基于MEMS結構的配電站環境狀態監測及自動化運維裝置的研究

王勤，黃倩，曹春

（國網上海金山供電公司運維檢修部，上海，200000）

1 探究基于MEMS（微機電系統）結構的配電站環境狀態監測及自動化運維裝置的意義

1.1 MEMS（微機電系統）的定義

MEMS——微電子機械系統、微系統、微機械等，是一種尺寸僅為幾毫米甚至更小的高科技裝置。同時，MEMS內部結構的大小一般是幾微米甚至僅為幾納米量，且是一個獨立的智能系統。

1.2 配電站環境狀態監測及自動化運維裝置的國內外發展趨勢

1.2.1 國內發展趨勢

隨著社會和時代的不斷發展，現代通信技術和監測終端技術的發展，配電站監測系統也向著多功能、智能化、模塊化的方式發展，其監測方式也由于現代的輸配電監測設備，轉變為通過監測設備來實現對電力系統運行安全和電能質量監控的研究。依據配電站監測量的多樣性，其監測量劃分為與電相關以及非電相關監測兩部分：電相關監測測量包含屏蔽層電位、接地電流大小、體電阻電容、護套的絕緣電阻、局部放電量等方面；非電監測測量包括濕度、氣體、水浸情況等特征量。

電控制主要是通過斷路器、接觸器、熱維電器、控制繼電器、各種主令電器等組合成的開關控制柜實現配電、控制和保護功能，通過互感器和各種電工儀表來實現數據采集與監視功能的。而這種傳統的開關柜與儀表配有多種指針刻度儀表及繼電器產生模擬效據，這會給很多關于管理、儲存、維修和查詢等方面的麻煩，所以這種以人工操作為主的方式，對員工綜合素質的要求較高。

隨著計算機網絡技術、微處理器技術、抗干擾技術等新技術的快速發展，使得電力自動化技術得到了極大的發展空間。這些技術被應用于配電領域，實現了傳統的采集控制與網絡通信相結合，從而誕生了智能型開關柜及相關產品。

1.2.2 國外發展趨勢

目前，國際上基于現場總線開發的配電管理系統己獲得成熟開發與市場化應用。隨著“以人為本”的發展理念將和對電氣設備控制自動化和智能化程度的要求和對電網安全性和用電質量的要求越來越高，就需要企業將資源、計劃、管理觸合在一起，促使公司的管理水平達到更高層次、實現高透明度，而這也成為一種必然的發展趨勢。高低壓配電領域內現場總線技術己被廣泛應用，但當時部署的監控系統上還是有些許不足。

(1)監控單一，不能實現遠程部署

以往配電站使用的監控系統多為設備廠商配套提供，差別很大，而且監控項單一，多為電力信息的實時顯示狀態，不具備綜合監控、遠程報警和輔助維護功能。

(2)軟件技術不統一，擴展性不強

智能設備的發展初期，各廠家監控系統基礎軟件技術不統一，協議和標準不統一，規約按照自身理解構建。使得后續設備互相無關聯，并且擴展性不強。

(3)其使用界面和接口單一，數據專業性太強

配電站基本上都有專業的室內監管操作室，且尚未具備遠程監控操作能力，與現階段智能手機、精準化主頁管理等技術不兼容。

1.2.3 國內外配電站環境狀態監測及自動化運維裝置的探究問題

國內外有很多關于配電站綜合在線監測方法，并早已將其投入到了實際應用中。但當前配電站綜合監測系統都是將各個獨立的監測系統采集的實時狀態參量傳輸集成在統一的監控平臺上，這些監測系統實現了基本監測功能，但系統內部之間沒有進行信息交互，對設備狀態評價指標單一，很容易導致其信息孤島。

1.3 探究基于MEMS（微機電系統）結構的配電站環境狀態監測及自動化運維裝置的作用

1.3.1 可以全面提高該企業工作人員的工作質量

通過MEMS（微機電系統）傳感器采集技術、坐標定位技術、設備建模技術、地理編碼技術、路徑導航技術等應用技術，可以幫助該企業工作人員逐步完善此配電站的環境溫濕度、水浸情況和氣體濃度等具體信息，并可以實時對該配電站關鍵指標進行不間斷的監測，這樣就可以全面提高該企業工作人員的工作質量與工作效率。

1.3.2 可以提供快速故障定位導航，提高相關設備的搶修響應效率

基于MEMS（微機電系統）結構的配電站環境狀態監測及自動化運維裝置，可以通過各種前端感知設備，從而獲取配電站室內環境，高壓開關狀態、低壓電氣參數、電纜層狀態以及安防等具體信息，如果信息異常或者報警的時候，配電站的工作人員可通過相關手機APP或電腦APP直接查看報修信息，并精準定位導航到信息故障位置，這就可以保證配電站的工作人員可以隨時隨地可接收到報修信息，并快速到達故障點，全面提高搶修響應的效率，大大縮短搶修其時間。

1.3.3 打通告警、維修、復電的流程環節，有效規范工作步驟

配電站環境狀態監測及自動化運維裝置的研究，可以將配電站傳統的“巡線-發現-通知-維修-復電”的檢查流程模式，完善成“告警-維修-復電”的流程模式，同時，配電站需要安排不同的責任人員采用同一個APP，流暢地完成故障告警通知、維修復電等流程環節，有效規范該項工作的步驟。

