基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能變電站二次運維管理系統(tǒng)

文/保積秀 張真 閆涵

（國網(wǎng)青海省電力公司電力科學(xué)研究院 青海省西寧市 810001）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為新信息時代的產(chǎn)物，已被應(yīng)用到各行各業(yè)方方面面，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到智能變電站二次運維管理系統(tǒng)中，通過編碼技術(shù)、射頻識別技術(shù)、RFID、傳感器技術(shù)等，實現(xiàn)對二次設(shè)備臺賬信息等數(shù)據(jù)的智能采集，為智能變電站二次系統(tǒng)的運行維護(hù)與管理打好夯實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為跳閘事件記錄的分析提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 變電站繼電保護(hù)運維管理現(xiàn)狀

目前變電站繼電保護(hù)專業(yè)運維管理工作人員壓力大，繼電保護(hù)裝置臺賬、設(shè)備缺陷、裝置檢驗、保護(hù)動作情況等信息都是人工錄入系統(tǒng)，工作量大、效率低、數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、與實際情況有偏差，已基本達(dá)不到智能變電站快速發(fā)展的運維需求，甚至填寫信息時間容易延誤，導(dǎo)致管理人員不能及時準(zhǔn)確掌握實際情況，對變電站二次運維管理工作造成嚴(yán)重影響。物聯(lián)網(wǎng)核心技術(shù)——傳感器技術(shù)及射頻識別技術(shù)等新信息技術(shù)既能有效保證二次系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和全面性，又能減輕運維管理人員工作量，是新一代繼電保護(hù)智能管控系統(tǒng)強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

自2019年國家電網(wǎng)公司“兩會”做出全面推進(jìn)“三型兩網(wǎng)”建設(shè)，加快打造具有全球競爭力的世界一流能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的戰(zhàn)略部署后，建設(shè)泛在電力物聯(lián)網(wǎng)已成為“三型兩網(wǎng)、世界一流”戰(zhàn)略目標(biāo)的核心任務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一種新型通信網(wǎng)絡(luò)，能實現(xiàn)智能化識別、定位、監(jiān)控與管理，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到變電站二次系統(tǒng)中也是智能電網(wǎng)技術(shù)發(fā)展到一定階段的必然產(chǎn)物。

2.1 實物ID編碼技術(shù)

實物ID 是設(shè)備的唯一標(biāo)識，可顯示設(shè)備的基本信息，它的表現(xiàn)形式有二維碼、電子標(biāo)簽等，但編碼技術(shù)必須是統(tǒng)一的，本系統(tǒng)應(yīng)用不含有空格及其他連接符號的24 位十進(jìn)制數(shù)字順序排列形成的ID。

2.2 射頻識別技術(shù)

射頻識別技術(shù)（RFID）是一種通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的的自動識別技術(shù)，它是由讀寫器（Reader）、電子標(biāo)簽（Tag）和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)組成。無線射頻識別技術(shù)有以下諸多優(yōu)點：

（1）可在任意環(huán)境下使用，比如高溫和電磁性環(huán)境，且能保持高使用壽命；

（2）不僅能識別靜止物體、高速運動物體，且可快速識別多個標(biāo)簽。

圖1：變電站二次運維管理架構(gòu)體系

圖2：狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)圖

2.3 傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)作為信息獲取的重要核心技術(shù)，以其自動識別、安全可靠和可以動態(tài)跟蹤的特點，實現(xiàn)真正物與物對話的應(yīng)用。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。但變電站內(nèi)電磁場強(qiáng)度較高，無線通信空間環(huán)境復(fù)雜，選擇無線傳感器應(yīng)注意以下兩點：

（1）選擇2.4G 射頻、0dbm 發(fā)射功率，這樣有利于減小二次設(shè)備的電磁干擾、并且能夠避免對一次設(shè)備的安全運行造成影響，滿足電磁兼容；

（2）選擇使用小體積、高容量電池供電，以此來降低傳感器的功耗。

3 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能變電站二次運維管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

借鑒智能變電站三層兩網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)，為了數(shù)據(jù)共享和同步，形成了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能變電站二次運維管理系統(tǒng)三層架構(gòu)體系。該體系從下往上依次為智能感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，體系結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

3.1 感知層

智能感知層主要是利用溫濕度傳感器、振動傳感器、超聲波傳感器、RFID 電子標(biāo)簽等對保護(hù)室內(nèi)的保護(hù)裝置、測控裝置等的運行工況、周圍環(huán)境以及自身屬性信息等狀態(tài)和信息進(jìn)行智能感知，為繼電保護(hù)智能管控系統(tǒng)的監(jiān)控和管理提供有效的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層的主要功能是實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的上送，保證數(shù)據(jù)的可靠高速傳輸，并且防止網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等的發(fā)生。智能變電站二次運維管理系統(tǒng)利用無線傳感網(wǎng)技術(shù)將感知層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器和應(yīng)用后臺。

