電力物聯網傳感器技術在電力設備在線監測中的應用

許躍 駱娟

摘要：本文探討了電力物聯網傳感器技術，分析了電力物聯網傳感器技術在電力設備在線監測中的應用，研究了在電力設備在線監測中應用的關鍵問題。

關鍵詞：電力物聯網;傳感器技術;在線監測

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）12-0036-01

1 電力物聯網傳感器技術概述

1.1 電力物聯網

現階段，電力物聯網關鍵技術主要包括四個類型：（1）信息感知技術。信息感知技術的關鍵在于感知事物，其主要由WSN無線傳感網絡和識別技術組成，后者主要包括RFID射頻識別、二維碼、條形碼等技術。（2）信息傳輸組網技術。信息傳輸組網技術是實現數據傳輸的關鍵，現階段使用較為廣泛的為無線UN泛網與有線方式，前者主要包括3G、4G、GSM、RFID、LTE、WPAN等通信協議及技術，后者主要包括電力線載波通訊、光線傳感網等協議及技術。（3）嵌入式技術。電力物聯網中的嵌入式技術主要包括節點嵌入、輕量級處理嵌入以及分布式網絡嵌入等，涉及范圍極其廣泛。（4）信息安全技術。電力物聯網信息安全技術存在一定的特殊性，除共性的網絡安全問題之外，還有一些包括感知節點本地安全問題、感知網絡傳輸問題、數據信息采集安全問題等。相對來說，電力物聯網信息安全技術發展仍存在許多不足，泛用安全解決方案還不能百分百滿足現階段電力物聯網信息安全技術的需要。

1.2 電力物聯網的架構

（1）感知層。感知層通過傳感器控制技術、短距傳輸技術等完成數據的實時采集。（2）網絡層。網絡層是感知層與應用層聯系的紐帶與橋梁，是信息傳輸與數據通信的通道。隨著智能電網建設的逐步完善，網絡層在進行信息傳輸與數據通信時，以光纖網為主，安全性、可靠性極大提升。（3）應用層。應用層是電力物聯網的終極目標，在應用層當中數據信息被進行諸如分類、整合、轉換、分析、共享等操作，以支撐不能系統完成工作。涉及到電網的發、輸、變、配、用等各個環節。

1.3 傳感器技術

傳感器技術可以實現模擬信號向數字信號的轉換，以支持計算機完成數據信息的處理。傳感器技術對于物聯網的作用，就如同五官之于人體，是一類感知系統。在電力物聯網架構下，傳感器技術的應用主要包括六種類型：

（1）液位傳感器。液位傳感器的主要原理為流體靜力學，屬于壓力傳感器的一種，適用于電力設備的液體監測。（2）速度傳感器。速度傳感器可以實現非電量變化向電量變化的轉化，從而實現以速度為對象的監測。除此之外，速度傳感器還包括加速度傳感器，這是一種測量加速力的電子設備，主要用于電力環境的監測。（3）濕度傳感器。濕度傳感器作用的發揮主要是通過在基片處涂抹的感濕材料以形成的感濕膜。當空氣中的水分子與感濕材料發生吸附作用后，會使阻抗、介質常數等元件性能發生變化，從而產生濕敏，適用于電力設備所處環境的濕度監測。現階段濕度傳感器主要分為電阻和電容兩種形制。（4）氣敏傳感器。氣敏傳感器的監測對象為特定氣體，適用于變壓器等部件的一氧化碳監測。（5）紅外線傳感器。紅外線傳感器主要是利用紅外線的物理性質，實現無接觸式監測，監測對象為溫度、氣體成分等。（6）視覺傳感器。視覺傳感器適用于高像素捕捉，在工業領域多適用于測量定向及瑕疵檢測，在電力設備管理當中可以幫助進行防盜、防桿塔傾斜、防微風振動，以及故障定位及診斷等工作。

2 電力物聯網傳感器技術在電力設備在線監測中的應用

電力物聯網傳感器技術在電力設備在線監測中的應用，主要體現在對于輸電設備和變電設備的監測應用管理，具體分析如下[1，2]：

2.1 對于輸電設備的在線監測應用

對于輸電設備的在線監測應用，是電力物聯網傳感器技術在電力設備在線監測中應用的重點內容，主要監測內容以輸電設備運行狀況及運行環境為主，有效提升了對輸電線路發生覆冰、桿塔傾斜、導線風偏垂弧等情況時的感知及預警能力，對于實現輸電設備運行狀態的動態全時監測有重要推動作用。

2.2 對于變電設備的在線監測應用

變電設備的在線監測應用主要包括變壓器鐵芯電流、油色譜、GIS局放和避雷器絕緣等內容。以電力物聯網傳感器技術為基礎的在線監測一方面可以實現設備運行信息的高敏采集，另一方面可以實現變電設備預試項目的在線化管理，從而進行設備運行狀態的在線診斷與評估。對于推動變電站向智能化方向發展，提升變電站安全性能監測能力有重要意義。

3 電力物聯網傳感器技術在電力設備在線監測中應用的關鍵問題

為進一步提升電力物聯網傳感器技術在電力設備在線監測中的應用水平，有以下關鍵問題需要處理及引起注意，具體分析如下[3]：

3.1 解決電力物聯網傳感器技術應用中的客觀問題

現階段，電力物聯網傳感器技術在應用的過程中主要存在節點間通訊干擾、技術競爭力不足、知識產權保護不力等客觀問題，對于電力物聯網傳感器技術的深度應用及水平提升有一定的阻礙作用。受此影響，基于電力物聯網傳感器技術的電力設備在線監測技術也存在設備故障率高、監測不穩定等問題。

3.2 解決數據信息無線傳感過程中的安全性問題

電力系統在國家經濟社會發展過程中具有基礎保障性作用，實現電力物聯網傳感器技術在電力設備在線監測中的應用，首要任務是確保網絡環境下，無線傳感過程中的數據信息安全。然而現階段，在在線監測的數據信息無線傳感過程中，依然存在節點遭受破壞，非權限訪問、數據篡改等情況，發生這些問題的主要原因：一是由于通訊方式的多樣使得安全防護措施覆蓋不及，二是可靠的物聯網認證機制和加密機制發展尚不成熟。

3.3 解決電力物聯網傳感器技術的標準化統一問題

電力物聯網傳感器技術已經在電力設備監測等方面有所應用，且有推廣之勢，然后現階段我國在相關設備器材、系統層技術標準等方面都缺乏統一的標準，這就使得設備生產廠家及技術支持企業的能力水平，標準規范沒有參考可依，造成市場的混亂，嚴重制約了在線監測技術的規范化推廣與應用。針對這一問題，就需要國家加大規范力度，制定統一標準，做好長遠規劃，一方面針對硬件設備，另一方面針對軟件系統，做好質量監管及體系認證工作。