2 基于MEMS（微機電系統）結構的配電站環境狀態監測及自動化運維裝置的技術原理

2.1 移動互聯服務

采用移動互聯技術，通過后臺數據及服務，提供故障自動告警通知的能力，在故障發生后的幾分鐘內即可通過后臺服務和前端應用，給出故障位置和故障時間的指示信息，通過APP通知的方式將故障信息發送到相關人員手機上，提供分鐘級告警提醒的能力，整體提高故障發生-故障消除的效率。

2.2 設備坐標定位及導航

采用不同坐標定位技術，根據外部環境自動選取適合的坐標定位技術，便于獲取準確坐標信息。根據故障告警及消除的工作實際情況，研究將設備設置為導航目的地的地理編碼技術，自動將設備切換成導航算法可見的目標地址。

2.3 設備信息獲取維護

采用設備關聯綁定的方式，將故障指示器的設備信息、位置信息、故障信息均通過移動APP的列表、地圖等進行直觀瀏覽查看，并可對設備信息、位置信息進行維護完善為故障告警提供基礎數據支持。

3 探究基于MEMS結構的配電站環境狀態監測及自動化運維裝置的內容及優勢

3.1 內容

3.1.1 MEMS結構微型傳感器集成研究

該項研究可供站端邊緣計算平臺或主站生成出全站關鍵部位溫濕度熱力圖、氣體濃度拓撲圖和水浸狀況拓撲圖等，實現差異化環境控制，延長設備壽命，降低能耗，打造綠色低碳站室。

3.1.2 故障告警及通知研究應用

研究移動互聯網故障告警通知方面的應用，通過互聯網獲取故障告警信息，并對必要的數據內容進行加密處理，最后再通過手機跟電腦APP通知相關人員，由此提高派件速度，減少故障發生幾率，快速進入下一工作環節。

3.1.3 定位導航技術研究

路徑導航應用會結合精確地理信息、交通路況、道路橋梁，自身位置信息等數據，自動定位多條路徑，并能夠根據實時位置進行路徑規劃及路徑的及時切換。

3.1.4 相關手機或電腦APP的研究與應用

配電站故障告警定位移動應用APP可以通過對故障巡線和消除工作深入研究，實現故障告警、信息通知、快速定位到達等工作，打通了告警、維修、復電的流程環節，流暢快捷地完成故障告警通知、維修復電的流程環節，并通過APP促進該項工作的規范化作業，實現規范化管理。

3.2 優勢

（1）MEMS自動化程度高，可以實現無人值班，大大地降低勞動強度，使變配電站成本降低，效益顯著提高。

（2）總線式。普通屏蔽雙絞線直接同PC連接，解決了微機保護裝置在惡劣環境下長期運行問題和常規控制、測量與信號兼容性問題。

（3）由于采用分層式結構，主控層和現場層設備各自獨立，互不影響。主控層(上位機)設備退出運行時，現場層(下位機)能獨立運行且完全滿足運行要求，并采用了避錯、容錯和糾錯等技術，實現了較高的可靠性。

（4）由于采用分布式結構，模塊化系統硬件及功能分布，現場設備的控制獨立，各設備獨立運行，某一裝置故障不影響其他裝置運行，檢修維護方便。

（5）MEMS結構系統的監控軟件具有友好的人機界面，界面可根據文字提示隨意切換。全中文顯示，簡捷、直觀且操作方便，即使不熟悉計算機的運行人員也容易掌握操作方法。

（6）MEMS結構綜合保護裝置，與常規繼電保護相比具有更高的精準度和靈敏度，自動化程度高，故障報告記錄準確。

（7）硬件模塊化設計，每個CPU由單獨開關電源供電，故障報告記錄準確，可靠性更高，檢修維護更簡便。

（8）電站的電氣二次接線設計工作量小，控制連接電纜少，微機設備裝置占用空間小；施工安裝工作量較少，現場調試也非常簡單。

4 探究基于MEMS結構的配電站環境狀態監測及自動化運維裝置的發展前景

4.1 運維裝置的應用情況

探究基于MEMS結構的配電站環境狀態監測及自動化運維裝置，需要建設電力物聯網配電站環境狀態感知系統。該運維系統可以幫助用戶地理信息采集、電氣及環境信息采集、報修信息的推送與查看等等，并逐步成為當前重點推廣的應用之一。

4.2 運用運維裝置的效益

基于MEMS（微機電系統）結構的配電站環境狀態監測及自動化運維裝置，就可以精準地完成配電站環境量及電氣量信息采集、坐標信息采集、移動端設備建模等功能，同時完善的配電站環境、地址等信息。并通過手機APP或電腦軟件的建設，為故障和異常處理提供數據支撐，有效解決配電站管理系統中存在的問題,實現高效、及時和可靠的運行模式。通過各種先進的設備獲取站室內環境，高壓開關狀態、低壓電氣參數、電纜層狀態以及安防等信息，并通過邊緣計算網關進行數據存儲、應用和轉發，最終實現對配電站關鍵指標進行實時不間斷監測，從而徹底改變過去依靠人工巡視運維的傳統做法，減少配電站運維人員，提高工作效率。

5 結束語

總的來說基于MEMS（微機電系統）結構的配電站環境狀態監測及自動化運維裝置后，既可以提高其工作人員的工作效率，及時排查故障，又可以降低運行成本，一舉兩得。