電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

1常見(jiàn)電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

現(xiàn)階段，在電力行業(yè)內(nèi)，對(duì)電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用逐漸深化，較為常用的技術(shù)主要包括智能傳感器技術(shù)、標(biāo)識(shí)編碼技術(shù)以及通信電源技術(shù)等。

智能傳感器技術(shù)是指在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)體系的底層部分，用于識(shí)別物體并感知其狀態(tài)。由于智能變電站具有較為復(fù)雜的電磁環(huán)境，測(cè)量對(duì)象和參數(shù)種類多，對(duì)測(cè)量精度要求較高，所以，在應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)時(shí)，往往需要安裝具備強(qiáng)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(guò)減小體積來(lái)降低運(yùn)行功耗，可延長(zhǎng)無(wú)線傳感器的使用壽命，在未來(lái)發(fā)展前景較為廣闊。

標(biāo)識(shí)編碼技術(shù)主要是利用射頻識(shí)別技術(shù)，改善以往條形碼標(biāo)識(shí)易損壞、編碼差異大等缺陷。通過(guò)利用RFID通信距離實(shí)施定位，有利于加強(qiáng)巡檢管理。在應(yīng)用過(guò)程中，還需對(duì)智能變電站架構(gòu)進(jìn)行合理劃分，按照變電站的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)，有效地對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行間隔編號(hào)。

通信電源技術(shù)是為應(yīng)對(duì)智能變電站復(fù)雜環(huán)境的一項(xiàng)應(yīng)用手段。如當(dāng)前變電站中通信終端數(shù)量多、數(shù)據(jù)傳輸量大，當(dāng)無(wú)線設(shè)備在自組網(wǎng)和匯集節(jié)點(diǎn)時(shí)，通過(guò)利用功耗較低的通信設(shè)備，適應(yīng)變電站通信標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)已有通信接口實(shí)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(shù)的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)方法要點(diǎn)

2.1?合理構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

利用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)，應(yīng)當(dāng)合理構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。通常情況下，按照變電站電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的需求以及物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用特點(diǎn)，可設(shè)計(jì)電力通信設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效連接電力設(shè)備之間的通信，有效進(jìn)行信息傳遞、路由與控制等功能。在該結(jié)構(gòu)中，由傳感器網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)開展信息采集，經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)層對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的匯總，并連通上下層通信網(wǎng)，后與應(yīng)用層和感知層進(jìn)行通信。同時(shí)應(yīng)用層連接網(wǎng)絡(luò)通信功能、感知層借助數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、光傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息交換。

不過(guò)，在建立電力設(shè)備的通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)，由于通信網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備數(shù)據(jù)處理能力和動(dòng)態(tài)性能較差，對(duì)于業(yè)務(wù)信道分配不夠精細(xì)，二級(jí)網(wǎng)絡(luò)信息容易過(guò)濾，同類業(yè)務(wù)在不同網(wǎng)段內(nèi)，很容易將有價(jià)值信息過(guò)濾掉，且三級(jí)設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議具有復(fù)雜化特點(diǎn)、協(xié)議滲透性不強(qiáng)。針對(duì)相關(guān)技術(shù)難點(diǎn)，在構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)，可采用簡(jiǎn)單可靠的兩層結(jié)構(gòu)，有利于防范因廣播域過(guò)大導(dǎo)致不可控局面。因此，在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)支持下，選用環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有利于實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備之間的通信互通。主要是由兩個(gè)集中的節(jié)點(diǎn)組成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，其中節(jié)點(diǎn)起到控制管理流量的作用，各個(gè)主IED之間的通信，經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。在交換機(jī)之間，借助建議裝置的信息流實(shí)現(xiàn)固定方向流動(dòng)，并在兩個(gè)裝置之件設(shè)置一個(gè)邏輯鏈接，如物理鏈接發(fā)生失效故障時(shí)，可由交換機(jī)RSTP協(xié)議對(duì)路徑進(jìn)行重新計(jì)算，可滿足電力設(shè)備之間的通信需求。

2.2優(yōu)化電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)部署

建立電力設(shè)備通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后，應(yīng)優(yōu)化在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)部署。綜合考慮電磁干擾和電氣設(shè)備阻礙等因素對(duì)運(yùn)行環(huán)境產(chǎn)生的影響，需注重防范電力設(shè)備監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)丟失和時(shí)延增加。在技術(shù)實(shí)踐中，可按照網(wǎng)絡(luò)大流劃分環(huán)狀區(qū)域，根據(jù)電力設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的需求，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)施有效融合。如準(zhǔn)確計(jì)算節(jié)點(diǎn)距離因子，均衡網(wǎng)絡(luò)中的耗能，避免因節(jié)點(diǎn)距離過(guò)大而導(dǎo)致簇頭不合理，優(yōu)化電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)部署，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)使用壽命。

