物聯網技術在特高壓變電站中的應用探討

潘濤

摘要：物聯網技術在特高壓變電站中的應用，不僅可以推動電力網絡向能源互聯網轉型升級，而且可以持續深化清潔能源革命，為安全高效率的能源體系構建提供支持。因此，文章以能源清潔低碳專項深入推進項目為背景，以傳統特高壓電網向能源互聯網升級為契機，探討了物聯網技術在特高壓變電站中的應用優勢、應用程序。

關鍵詞：物聯網技術;特高壓;變電站

前言：2019年，國家電網有限公司印制下發了《泛在電力物聯網白皮書2019》，提出在2021年初步建成泛在電力物聯網。泛在電力物聯網的建設，不僅推動著我國能源電力產業基礎高級化實踐，而且為物聯網技術在特高壓變電站中的應用指明了方向。預計2023年四川1000kV特高壓、新疆哈密±800kV特高壓均將落戶重慶。因此，在泛在電力物聯網建設的背景下，探討特高壓變電站的發展就具有非常重要的意義。

1、物聯網技術在特高壓變電站中的應用項目

特高壓變電站具有輸送容量大、電壓等級高、輸送距離遠、技術水平先進以及電磁環境復雜、電力設備密集、安全等級高的特點，施工難度較大。若在該變電站建設初期，通過5G技術應用實現了內部4K高清監控視頻信號的實時回傳以及巡檢遠程監控，將為物聯網接入提供了廣闊的無線通道及強有力的通信支撐。

2、物聯網技術在特高壓變電站中的應用優勢

2.1 提高事故應急處理效率

特高壓變電站運行層存在一些遺留、潛在問題，一旦輸電通道發生故障，就會引起一系列系統連鎖問題。現有特高壓自動化監控系統無法防范自動化設備故障以及由其引發的電力系統事故，且在發生事故緊急情況下無法實現快速、有效的遏制。相較于現有自動化監控系統而言，基于物聯網的特高壓變電站系統可以將各個方面終端有機連接。在變電站內部出現設備故障的第一時間進行故障設備分析、判定以及相關人員的調配、物資的篩選配備（庫存備品備件搜索判定以及同類可代替廠商備品備件數量），整個過程較為迅速，可以有效控制相關故障的進一步蔓延或擴大，為事故應急處理效率提升提供保障。

2.2 推動電力網絡應急處理流程重構

以往特高壓電力網絡應急處理流程為人員發現→上報值長→了解基本情況→檢查故障系統及相關部件→分析原因→搶修系統/可靠隔離，整個流程為典型的事后處理模式，無法滿足系統運行期間突發性事故的事前預防需求。而通過在特高壓變電站中應用物聯網技術，可以從特高壓換流變壓器突發著火等事故應急事件中總結故障現象，分析關鍵風險點，自動設計系統送出通路中斷的應急管理措施，為流域梯級電站群聯合電力調度運行應急管理流程重構、實效提升提供依據。

3、物聯網技術在特高壓變電站中的應用程序

3.1 體系架構分層

體系架構是物聯網技術在特高壓變電站中應用的前提，由于特高壓變電站電力設備密集、輸送距離短且容量大，可以利用分層架構的方式，疏通能量流、業務流、信息流耦合渠道，推動變電站運維跨越式提升。特高壓變電站物聯網主要可以劃分為感知層、平臺層、網絡層、應用層幾個層級。

感知層主要負責變電站實時數據的采集，需在不同類型傳感器輔助下進行。比如電流互感器、電壓互感器、油氣在線監測裝置、振動測試儀、液位表、油溫表、智能紅外可見光攝像頭、智能電器、油位表等。

網絡層主要為特高壓變電站物聯網不同類型業務提供便捷化、高度安全信道。根據距離、工況、效率、成本等諸多要求，可以選擇內部專網（同軸電纜、ZigBee等）或互聯外網（5G、移動空中網、WLAN等）[1]。

平臺層包括企業中心、全業務統一數據中心、物聯管理中心、一體化“國網云”平臺，具有能力開放、物聯管控的特點。根據特高壓變電站運行、能源側數據信息集中度低、零散運行的特點，可以在數據中心搭建的基礎上，嵌入云平臺，實現數據的統一存儲、實時收集更新。

