物聯網技術架構下的智能變電站在線監測系統研究

徐正亞 何光 層師超 蘇現金 楊俊峰

摘 要：伴隨中我國經濟的發展以及現代科學技術的創新，我國電力行業在智能化、自動化等方面獲得了極大的改善，值得一提的是，物聯網技術架構下的智能變電站在線監測系統在涵蓋率較為廣泛、使用率逐漸提升的大環境下，智能變電站在線監測系統、電能遠程的讀取、客戶服務等電力單位日常工作形成影響。所以，對物聯網技術架構下的智能變電站在線監測系統進行分析和研究，并有針對性的提出解決的對策和建議，對保障電能計量數據的精確可靠有著重要的意義。

關鍵詞：物聯網技術;智能變電站;監測系統;研究

變電站作為整個供電系統的關鍵環節有著不可替代的重要性，它負責改變電能的大小還包括重新更改電力的分配情況，對整個供電系統的效率、安全和穩定起著一定程度的影響。在現階段，變電站在檢測、穩定運行、安全管理等方面還存在著不足，在管理的方式上以及設施故障和檢測的智能化程度與智能電網對智能變電站的要求還存有一定的差距。例如;工作人員還在使用較為傳統的手工記錄數據的方式，這樣的方式容易出錯并不利于數據的共享和保存，在設施的編程、數據的格式上沒有較為統一的要求，形成了數據孤島，對數據的共享形成了制約。

一、物聯網技術

物聯網是最新的信息網絡技術的集成綜合應用，他作為一種新興技術，對于促進經濟增長幫助產業結構轉型升級以及提升社會公共服務平等方面都有著極大的幫助。

第一，智能傳感器技術。傳感技術是基于信息識別和信息轉換的檢測手段。它可以進一步完善和分類收集的數據，并以更易于理解的形式輸出數據。它的技能的優勢在于，與它的敏感性相比，這種感覺技能是智能的，后者以類人的感覺器官的敏感性命名，可以將外部信息直接轉換為感覺意識的傳遞效果。傳感器在傳感器網絡中具有兩種功能：一種是數據的處理和收集;另一種是數據處理。所以傳感器的使用不僅可以滿足現代社會對網絡信息傳輸的巨大需求，而且還可以滿足重傳過程中的信息處理需求，即可以在接收到信息時將信息轉換為所需要的形式，這是其他信息傳感系統中所缺乏的。

第二，通信技術。實現人與機器之間的無障礙通信和信息傳播是通信技術技能最大的突破，它利用排列組合的方式在人與機器的任意組合中實現信息的平穩傳輸。通信技術產品主要由三部分組成：行業應用中心：行業應用的最終目標和信息傳輸的最終目的地;無線終端：傳輸中的無線信息通信設備;傳輸通道：無線傳輸媒體。隨著技術的不斷發展，通信技術將不可避免地應用于各個行業，因為該技術克服了人機間的信息交換障礙。一些較早應用此技能的行業需要與時俱進，也加入更為智能的人機交流技術，這肯定會更加徹底地改變人之間的通信方式，也是技術發展的必然結果。

二、物聯網架構設計

RFID數據中心資產實時監控系統采用可跨平臺部署的Java平臺技術體系實現，通過統一把控每個地點設施的相關數據并統一由中心機一起監控。監控主機除了收集RFID采集數據外，還要求收集有關管理用戶、權限、設備等信息，并設置相應的報警策略。整個監控環節中，采用基于IP的數據傳輸方案，系統設計為純B/S結構，以方便部署和使用。

機房與庫房在同一操作平臺上監控，實現線上線下的無縫銜接;

系統由RFID資產監控單元、計算機、服務器、RFID中間件（數據采集服務器）和系統軟件組成。圖1是系統的整體架構：

三、基于物聯網技術的變電站在線監測架構體系

系統分為RFID電子標簽、RFID識別系統、數據采集服務器和中心監控軟件四部分。電子標簽作為資產信息的唯一載體，通過安裝在庫房門口的RFID識別系統來識別資產設備信息，采據采集服務（中間件）對識讀的RFID標簽信息進行數據優化篩選，并上傳至中心監控平臺。反之，數據采集服務器接收監控平臺傳來的命令，可控制RFID識別系統的工作狀態及IO輸出狀態。

總體架構使用四層架構，該架構將用戶界面性能，現場設備監視，數據訪問和業務邏輯處理完全分開。整個體系結構非常靈活，使系統具有很好的可擴展性和分布式性。

（一）感知層

物聯網智能感知層主要使用超聲傳感器，RFID電子標簽、溫濕度傳感器等設施監測變壓器、電容器等電力設施以及控制電力監控點周邊的外圍環境條件，地理信息，自我屬性運轉情況等，以便為電站、監控部門和該站點的應用層提供需要的信息。