2.3實(shí)現(xiàn)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)功能

要想進(jìn)一步提升電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量和效果，應(yīng)當(dāng)運(yùn)用異常數(shù)據(jù)的辨識(shí)方法。如引進(jìn)橫向相似性方法進(jìn)行分析，通過(guò)采用相鄰采樣點(diǎn)的負(fù)荷變化率作為衡量指標(biāo)。比如，相鄰時(shí)刻的正常負(fù)荷變化率應(yīng)在某個(gè)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(diǎn)，其算法流程如圖2所示。采集實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)采樣點(diǎn)負(fù)荷變化率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，將其大值和小值作為正常范圍，當(dāng)數(shù)據(jù)不在該范圍則可判斷為異常數(shù)據(jù)點(diǎn)，按照異常點(diǎn)前后數(shù)據(jù)變化率的均值進(jìn)行修正，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)。

3電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用

3.1變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)中的具體應(yīng)用，主要表現(xiàn)在變電站設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面。即維護(hù)人員利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展定期預(yù)試和檢修，采用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)電力設(shè)備的缺陷進(jìn)行處理和調(diào)整。比如，在定期預(yù)試環(huán)節(jié)中，對(duì)運(yùn)行設(shè)備的各種狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)故障問(wèn)題的數(shù)據(jù)，合理預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)。在當(dāng)前電力系統(tǒng)規(guī)模逐漸擴(kuò)大的形勢(shì)下，為保障電力運(yùn)行工作的平穩(wěn)性，借助電力物聯(lián)網(wǎng)傳感器技術(shù)、標(biāo)識(shí)編碼技術(shù)和通信電源技術(shù)等，改善傳統(tǒng)檢修方法，有效進(jìn)行故障診斷，對(duì)變壓器和電容器等電力設(shè)備狀態(tài)開展的在線監(jiān)測(cè)，有利于提前預(yù)判識(shí)別突發(fā)性故障，保障電力電網(wǎng)整體運(yùn)行安全性，達(dá)到應(yīng)修必修目的。在實(shí)踐應(yīng)用中，其可體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在狀態(tài)采集層面。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠?qū)﹄娏υO(shè)備各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)實(shí)施采集，經(jīng)過(guò)智能傳感器模塊對(duì)信號(hào)實(shí)施轉(zhuǎn)換，有助于將源頭不同信息，轉(zhuǎn)換為便于處理的電信號(hào)或者光信號(hào)。感應(yīng)模塊中的感應(yīng)裝置是在線監(jiān)測(cè)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(shù)，可在狀態(tài)檢修模式下，在感知模塊內(nèi)安裝無(wú)線故障電流傳感裝置，目的是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電流進(jìn)行取樣和分析，判斷電力設(shè)備當(dāng)前電流是否屬于故障電流。

電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面。由于電力設(shè)備的各項(xiàng)參數(shù)會(huì)隨著運(yùn)行過(guò)程的變化而改變，例如，電壓、電流以及溫濕度等物理量，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)變化后，利用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)各項(xiàng)參數(shù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，管理人員可按照參數(shù)變化趨勢(shì)開展分析，評(píng)估識(shí)別實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)。同時(shí)，在采集參數(shù)時(shí)，因?yàn)殡娏υO(shè)備各項(xiàng)參數(shù)的類型、輸出信號(hào)等存在一定差異，可能會(huì)發(fā)生信號(hào)傳輸過(guò)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(hào)源轉(zhuǎn)換，以發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，了解電力設(shè)備的運(yùn)行情況，為相關(guān)檢修活動(dòng)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(duì)變電站電力設(shè)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(shí)、準(zhǔn)確地反映設(shè)備的詳細(xì)缺陷。在新時(shí)代，針對(duì)電力設(shè)備缺陷的記錄查找和實(shí)施監(jiān)督，可利用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，改善人工巡檢模式的弊端。如采用編碼標(biāo)識(shí)技術(shù)，對(duì)電力設(shè)備裝配RFID標(biāo)簽，利用相應(yīng)的手持終端即可查看電力設(shè)備信息。同時(shí)借助RFID通訊距離的優(yōu)勢(shì)，保障工作人員在一定范圍內(nèi)進(jìn)行巡檢，詳細(xì)查找故障隱患。在定期巡檢活動(dòng)中，相關(guān)人員還可使用手持終端對(duì)設(shè)備進(jìn)行拍照，改進(jìn)單一文字記錄方式，并實(shí)時(shí)將照片上傳到巡檢管理后臺(tái)。同時(shí)在巡檢過(guò)程中，手持終端也可提示相應(yīng)的巡檢地點(diǎn)和項(xiàng)目，避免出現(xiàn)路線漏檢等情況。在具體實(shí)踐中，除RFID技術(shù)外，也可采用激光掃描技術(shù)、紅外線檢測(cè)施護(hù)等，其應(yīng)用表現(xiàn)如下。