3.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層采用B/S 架構(gòu)，既可以在站內(nèi)后臺觀測，也可以在調(diào)控中心使用瀏覽器直接監(jiān)控。主要完成保護(hù)設(shè)備的在線監(jiān)測、數(shù)據(jù)的處理統(tǒng)計、保護(hù)動作信息評價、跳閘事件預(yù)警以及其他輔助決策等高級應(yīng)用。

4 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能變電站二次運維管理系統(tǒng)中的應(yīng)用

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能變電站二次運維管理系統(tǒng)如圖2 所示，有如下幾個關(guān)鍵功能：

（1）應(yīng)用后臺：采用B/S 軟件架構(gòu)模式，可用瀏覽器登錄獲取信息。

（2）數(shù)據(jù)服務(wù)器：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合處理和永久存儲，可通過后臺或遠(yuǎn)端建立連接實現(xiàn)數(shù)據(jù)的通信。

（3）IED 裝置：主要完成數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一，實現(xiàn)感知層數(shù)據(jù)的傳輸，異常數(shù)據(jù)上傳至后臺，正常數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器進(jìn)行整合存儲。

4.1 設(shè)備臺賬管理

目前，大規(guī)模的特高壓交直流樞紐變電站正在建成，不斷完善整個電網(wǎng)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，這就意味著大量的二次設(shè)備臺賬需要維護(hù)，但面對這項技術(shù)含量低、工作量大的任務(wù)，現(xiàn)有的人力和工作方式已無法滿足此項工作的需求。利用先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過RFID 識別電子標(biāo)簽，上傳裝置臺賬信息，完成二次設(shè)備臺賬信息匯總，實現(xiàn)智能數(shù)據(jù)核查，保證繼電保護(hù)統(tǒng)計分析及運行管理數(shù)據(jù)的高效、準(zhǔn)確。

4.2 裝置檢驗管理

繼電保護(hù)裝置檢驗工作目前還基本處于人工辦票、手動操作和一對一測試階段，這種工作方式存在以下缺點：

（1）人工記錄數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，容易出錯且事后無依據(jù)可查；

（2）紙質(zhì)檢驗報告不宜留存和查找記錄；

（3）裝置數(shù)量多，無監(jiān)督環(huán)節(jié)，容易造成漏項或漏檢驗裝置等問題。

鑒于日常變電站保護(hù)裝置檢驗工作量大、人力資源匱乏的現(xiàn)狀，必須進(jìn)行模式的轉(zhuǎn)變，做到從“一對一”測試模式至“一對多”的測試模式，實現(xiàn)多臺保護(hù)裝置同時檢驗，既能保證裝置檢驗工作質(zhì)量，又能減輕運維人員工作負(fù)擔(dān)。智能裝置檢驗工作需要一個裝有RFID 標(biāo)簽和手持式終端的設(shè)備，通過手持式終端可隨時查看裝置檢驗信息，同時可利用RFID 快速識別多個標(biāo)簽的優(yōu)點，傳輸不同間隔多套保護(hù)裝置檢驗信息，解決漏項漏檢問題，大大提高工作效率。

4.3 事件分析評價

對于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)運維人員而言，他們最大的工作量便是設(shè)備臺賬的維護(hù)、設(shè)備缺陷的消除、裝置的定期檢驗、跳閘事件記錄的分析與評價。目前，隨著電力行業(yè)專業(yè)人員的斷層也存在著技術(shù)水平的斷層，電網(wǎng)故障分析已然成為工作中的一大難題，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能二次運維管理系統(tǒng)可清晰展示故障相關(guān)的一、二次設(shè)備各類動作時間、故障相、故障電流、故障電壓、故障測距等信息，并以圖形化的方式顯示保護(hù)裝置內(nèi)部動作邏輯、動作時序、保護(hù)定值及故障量，進(jìn)而對保護(hù)動作事件進(jìn)行客觀的分析評價，給出全面、有效的預(yù)防策略。

5 結(jié)束語

繼電保護(hù)作為電網(wǎng)“三道防線”中的第一道防線，對電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用。本文針對目前變電站數(shù)目和工作量的指數(shù)級增加，而繼電保護(hù)運維管理人員數(shù)量驟減的問題提出了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能二次運維管理系統(tǒng)，旨在反映實際情況、提高工作效率和減輕運維管理人員負(fù)擔(dān)，保證大電網(wǎng)安全穩(wěn)定可靠運行。