物聯(lián)網技術在電力設備狀態(tài)檢修中的應用

謝黎 朱江

【摘要】 隨著經濟和社會的高速發(fā)展，社會各行業(yè)和居民生活對電力的需求量也在不斷加大，對供電質量和供電安全可靠性的要求也日益增強。傳統(tǒng)的電力設備狀態(tài)檢修工作模式需要順應新的信息化發(fā)展趨勢，并為之發(fā)生巨大轉變。物聯(lián)網技術在電力設備狀態(tài)檢修工作中的融合將從根本上改變這一工作模式。本文對基于物聯(lián)網技術的電力設備狀態(tài)檢修中的應用進行了介紹和研究，并結合應用模型對物聯(lián)網技術在狀態(tài)檢修應用中的作用做出了評價和展望。

【關鍵詞】 物聯(lián)網 電力設備 狀態(tài)檢修 檢修計劃

引言

在物聯(lián)網快速發(fā)展的今天，從工廠自動化和車載網絡接入到穿戴式設備和家用電器，物聯(lián)網已觸及了我們生活的方方面面，然而基于物聯(lián)網技術的電力設備狀態(tài)檢修應用卻是一個新生且具有挑戰(zhàn)的課題。物聯(lián)網技術在電力設備狀態(tài)檢修應用中的核心部分即對設備狀態(tài)監(jiān)測水平的提高，通過物聯(lián)網技術可以獲取到實施可靠的設備在線運行數據，對電力設備狀態(tài)檢測所需的監(jiān)測任務、監(jiān)測數據進行實時抓取，然后對數據流和信息流進行分析、整理，并根據電力設備管理及檢修計劃結合分析結果制定設備檢修工作計劃，從根本上改變電力設備定期檢修和事后檢修相結合的傳統(tǒng)檢修模式。

一、物聯(lián)網技術發(fā)展現狀

物聯(lián)網的概念最早可以追溯到1990年施樂公司的網絡可樂販售機，但首次提出物聯(lián)網這個概念是1999年在美國召開的移動計算和網絡國際會議。當時基于互聯(lián)網、RFID技術、EPC標準，在計算機互聯(lián)網的基礎上，利用射頻識別技術、無線數據通信技術等，構造了一個實現全球物品信息實時共享的實物互聯(lián)網“Internet of things”，簡稱物聯(lián)網。

顧名思義，物聯(lián)網就是物物相連的互聯(lián)網。這其中有兩層意思：第一、物聯(lián)網的核心和基礎仍然是互聯(lián)網，是在互聯(lián)網基礎上的延伸和擴展的網絡；第二、其用戶端延伸和擴展到了任何物品與物品之間，進行信息交換和通信。

然而物聯(lián)網自誕生至今已經發(fā)生了很大的變化，從最初依托射頻識別技術、感知技術以及計算機技術的各種傳感設備，通過接入互聯(lián)網實現信息傳輸和協(xié)同處理，從而實現人與物、物與物之間的信息交換需求的互聯(lián)。物聯(lián)網是互聯(lián)網的應用拓展，與其說物聯(lián)網是網絡，不如說物聯(lián)網是業(yè)務和應用。物聯(lián)網通過智能感知、識別技術與普適計算、廣泛應用于網絡的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯(lián)網之后世界信息產業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。

物聯(lián)網按網絡架構可劃分為：感知層、網絡層、應用層，三個部分。其中感知層主要作用于實現整個物聯(lián)網的智能感知，運用射頻技術、傳感技術、無線通信技術，實現物體的識別和信息的采集；網絡層主要作用于實現信息的傳遞和處理感知層獲取的信息，可以由互聯(lián)網、租用通道、自建通道構成，是整個物聯(lián)網的中樞；應用層主要作用于實現各類智能應用，是物聯(lián)網和用戶的接口，與實際需求緊密結合。在物聯(lián)網技術中，RFID、傳感網、M2M、兩化融合被稱為物聯(lián)網的四大關鍵支撐技術，其結構示意圖如下：