利用RFID技術(shù)識(shí)別電力設(shè)備應(yīng)用狀態(tài)。RFID技術(shù)是電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要組成部分，其主要原理是運(yùn)用紅外熱線感應(yīng)對(duì)物體狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別。在電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)中，可對(duì)設(shè)備原始狀態(tài)實(shí)施掃描檢驗(yàn)，再利用藍(lán)牙傳輸功能，將巡檢的電力設(shè)備情況轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信息，傳輸?shù)接?jì)算機(jī)自動(dòng)讀寫標(biāo)簽中，形成初步記錄。例如，對(duì)輸電線設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)時(shí)，利用RFID技術(shù)可轉(zhuǎn)化輸電線操作設(shè)備的生產(chǎn)合格標(biāo)準(zhǔn)，輸出巡檢電力設(shè)備的佳檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，確定此次檢驗(yàn)程序的優(yōu)值，合理判斷電力設(shè)備質(zhì)量。

運(yùn)用激光掃描技術(shù)開展電力設(shè)備信息數(shù)據(jù)管理。激光掃描技術(shù)與RFID技術(shù)的原理相近，通過(guò)外部掃描對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡檢，但該技術(shù)可利用超射線光波實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)。例如，對(duì)某電力設(shè)備進(jìn)行巡檢時(shí)，借助激光掃描技術(shù)能夠有效克服設(shè)備工作環(huán)境中的強(qiáng)電流和強(qiáng)電壓情況，檢驗(yàn)設(shè)備內(nèi)部系統(tǒng)的運(yùn)作情況，能夠提升在線監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)電力設(shè)備應(yīng)用情況。紅外線監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是針對(duì)電力設(shè)備在強(qiáng)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(shè)備應(yīng)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(cè)質(zhì)量，保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)例

4.1工程實(shí)例

某電廠總裝機(jī)容量為24MW，配備有2臺(tái)燃煤鍋爐和2臺(tái)12MW非調(diào)整抽汽式汽輪機(jī)組，隨著近年來(lái)不斷發(fā)展，對(duì)鍋爐、汽輪機(jī)等設(shè)備逐漸進(jìn)行更新，并實(shí)現(xiàn)PLC控制模式。當(dāng)前該火電廠的主要生產(chǎn)裝置基本實(shí)現(xiàn)了集散控制系統(tǒng)的過(guò)程控制。但各系統(tǒng)之間采用獨(dú)立運(yùn)行模式，缺乏有效整合，總體集成度不高。為保障火電廠設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行和高效控制，亟待建設(shè)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

4.2電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)思路

進(jìn)入新發(fā)展時(shí)代后，該火電廠引進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，研發(fā)設(shè)計(jì)電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其針對(duì)設(shè)備管理與安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用層次化結(jié)構(gòu)，將機(jī)爐電、輸煤、化水等設(shè)備狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)信息的異構(gòu)數(shù)據(jù)，經(jīng)采集模塊匯聚和接口機(jī)協(xié)議轉(zhuǎn)換，利用工業(yè)以太專網(wǎng)傳入數(shù)據(jù)庫(kù)。在電廠采集現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可借助物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)共享和計(jì)算功能等，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力設(shè)備的監(jiān)測(cè)與效能計(jì)算，并建立數(shù)據(jù)中心，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)視并分析設(shè)備的生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)，為安全生產(chǎn)決策提供支持。

4.3電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

該電廠基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備管理功能，采用統(tǒng)一編碼體系，以設(shè)備臺(tái)賬管理作為基礎(chǔ)，按照設(shè)備巡檢以及維修管理辦法等，針對(duì)設(shè)備缺陷以及備品備件等實(shí)施全壽命周期管理。為對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，建立生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，分析機(jī)組經(jīng)濟(jì)性能和能耗等，并按照班值開展機(jī)組運(yùn)行動(dòng)態(tài)考核，根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程的變化，自行調(diào)整機(jī)組分配負(fù)荷，合理指導(dǎo)生產(chǎn)。通過(guò)利用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建完善的電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一次投資完成現(xiàn)有信息化系統(tǒng)整合，并通過(guò)設(shè)備監(jiān)測(cè)改善鍋爐運(yùn)行效率、降低污染排放，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的統(tǒng)一。

5Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開放平臺(tái)是一套基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中臺(tái)，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)的平臺(tái)。用戶僅需購(gòu)買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選配網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃碼即可使用手機(jī)和電腦得到所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺(tái)提供數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量分析、用電管理、預(yù)付費(fèi)管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報(bào)警和記錄、運(yùn)維管理等功能，并支持多平臺(tái)、多語(yǔ)言、多終端數(shù)據(jù)訪問(wèn)。

（2）應(yīng)用場(chǎng)所

本平臺(tái)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(yùn)維等領(lǐng)域。

參考文獻(xiàn)

[1]周鐵.試析電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用.

[2]尚博祥,殷博,郭曉艷等.電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用研究[J].電氣自動(dòng)化,2021,43(06):67-70.

[3]崔大林,莊紅山,王曉飛等.基于泛在電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的繼電保護(hù)信息應(yīng)用研究[J].自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用,2020,39(11):76-80.

[4]企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè)2022.05版.

審核編輯 黃宇