（二）設備層

設備層具有改善通信接口的異構性的能力。變電站設施復雜繁多。根據環境不同，選擇有線和無線通信方法之一，例如UART，CAN，ZigBee，LoRa通信接口，但往往會造成異構性，例如，在測量總線的機械振動時，由于絕緣和其他原因，應使用無線通信;在測量變壓器參數時，其電磁環境相對復雜，可能會對其造成干擾。應使用有線通訊方式。

（三）數據層

數據層主要是為數據共享而形成的數據服務器。應用程序層，測試機構和供電站可以通過網絡訪問數據信息。數據整合存儲層主要包括三個方面：首先，數據信息進行集成處理，劃分數據以及實施必要的格式處理等，以實現準確的標準化，并且還可以主動將數據信息上載到高級應用程序。第二，科學合理地存儲數據信息。第三，作為高級應用程序的數據源，檢測就足夠了，監視背景等在需要數據信息時提供數據請求并獲取數據信息，從而達到數據共享的作用。

（四）應用層

應用層主要實現對車站所有設備的資產管理，輔助決策，狀態評估，故障診斷和在線監視以及變電站安全管理等高級應用。B/S格式使檢測者不僅可以在站的后臺進行觀察，而且可以直接在供電局，監控主站等遠程終端上進行遠程監控。

四、物聯網技術在變電站在線監測中的應用

（一）變電站設備狀態檢測

在現階段，電力設施的維護和檢查一般采用定期測試和維護的方法，可以最大程度地改善和解決設施的大多數不足和問題。但是，這種定期的預測試和維護的方法不能直接反映運行設施的詳細信息和設施的運行狀態，也無法預先預測意外的故障。當前，電力系統的規模越來越大，人們對電力的要求也越來越高。原始的維護方法不再適合將來的需求。為了滿足未來的需求，電力設備應從使用先進的物聯網技術和故障診斷技術來監視電力設備的在線狀態，例如變壓器，母線，電容器，避雷器等，并實現設備的突然故障通知，因此以達到及時監控的目的。

（二）變電站檢查管理

在現階段，大多數變電站檢查仍使用基于手動記錄的檢測方法。這種類型的檢測主要有三個缺點：首先，信息和數據的手動記錄非常容易出錯，并且沒有照片等。支持材料可以反映設備的詳細缺陷信息;其次，查找記錄不容易，這妨礙了與相關負責人或其他維護人員及時共享信息;第三，缺乏有效的監督，監督中存在漏洞，這很容易。由于主觀或客觀原因，缺少檢查或未能及時進行檢查等問題。

基于此，目前大多數變電站都采用人工檢查模式，很難實現從人工檢查到無人值守的過渡，因此有必要研究從人工檢查到無人值守的轉換過程。RFID標簽和手持終端部分安裝在設備上。相應設備的信息可以通過手持終端實時查看。同時，RFID的通訊距離可以確保檢查人員可以到達一定范圍進行檢查。具體檢查管理的實施過程如圖3所示。

首先，注冊記錄，訪問檢查任務和手持終端設施。其次，依次執行檢查任務。在檢查過程中，使用手持終端設備執行記錄并拍攝照片作為證據。收集的數據將實時上傳到檢查的背景級別。第三，在檢查過程結束時，將手持式設備放回原來的位置并確認檢查已結束。在檢查過程中，手持終端將提示下一個檢查地點和項目，如果在指定路線上錯過檢查，它將提醒您。

五、結論

變電站作為電力系統的重要組成部分，其穩定的運行和安全管理對電力系統和電網具有重要的影響。根據建議和措施，提出了變電站物聯網技術的四層應用架構系統。設備層是為了解決通信接口的異構性問題。數據層作為數據集成的預處理中心，有利于數據共享和提高信息利用率。設備狀態監測不僅可以提高電源的可靠性，通過在線監測實時捕獲異常信號，可以提前預測電源設備的運行狀態，進行狀態維護，避免發生故障，還可以通過故障預測來降低成本，避免損失，并且在線數據相對客觀，可以大大減少由于窗口期而丟失重要參考信息的可能性。在檢查方面，它不僅有助于減少手工記錄信息的二次處理工作量，減少人為錯誤的發生，而且可以增加檢查結果的支持材料，這將有助于規范檢查管理，避免漏檢。

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