應用層包括企業運營、新興業務、客戶服務、變電站運行幾個部分，需要根據所收集到的用戶數據、電網數據，建立與管理目標相適應的應用平臺，助力與變電站、新能源、用戶需求相符合的應用落地，提高能源利用效率。

3.2 功能模塊設置

基于物聯網的特高壓變電站智慧系統主要包括現場環境監管、主輔設備聯動、設備狀態監測、安全風險評估幾個模塊。

現場環境監管主要是基于特高壓變電站運行維護高度復雜性，利用物聯網自帶的溫濕度監控、防雷監測以及超限提醒技術，實現全方位無死角實時監控。同時在調度方、安檢方、現場作業者間構建通信信道，保證安全隱患的及時消除。

主輔設備聯動主要是以輔助控制數據、主設備狀態數據融合的方式，在變電站內設備出現不正常工作情況時，實時切換、識別狀態信息并將信息傳遞給相關負責人。負責人可以第一時間調集輔助控制模塊與變電站內設備運行相關的水位、溫濕度信息，判定不正常情況發生原因，并設定對應的應急響應級別。

設備狀態監測主要針對特高壓變電站現有設備，以鐵芯夾件電流、金屬封閉氣體絕緣開關設備局部放電量、變壓器高抗油色譜、SF6密度、斷路器動作特征等為指標，對各設備運行狀態進行線上實時監測[2]。

安全風險評估主要是利用特高壓變電站智慧系統內歷史運行數據，經機器學習、聚類算法等智能處理，評估薄弱環節、安全隱患，實現全景自愈監控。

3.3 智慧運用實現

為實現物聯網技術在特高壓變電站中的智慧應用，可以選擇MVC模式（業務模型/用戶界面/控制器）。利用模型、控制器、視圖三個核心部件，將特高壓變電站智慧應用程序的輸入端、輸出端、處理端分割處理。此時，若某一異常事件致使控制器改變視圖或模型，僅需通過控制器改變模型的相關數據、屬性，就可以促使視圖或模型自動恢復，維持特高壓變電站智慧系統的平穩運行。

為滿足特高壓變電站對智慧運用的有效性、實時性要求，可以依據數據存儲兼容性強、使用效果高、信息存儲容量大、共享效率高的原則，選擇Oracle數據庫，進行數據庫系統的構建。在數據庫構建完畢之后，根據特高壓變電站智慧運用特性，經TCP/IP以太網，將站內動力監控、環境監控、門禁監控、高清視頻監控匯集到統一的平臺上。同時經YPEC網絡，配置智慧化監控模塊并形成綜合性監控產品，便于實現“少人值班”甚至是“無人值班”[3]。

以基于物聯網的特高壓變電站環境監控為例，環境監控涉及了溫濕度監控、防雷監控等多個方面。在溫濕度監控時，基于物聯網的特高壓變電站智慧系統可以直接經總線式溫濕度變送器將檢測到的溫濕度數據轉換為數字信號，實時傳遞給平臺層、應用層，為空調開啟與否以及空調開啟數據確定提供支持，保障變電站溫濕度始終處于標準限度內。而在防雷監控時，僅需配置一臺含12個節點的通用輸入輸出模塊，就可以配合智慧監控主機形成實時防雷監控系統。一旦變電站內某一部位避雷器出現故障，實時防雷監控系統就可以通過聲光、電話、短信等方式發出警報，保證防雷裝置問題的及時處理。

總結：

綜上所述，利用物聯網技術為傳統特高壓變電站賦能，不僅可以提高特高壓變電站的互動水平、感知能力、運行效率，可以為各種能源接入、利用提供支持，而且還可以縮短特高壓站設備故障響應和預判時間，增強事故應急響應能力，提高故障搶修效率。因此，為了徹底實現“用好電”到“用好能”的過渡，特高壓變電站應主動適應能源形式變化，推動泛在電力物聯網建設，完善物聯網技術架構，嵌入與之相適宜的內部控制體系，夯實物聯網技術應用基礎。

參考文獻：

[1]劉杰， 朱圣群， 夏石偉，等. 特高壓變電站無線專網組網方案及應用[J]. 電工電氣， 2020， 265（01）：76-77.

（國網重慶市電力公司檢修分公司，重慶 萬州 404100）