)對電力設備的實時在線監(jiān)控，應借助現(xiàn)代科學技術。電力物聯(lián)網(wǎng)技術是在計算機和互聯(lián)網(wǎng)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(xiàn)實實際與網(wǎng)絡空間實時連接，形成相對完整的網(wǎng)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(lián)網(wǎng)技術

  現(xiàn)階段，在電力行業(yè)內(nèi)，對電力物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)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(shù)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(shù)量多、數(shù)據(jù)傳輸量大，當無線設備在自組網(wǎng)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(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡拓撲結構

  利用電力物聯(lián)網(wǎng)技術實現(xiàn)電力設備在線監(jiān)測，應當合理構建通信網(wǎng)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(lián)網(wǎng)的應用特點，可設計電力通信設備通信網(wǎng)絡拓撲結構，如圖1所示。借助物聯(lián)網(wǎng)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(wǎng)絡負責開展信息采集，經(jīng)過網(wǎng)絡層對實時數(shù)據(jù)的匯總，并連通上下層通信網(wǎng)，后與應用層和感知層進行通信。同時應用層連接網(wǎng)絡通信功能、感知層借助數(shù)據(jù)網(wǎng)絡、光傳輸網(wǎng)絡實現(xiàn)信息交換。

  不過，在建立電力設備的通信網(wǎng)絡時，由于通信網(wǎng)絡中的設備數(shù)據(jù)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(wǎng)絡信息容易過濾，同類業(yè)務在不同網(wǎng)段內(nèi)，很容易將有價值信息過濾掉，且三級設備的網(wǎng)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(wǎng)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(lián)網(wǎng)技術支持下，選用環(huán)型拓撲結構，有利于實現(xiàn)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(wǎng)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(jīng)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(xiàn)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(wǎng)絡部署

  建立電力設備通信網(wǎng)絡拓撲結構后，應優(yōu)化在線監(jiān)測網(wǎng)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(chǎn)生的影響，需注重防范電力設備監(jiān)測數(shù)據(jù)丟失和時延增加。在技術實踐中，可按照網(wǎng)絡大流劃分環(huán)狀區(qū)域，根據(jù)電力設備狀態(tài)數(shù)據(jù)的需求，對監(jiān)測數(shù)據(jù)實施有效*合。如準確計算節(jié)點距離因子，均衡網(wǎng)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(wǎng)絡部署，延長網(wǎng)絡使用壽命。

2.3實現(xiàn)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(shù)據(jù)質(zhì)量和效果，應當運用異常數(shù)據(jù)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(nèi)，如發(fā)現(xiàn)不在正常范圍內(nèi)，表示存在異常數(shù)據(jù)點，其算法流程如圖2所示。采集實時數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)不在該范圍則可判斷為異常數(shù)據(jù)點，按照異常點前后數(shù)據(jù)變化率的均值進行修正，有效實現(xiàn)對電力設備的在線監(jiān)測。

3電力物聯(lián)網(wǎng)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(lián)網(wǎng)技術在電力設備在線監(jiān)測中的具體應用，主要表現(xiàn)在變電站設備的狀態(tài)監(jiān)測方面。即維護人員利用物聯(lián)網(wǎng)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(diào)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(xiàn)可能出現(xiàn)故障問題的數(shù)據(jù)，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(lián)網(wǎng)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(wǎng)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(xiàn)在以下兩個方面：

  電力物聯(lián)網(wǎng)技術應用在狀態(tài)采集層面。物聯(lián)網(wǎng)技術能夠?qū)﹄娏υO備各項運行參數(shù)實施采集，經(jīng)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(lián)網(wǎng)技術，可在狀態(tài)檢修模式下，在感知模塊內(nèi)安裝無線故障電流傳感裝置，目的是對現(xiàn)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(lián)網(wǎng)技術應用在狀態(tài)監(jiān)測方面。由于電力設備的各項參數(shù)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(lián)網(wǎng)技術對各項參數(shù)信息進行實時采集，管理人員可按照參數(shù)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(shù)時，因為電力設備各項參數(shù)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(zhì)量。因此，管理人員在完成各類型數(shù)據(jù)采集后，要做好信號源轉換，以發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)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(jù)。

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(jīng)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(lián)網(wǎng)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(nèi)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(xiàn)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(xiàn)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(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)信息，傳輸?shù)接嬎銠C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(chǎn)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(zhì)量。

  運用激光掃描技術開展電力設備信息數(shù)據(jù)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(xiàn)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(nèi)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(zhì)量，保證電力系統(tǒng)的正常運行。

4基于電力物聯(lián)網(wǎng)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(diào)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(xiàn)PLC控制模式。當前該火電廠的主要生產(chǎn)裝置基本實現(xiàn)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*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(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)，經(jīng)采集模塊匯聚和接口機協(xié)議轉換，利用工業(yè)以太專網(wǎng)傳入數(shù)據(jù)庫。在電廠采集現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)的基礎上，可借助物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)共享和計算功能等，實現(xiàn)對電力設備的監(jiān)測與效能計算，并建立數(shù)據(jù)中心，能夠?qū)崟r監(jiān)視并分析設備的生產(chǎn)運行狀態(tài)，為安全生產(chǎn)決策提供支持。

4.3電力設備在線監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)

  該電廠基于物聯(lián)網(wǎng)技術建立電力設備在線監(jiān)測系統(tǒng)，為實現(xiàn)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(chǎn)過程進行在線監(jiān)測，建立生產(chǎn)運行監(jiān)測系統(tǒng)，分析機組經(jīng)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(jù)生產(chǎn)過程的變化，自行調(diào)整機組分配負荷，合理指導生產(chǎn)。通過利用電力物聯(lián)網(wǎng)技術構建完善的電力設備在線監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)一次投資完成現(xiàn)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(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益的統(tǒng)一。

5Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺

（1）概述

 Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標準，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務的平臺。用戶僅需購買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)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(shù)據(jù)服務。

 該平臺提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測、電能質(zhì)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(shù)據(jù)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。

（3）平臺結構

（4）平臺功能

◆電力集抄

 電力集抄模塊可以實現(xiàn)對各種監(jiān)測數(shù)據(jù)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(xiàn)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(shù)據(jù)資源管理方面，可以顯示或查詢供配電室內(nèi)各設備運行（包括歷史和實時參數(shù)，并根據(jù)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(xiàn)從能源數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、能源介質(zhì)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(chǎn)以及使用的全過程有*結合起來，運用先進的數(shù)據(jù)處理與分析技術，進行離線生產(chǎn)分析與管理，實現(xiàn)全廠能源系統(tǒng)的統(tǒng)一調(diào)度，優(yōu)化能源介質(zhì)平衡、有效利用能源，提高能源質(zhì)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(shù)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*心：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(lián)網(wǎng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)管理等功能。

充電樁看板

◆智能照明

 智能照明通過物聯(lián)網(wǎng)技術對安裝在城市各區(qū)域的室內(nèi)照明、城市路燈等照明回路的用電狀態(tài)進行不間斷地數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可以實現(xiàn)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

 安全用電采用一時間的排查和治理，達到消潛在電氣火災安全隱患，實現(xiàn)“防患于未然”的目的。

◆智慧消防

 通過云平臺進行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實現(xiàn)科學預警火災、網(wǎng)格化管理、落實多元責任監(jiān)管等目標。填*了原先針對“九小場所”和危化品生產(chǎn)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(xiàn)了無人化值守智慧消防，實現(xiàn)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。

（5）系統(tǒng)硬件配置