其中兩化融合主要應用于工業(yè)信息化，特別是自動化和制造業(yè)。RFID、傳感網、M2M在電力系統(tǒng)尤其是智能電網應用中起到了關鍵作用。

二、電力設備狀態(tài)檢修技術發(fā)展現狀

電力設備狀態(tài)檢修模式的發(fā)展主要經歷了故障檢修、預防性檢修，兩個重要的階段。其中，故障檢修是指，當運行中的設備，其狀態(tài)處于不得不進行檢修的情況時，才對其進行檢修的工作模式，它是一種被動檢修的模式。而預防性檢修與故障檢修相比顯得較為主動，這種檢修模式旨在降低或減少因檢修對生產環(huán)境所造成的影響。因此在具體操作中，采取對在運設備實施定期檢修或計劃性檢修兩種方式。從某種方面來看，預防性檢修已基本具備狀態(tài)檢修的雛形，無論在效率和安全方面都優(yōu)于故障檢修，但由于其具體檢修的時間周期和檢修內容都是預先設定好的，因此在實際運作中往往會出現無法處理偶發(fā)、突發(fā)性事件的情況。此外還會因為定期或計劃的周期密度小，造成正常設備過度檢修的情況。除此之外，還可能因為諸多的外界因素，直接或者間接的影響檢修工作的順利完成。如此一來，在設備檢修過程中勢必會造成人力、財力、物力、時間各方面的損失。

由此看來，在預防性檢修模式下倘若能夠將設定檢修周期和檢修內容與設備實際運行狀態(tài)相結合，通過對在運設備進行可靠性評估，從而建立出設備運行狀態(tài)的評價結果，根據結果進一步指導設備檢修工作的開展，這就是所謂的狀態(tài)檢修機制。然而，要獲取設備的運行狀態(tài)，離不開對設備的周期性巡檢。目前電力設備的巡檢工作除少部分具備自動化信息采集傳回數據，主要還是依靠巡檢人員定期、定時的對其進行人工巡檢。傳統(tǒng)的巡檢工作主要采用手工紙質現場記錄，后期整理導入信息系統(tǒng)的方式，不僅工作量巨大，效率低下，而且受氣候、環(huán)境、以及人員素質和責任心等多方面因素的制約和影響。巡檢質量不高、巡視不到位也時有發(fā)生。采用傳統(tǒng)的巡檢方式，無法滿足設備的運行狀態(tài)和缺陷等信息的及時反饋，可能因延誤檢修造成設備停機或損壞等重大事故。然而如何解決實時獲取設備的運行狀態(tài)，并將獲取信息數據實時反饋這一問題呢？

三、基于物聯(lián)網技術的電力設備狀態(tài)檢修

電力設備狀態(tài)檢修是生產管理工作的重要組成部分，對提高設備健康水平、保證電網安全、可靠運行具有重要意義。隨著電網的快速發(fā)展及用戶對供電可靠性要求的逐步提高，傳統(tǒng)的基于周期設備檢修模式已經不能適應電網發(fā)展的要求，迫切需要在充分考慮電網安全、環(huán)境、效益等因素條件下，研究、探索提高設備運行可靠性和檢修針對性的新的檢修管理方式。狀態(tài)檢修模式與物聯(lián)網技術的融合是解決當前電力設備狀態(tài)檢修工作中面臨問題的重要手段。下面是基于物聯(lián)網技術的電力設備狀態(tài)檢修模式的架構示意圖3。

