將物聯網技術引入特高壓工程管理

王振明，國家電網公司交流建設分公司專責。

董玉震，錫盟—泰州±800kV特高壓直流工程天津直流線路業主項目部常務副經理。

宋華松，淮南—南京—上海1000kV特高壓交流工程安徽線路業主項目部副經理。

未來幾年我國將建設9條特高壓輸電通道以防治霧霾，在特高壓電網大規模建設時期，將物聯網技術應用到特高壓的工程建設管理現場，必將成為重要的發展方向。

現在物聯網已經在特高壓輸變電工程建設管理中得到應用，但由于工程建設現場的特殊性，物聯網的應用只能提供數據報送等輔助性功能，不能實現建設現場信息的實時在線監控和形象展示。隨著我國特高壓電網的大規模建設，未來幾年我國將建設9條特高壓輸電通道以防治霧霾，特高壓變電站工程建設數量將達到20余個，特高壓線路達數千公里。在特高壓電網大規模建設時期，特高壓的建設管理亟需物聯網技術的支撐管理。

認識物聯網技術

物聯網（Internet of Things，IOT）是一個基于互聯網、傳統電信網等信息承載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現互聯互通的網絡。物聯網是使物品之間產生不經人類干預的信息傳遞與控制，從而實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。

通過各種有線和無線網絡與互聯網融合，將物體的信息實時準確地傳遞出去。在物聯網上的傳感器定時采集的信息需要通過網絡傳輸，由于其數量極其龐大，形成了海量信息，物聯網一般為無線網，由于每個物體或人周圍的設備可以達到1000～5000個，所以物聯網可能要包含500兆至1000兆個物體。

物聯網的三個層次

物聯網可分為三層：感知層、網絡層和應用層。

感知層是物聯網的皮膚和五官，識別物體，采集信息。感知層包括二維碼標簽和識讀器，RFID標簽和讀寫器、攝像頭、GPS、傳感器、中段、傳感器網絡等，主要是識別物體，采集信息，與人體結構中皮膚和五官的作用相似。

網絡層是物聯網的神經中樞和大腦，傳遞和處理信息。網絡層包括通信與互聯網的融合網絡、網絡管理中心、信息中心和智能處理中心等。網絡層將感知層獲取的信息進行傳遞和處理，類似于人體結構中的神經中樞和大腦。

應用層是物聯網的“社會分工”與行業需求結合，實現廣泛智能化。應用層是物聯網與行業專業技術的深度融合，與行業需求結合，實現行業智能化，這類似于人的社會分工，最終構成人類社會。

物聯網是互聯網的應用拓展，應用創新是物聯網發展的核心，以用戶體驗為核心是物聯網發展的靈魂，被稱為繼計算機、互聯網之后世界信息產業發展的第三次浪潮。置身信息化革命的浪潮，物聯網技術是信息技術移動泛在化的一個具體應用。

圖1 物聯網的三個層次

物聯網的三個層次如圖1所示。

物聯網技術在特高壓工程項目的應用構想

在特高壓輸變電工程中，一般情況下工程線路距離在幾百千米到上千千米不等，尤其在特高壓變電工程系統復雜，人員、機械、設備繁多，特高壓線路工程上每級鐵塔最少幾十噸，多則幾百噸，1000kV交流同塔雙回線路平均高度超過100米。針對距離遠，人員、機械、設備眾多，工程量大，施工現場危險點多等特點，對于特高壓現場的管理提出了很高的要求，因此引入物聯網技術對特高壓工程管理有積極的意義。根據特高壓工程的實際情況將物聯網技術應用分為現場管理和決策管理。將特高壓工程分解為若干個工程單元，每個施工單元中分為人機管理、設備管理、安全管理、質量管理等各個應用單元（見圖2）。決策管理為分層決策，包括每個施工單元和整個工程的決策。

人機管理

運用RFID進行人員、機械跟蹤管理，人員無需排隊靠近記錄點，上百人同時快速進入施工現場也能正確記錄。系統自動記錄人員進出施工現場的時間，并自動統計生成每日報表、每月報表等，為現場人員管理提供基礎信息，并且可以實時監測現場人員情況。

