基于物聯網的變電站信息采集、傳輸及信息融合技術研究

段曉晨 郭晨亮 趙強

摘 要 變電站運維作業需要多種信息支持，變電站作場設備種類繁多，安全規范嚴謹而復雜，如何為操作人員提供高可信、與工作目標高度相關的信息是有效提升工作效率的關鍵。本文分析了物聯網下的變電站信息采集、傳輸及融合技術，以提高操作人員獲得設備運行的有效性，減輕運維工作強度，提高工作效率，加強防錯能力。

關鍵詞 物聯網;信息采集;融合;技術

1變電站現場運維作業需要采集的信息

變電站現場運維作業涉及多個變電專業和多類設備，為操作所需的信息量很大，主要有以下一些設備運行狀態信息和環境狀態信息。

①設備運行狀態信息。其主要包括：AIS設備位置信息;地刀、接地線位置信息;電容器工作溫度與鼓肚形變;各類套管接頭溫度;各類大電流接頭溫度;柜門的開閉狀態;這些設備作為變電站的主要設備信息需要隨時的監控，以保證設備的安全運行。②環境狀態信息。其主要包括：環境溫度;環境濕度;地面水浸;風速風向;雨量;環境溫度是變電站設備的工作環境基本參數，對環境信息的采集可以實時監控設備的工作環境狀態，確保電力設備工作其額定范圍內，避免溫度濕度超標運行導致故障。③無線傳感器網絡的特點。無線傳感器網絡的核心技術之一是通過部署多個簡單節點來獲取目標的多種信息，可以大幅度降低功耗和成本，有利于節點的大規模部署;其安裝便利、靈活、易于升級、安全性高、無須絕緣等優點，被廣泛應用于相關設備的信息采集[1]。

2變電站現場運維作業中的多傳感器信息融合技術研究

在多傳感器系統中，各傳感器感知的信息通常具有不同的特征：模糊的或者錯誤的，相互支持或互補，甚至是相互矛盾或競爭。同時，系統所處的環境也受到各種隨機因素的影響而不斷地變化。所以需要多個同一類型傳感器或多種不同類型傳感器進行協同感知，以實現對目標的全面準確檢測。

對于在單個位置、單種類型的傳感器難以準確、多方位地反映感知目標真實狀態的情況下，為了提高感知信息的可靠性，需要在同一位置布設多種類型的傳感器，通過不同類型傳感器之間的協同感知，以盡可能全面地獲取目標的信息。協同感知是信息融合的基礎，通過將感知到的信息傳輸到管控平臺進行數據特征提取，信息融合和判斷決策，實現對感知目標狀態信息的智能化應用[2]。

某變現場運維需要采用多種傳感器對AIS順控操作設備位置、地刀地線位置、電容器溫度與形變、環境溫濕度、水浸、振動等信息進行多方位采集，是一個多源異構信息系統。多源異構信息融合實際上是對人腦綜合處理復雜問題的一種功能模擬，它充分利用多個傳感器資源，通過對各種觀測信息的合理支配與使用，在空間和時間上把互補與冗余信息依據某種優化規則結合起來，產生對觀測環境的一致性解釋或描述，同時產生新的融合結果。其目標是基于各種傳感器的分離觀測信息，通過對信息的優化組合導出更多的有效信息。

協同感知和多源異構信息融合在解決狀態監測、目標檢測識別等方面，具有如下性能優勢：①增加系統的生存能力。在有若干傳感器不能利用或受到干擾，或某個目標不在覆蓋范圍時，始終有一部分傳感器可以提供信息，使系統能夠不受干擾地連續運行、弱化故障，并增加檢測概率。②擴展空間覆蓋范圍。通過多個交疊覆蓋的傳感器作用區域，擴大了空間覆蓋的范圍，一些傳感器可以探測到其他傳感器無法探測的地方，進而增加了系統的空間監視范圍和檢測概率。③擴展時間覆蓋范圍。當某些傳感器不能探測時，另一些傳感器可以檢測、測量目標或事件，即多個傳感器協同作用可提高系統的時間檢測范圍和檢測概率。④增加可信度。多種傳感器對同一目標或事件進行確認，因而有可能提高可信度。⑤簡少信息的模糊性。多傳感器聯合信息降低了目標或事件的不確定性。⑥改善探測性能。對目標的多種測量的有效融合，提高了探測的有效性。⑦提高空間分辨率。多傳感器的合成可以獲得比任何單一傳感器更高的分辨率。⑧增加測量空間的維數。系統不易受到惡意行動或自然現象的破壞。

3無線溫度傳感器節點間的協同感知

變電站設備溫度是反映設備運行正常的重要指標，通過設備溫度、環境溫濕度傳感器的協同感知和信息融合，實現設備與環境、同一設備相間數據的橫向比較，同類設備間相對溫升數據的縱向比較，幫助運行人員及時發現溫度異常告警信息，以避免過熱故障發生。①電容器的工作溫升。理想電容器是不會有溫升的，由于實際的電容器都有一定的損耗，該損耗與加載在電容器的工作電壓平方成正比，與電容器工作的無功電流的大小成正比，所以超壓工作往往會導致電容器的損耗增大，電容器老化也會導致絕緣下降，發熱增加。比對電容器工作溫升的歷史數據可以早期發現電容器是否超壓運行，是否早期劣化，可以避免爆炸等惡性事故的發生。②各相間電容器工作溫升差。每相電容器組的工作狀態一般是一樣的，各組電容器的工作溫升應該相同，如果有明顯差異則可能是嚴重的三相不平衡或內部絕緣劣化，損耗增加，所以比對各組電容器的工作溫升可以早期預警電容器故障。③同組各電容器間的工作溫升差。同組的每個電容器組的工作狀態完全相同的，各個電容器的工作溫升應該相同，如果某個電容器的溫升有明顯高于其他電容器，則基本上可以確定其內部絕緣劣化，損耗增加，比對組內各電容器的工作溫升是早期預警電容器故障的有效方法。結合某變電站改造，我們在實施了本專題的全部研究內容，其中首次采用激光距離傳感器節點實現了順控操作設備AIS設備的到位檢測，提高了變電站運維的可靠性和效率，更提高了變電站10kV母線的安全性，可以有效避免母線接地合閘的重大事故，大大提升了變電站現場運維的效率和工作質量。

4結束語

可以預見，未來隨著智能電網建設的不斷推進，多傳感器融合技術將更多應用于變電站智能化管理、運行的需要，相關物聯網技術及其產品也將得到不斷的創新和發展。

參考文獻

[1] 趙川.基于大數據的電力運維故障診斷及自動告警系統設計[J].自動化與儀器儀表，2019（10）：16.

[2] 孟榮，范曉丹.關于智能變電站自動化系統及設備的幾點建議[J].電氣技術，2019（9）：21.