淺談電力物聯網技術在電力設備在線監測中的應用

李明君

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801

摘要：近年來，社會經濟發展速度不斷提升，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揮功能，保障供電安全性和穩定性，應當加強對電力設備的監測和管理。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測方法要點，分析在變電站設備狀態監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展，推動電力設備在線監測的合理實現，保證電力系統健康、平穩地運行。

關鍵詞：電力物聯網技術；電力設備；在線監測；具體應用

0引言

基于當前我國電力系統逐漸趨向智能化方向發展，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定和安全。而為實現對電力設備的實時在線監控，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展而來的一種新型手段，通過對物體進行定位跟蹤、實時監控和管理，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測的準確性和可靠性，為電力系統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。由于智能變電站具有較為復雜的電磁環境，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揮。

2基于電力物聯網技術的電力設備在線監測方法要點

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監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性能較差，對于業務信道分配不夠精細，二級網絡信息容易過濾，同類業務在不同網段內，很容易將有價值信息過濾掉，且三級設備的網絡協議具有復雜化特點、協議滲透性不強。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點組成整個網絡，其中節點起到控制管理流量的作用，各個主IED之間的通信，經過節點轉發。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，如物理鏈接發生失效故障時，可由交換機RSTP協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優化電力設備在線監測網絡部署

建立電力設備通信網絡拓撲結構后，應優化在線監測網絡部署。綜合考慮電磁干擾和電氣設備阻礙等因素對運行環境產生的影響，需注重防范電力設備監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狀區域，根據電力設備狀態數據的需求，對監測數據實施有效融合。如準確計算節點距離因子，均衡網絡中的耗能，避免因節點距離過大而導致簇頭不合理，優化電力設備在線監測網絡部署，延長網絡使用壽命。

2.3實現電力設備在線監測功能

要想進一步提升電力設備在線監測數據質量和效果，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測。

3電力物聯網技術在電力設備在線監測中的具體應用

3.1變電站設備狀態監測

電力物聯網技術在電力設備在線監測中的具體應用，主要表現在變電站設備的狀態監測方面。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，在定期預試環節中，對運行設備的各種狀態實施監測，及時發現可能出現故障問題的數據，合理預知風險。在當前電力系統規模逐漸擴大的形勢下，為保障電力運行工作的平穩性，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開展的在線監測，有利于提前預判識別突發性故障，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測系統程序的開端，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監測方面。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。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，以發揮物聯網技術的優勢，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。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進行識別。在電力設備在線監測中，可對設備原始狀態實施掃描檢驗，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境中的強電流和強電壓情況，檢驗設備內部系統的運作情況，能夠提升在線監測的安全性和可靠性，保證變電站正常穩定供電傳輸。

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

4基于電力物聯網技術的電力設備在線監測系統實例

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的過程控制。但各系統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定運行和高效控制，亟待建設設備在線監測系統。

4.2電力設備在線監測系統建設思路

進入新發展時代后，該火電廠引進物聯網技術，研發設計電力設備在線監測系統。其針對設備管理與安全運行監測系統采用層次化結構，將機爐電、輸煤、化水等設備狀態在線監測信息的異構數據，經采集模塊匯聚和接口機協議轉換，利用工業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測與效能計算，并建立數據中心，能夠實時監視并分析設備的生產運行狀態，為安全生產決策提供支持。

4.3電力設備在線監測系統的實現

該電廠基于物聯網技術建立電力設備在線監測系統，為實現設備管理功能，采用統一編碼體系，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測，建立生產運行監測系統，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測系統，實現一次投資完成現有信息化系統整合，并通過設備監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數據服務。

該平臺提供數據駕駛艙、電氣安全監測、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、樓管系統集成商、小型物業、智慧城市、變配電站、建筑樓宇、通信基站、工業能耗、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對各種監測數據的查詢、分析、預警及綜合展示，以保證配電室的環境友好。在智能化方面實現供配電監控系統的遙測'、遙信、遙控控制，對系統進行綜合檢測和統一管理；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，節約人力資源。

變壓器監控

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，實現全廠能源系統的統一調度，優化能源介質平衡、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，查看系統日志等功能；

2）系統配置：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，對接入系統的充電樁站點和各個充電樁進行不間斷地數據采集和監控，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域的室內照明、城市路燈等照明回路的用電狀態進行不間斷地數據監測，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，并達到一定節能減掛的效果。

監控頁面

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計分析，并將發現的各種隱患信息及時推送給企業管理人員，指導企業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、落實多元責任監管等目標。***原先針對“九小場所"和危化品生產企業無法有效監控的空白，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"、“系統化"、用電管理“精細化"的實際需求。

（5）系統硬件配置

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測效果，保證電力系統安全可靠運行，促進電網向前發展。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，優化通信網絡部署，實現在線監測功能。在變電站狀態監測以及巡檢管理中，電力物聯網技術能夠發揮良好優勢，實時獲取異常信號，預判電力設備的運行狀態，有效實施檢修維護，避免設備發生故障，提高電力系統供電質量。

參考文獻

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[4]企業微電網設計與應用手冊2022.05版.

作者簡介

李明君，男，安科瑞電氣股份有限公司