從圖3中可以看出，在物聯(lián)網的感知層部署了無線發(fā)射塔和無線中繼基站，以滿足無線信號的覆蓋。此外，在電力設備側部署了無線傳感器，傳感器可將監(jiān)測到的設備狀態(tài)信息通過無線射頻的方式上傳至基站，最終在網絡層中的RFID信息采集系統(tǒng)匯總并保存。傳回的監(jiān)控數據主要包含：設備資產信息、運行狀態(tài)信息、全生命周期等，管理員可方便的使用監(jiān)控管理平臺對采集系統(tǒng)進行數據的遠程維護。另外，通過對這些數據的核實審查和綜合分析，可得出設備運行狀態(tài)評估結果。然后將結果發(fā)送至狀態(tài)檢修智能輔助決策系統(tǒng)，經智能決策與人工決策的結合，最后生成狀態(tài)檢修計劃并及時下達給檢修人員。檢修人員在收到檢修計劃后，依照手執(zhí)式RFID巡檢設備上同步的檢修計劃安排，前往現場對設備進行檢修，并及時將檢修情況和結果上傳至狀態(tài)信息采集系統(tǒng)。運用物聯(lián)網技術中位于感知層面的RFID無線射頻識別技術，可方便的實現將設備的運行狀態(tài)經傳感器實時采集，并通過無線的方式實時傳回監(jiān)測數據。隨后檢修人員可對傳回的數據進行分析，從中獲取設備的運行狀況、評價、全生命周期等情況，進而對設備進行運行狀態(tài)的可靠性評估，最后根據評價結果確定設備檢修的內容和時間。與傳統(tǒng)的狀態(tài)檢修模式不同的是，這種檢修方法是完全建立在對設備運行狀態(tài)的實時監(jiān)測及反饋信息的故障診斷的基礎之上。通過采用專用設備傳感器、RFID射頻識別、WSN無線傳感網、計算機軟硬件、網絡系統(tǒng)、業(yè)務系統(tǒng)支撐下的信號處理、分析、診斷等技術的融合應用，對設備在運行中突發(fā)的異常情況進行狀態(tài)分析，并對異常部位、嚴重程度、發(fā)展趨勢做出預判斷，提早識別故障征兆，做出合理的檢修決策。此外，對海量的實時采集數據進行收集、整理、分析，還能隨時掌握設備性能下降的程度，從而在設備性能即將降至臨界之前，提前安排檢修工作計劃，降低運維管理成本，避免檢修過度的情況，提高電網運行的可靠性。采用物聯(lián)網技術能夠獲得實時、可靠的在線數據，為狀態(tài)檢修提供更好的數據支撐，同時還能有效地提高狀態(tài)檢修的針對性和檢修效率。

四、總結和展望

目前，物聯(lián)網在我國已形成了一定的市場規(guī)模，物聯(lián)網技術已廣泛應用于公共安全、城市管理、環(huán)境監(jiān)測、節(jié)能減排、交通監(jiān)管等領域，越來越多的成功案例向我們展示了物聯(lián)網的輝煌成就。采用物聯(lián)網技術的電力設備狀態(tài)檢修，正是物聯(lián)網在電力企業(yè)狀態(tài)檢修工作中的應用方式和前景。

由于采取了先進的物聯(lián)網監(jiān)測技術手段，才能在電力設備狀態(tài)檢修工作中以“第一手”數據作為評價設備狀態(tài)的依據。同時根據對設備異常和故障發(fā)展趨勢的預判來指導和決策狀態(tài)檢修工作的開展，從根本上改變了傳統(tǒng)的檢修模式，減輕了設備現場巡檢的工作壓力，保障了巡視質量，提高了工作效率，也為提高設備運行可靠性提供了有力的保障。相信隨著物聯(lián)網技術在電力企業(yè)中不斷的深入應用，通過各式各樣的智能傳感器將電力設備、設施互聯(lián)并感知，實現電力系統(tǒng)的分布式智能信息傳輸、計算和控制。構建接入靈活、標準統(tǒng)一、穩(wěn)定可靠的電力智能物聯(lián)網，為智能電網的穩(wěn)定運行保駕護航。

參 考 文 獻

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