管理者可以利用此數據庫實現更好地監督管理和現場調度，從而保證工地施工的安全性。傳輸到服務器的信息數據，可以利用統計分析功能實現每個工作人員設備接觸的記錄查看，對于違規操作的數據將呈現紅色預警狀態。通過規定時間內工作人員個人和全體違規操作的比例查看，管理者可以依據此比例實現管理強度和力度的有效控制，使現場的安全隱患降到最低值。若有事故發生，該功能也會為事故責任追溯提供有說服力的數據依據。

在施工現場重要設備上安裝標簽，在設備管理系統中可錄入安裝設備型號、運行編號等相關信息，在設備安裝過程中進行監控。通過這種方式可以實現設備安裝施工狀態采集，在重要節點進行管理，降低各階段存在的安全隱患。在現場重要施工設備均要安裝RFID標簽，在系統中錄入基本信息，比如某吊車在何時進行年檢，牽張設備是否已進行安全檢測等信息，系統將進行提示。

設備管理

在特高壓變電站有近千臺設備，特別是一次主設備有上百個附件，通過在設備上安裝RFID標簽、GPS進行管理，沖撞記錄儀裝進行管理，全程監測運輸、安裝等狀態，如變壓器、高抗等注油設備，可以通過加裝溫度傳感器等方法，對安裝過程進行全程實時監控，以確保安裝質量。

安全管理

特高壓變電站工程中有很多危險等級較高的作業項目，在確定工作風險等級后，通過系統可以及時了解高危作業區域人員、施工設備狀態。特別是在組塔作業工作中，可以有效區分高空作業和地面作業的作業區域。通過在系統中融入LEC安全風險評價方法定義及計算方法數學模型，以自動算出風險等級，建立風險等級作業臺賬，依據工程整體進度，提示各項安全檢查和措施落實，加強施工過程安全控制是保障工程本質安全的最為有效的方法。通過系統可及時了解事故發生前現場人員總數、分布區域、人員的基本情況和人員最后接觸的設備等。在事故發生后可通過運動軌跡，判斷事故人員，以便及時搜救和處理事故。

進度管理

特高壓線路施工放線時在牽引導線的走板上加裝RFID標簽，可以實現對整個放線過程和進度進行有效監控。通過在塔基下、桿塔上及輸電線路上安裝地埋振動傳感器、距離傳感器等裝置可以采集傳輸線路環節的狀態信息，從而實現對線路施工進度的狀態信息進行在線監測。

決策管理

（1）決策支持。建立數據分析系統可為每個施工單元與整個工程及時提供實時監測信息，利用大數據分析的方法，與歷史及類似工程對比信息及多項分析指標所需數據，為指揮決策提供重要數據支撐。如現場特高壓線路工程的不同的施工單元進度偏差巨大，這時將要利用大數據結合現場實際情況進行分析，尋找解決辦法。

（2）遠程調度。根據物聯網技術提供的各項數據，通過物聯網的通訊系統實現現場人機材的調度，特別是線路工程，點與點之間距離較遠，這樣可以通過各項數據選取最佳方案，從而節省人力、物力、財力。

圖2 特高壓工程分解圖

（3）責任追溯。對于施工現場的安全、質量監管和生產管理提供實時準確的信息，實現事故責任追溯的有力數據支撐。如某施工單元出現安全問題，可以找到事故現場的所有人員，通過物聯網采集的人員、機械、設備等數據進行追溯。

發展展望

物聯網把新一代IT技術充分運用在各行各業中，具體地說，就是把物聯網感應器嵌入和裝備到特高壓電網建設中的各個元素，然后將“物聯網”與現有的互聯網整合起來，實現人類社會與物理系統的整合，在這個整合的網絡中，存在能力超級強大的中心計算機群，能夠對整合網絡內的人員、機器、設備和基礎設施實時進行管理和控制，在此基礎上，人類可以實現無所不在的計算和網絡，以更加精細和動態的方式管理生產和生活，管理特高壓工程，達到“智慧”狀態，提高資源利用效率和生產力水平，改善人與自然間的關系。

在施工過程中，精細化管理涉及建設過程的每一個環節。通過物聯網技術實時監測全建設過程，采集生產過程中的所有數據，并對人員、機械、設備、安全、質量進行管控，讓整個施工現場完全透明化，為建設方營造一個快速響應、有彈性的精細化制造管理平臺。

通過物聯網技術的深入應用，塑造新的工程管理模式，可以實現資源的優化配置，保證施工安全，提高施工質量，降低工程投資。