物聯(lián)網(wǎng)技術在智能變電站中的應用

侯昌平，朱杰媛，王全新

（南京國電南自軟件工程有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

如今，物聯(lián)網(wǎng)技術是信息化時代發(fā)展過程中不可缺少的推動條件，其主要作用就是利用互聯(lián)網(wǎng)技術將機械設備聯(lián)系在一起，對設備所發(fā)出的信息進行智能化掌控。從目前實際應用情況來看，優(yōu)化聯(lián)網(wǎng)技術在國際范圍內(nèi)得到了重點關注，并處于不斷探索發(fā)展狀態(tài)。隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力資源需求也變得越來越大，而將物聯(lián)網(wǎng)技術應用在電力系統(tǒng)當中，可以明顯提高電力應用效率。將物聯(lián)網(wǎng)技術和智能電網(wǎng)相結合具有十分重要的現(xiàn)實意義，也是提高電力系統(tǒng)管理水平的關鍵措施。

1 物聯(lián)網(wǎng)技術與智能變電站概述

1.1 智能變電站的實際功能需求

在新時代發(fā)展背景下，電網(wǎng)智能化成為工業(yè)建設的重要發(fā)展趨勢。和傳統(tǒng)電網(wǎng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)相比，智能化電網(wǎng)包含著十分重要的兩個內(nèi)涵，分別是智能與堅強。

智能意味著智能化電力系統(tǒng)具有較強的決策作用，可以有效推動電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行[1]。同時，物聯(lián)網(wǎng)技術和現(xiàn)代通信技術也可以在智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中實現(xiàn)高效融合，從而完成大數(shù)據(jù)的采集與整理，該功能在大數(shù)據(jù)智能決策領域中的作用十分關鍵。此外，通過將物聯(lián)網(wǎng)技術應用在智能變電站運行中，可以全面提高變電站的設備感知能力、計算能力以及執(zhí)行能力，全面覆蓋從生產(chǎn)到運輸?shù)母鱾€環(huán)節(jié)，對于提升集成化技術水平和行業(yè)建設水平具有十分重要的推動作用。

而堅強則是智能電力系統(tǒng)的基本內(nèi)涵之一，意味著智能電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性非常強。在應用新型電網(wǎng)的基礎上，可以通過互聯(lián)網(wǎng)技術對電力設備展開全面監(jiān)控。當設備出現(xiàn)故障問題時，能夠?qū)?shù)據(jù)第一時間上傳到系統(tǒng)中，為變電站設備后續(xù)維修工作提供充足保障[2]。在故障發(fā)生前，智能化電網(wǎng)還可以提前預測，利用數(shù)據(jù)分析技術和人工監(jiān)控措施來有效監(jiān)測變電站設備運行情況。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術在智能變電站中的應用現(xiàn)狀

從電網(wǎng)系統(tǒng)整體發(fā)展角度來看，變電站的作用十分重要，是電力生產(chǎn)、運輸過程中的關鍵環(huán)節(jié)，在保障電力資源需求方面發(fā)揮著十分重要的作用。同時，智能變電站的集約化和信息化特點十分突出，對設備使用要求非常高，設備構成也具有一定的先進性。我國物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展存在局限性，尤其是智能變電站領域中的物聯(lián)網(wǎng)技術，建設水平有待提高。在智能開關和設備監(jiān)測等領域中，物聯(lián)網(wǎng)技術也具備很大的發(fā)展空間[3]。例如，在變電站輔助系統(tǒng)當中，物聯(lián)網(wǎng)技術還無法全面實現(xiàn)智能化和自動化處理，很多圖像監(jiān)視系統(tǒng)和輔助處理系統(tǒng)依然需要依靠大量的人工操作。而且在各項生產(chǎn)流程中，物聯(lián)網(wǎng)技術也沒有得到深入應用，應用效果很不理想，生產(chǎn)效率始終無法得到大幅提高。

除此之外，部分變電站設備無法對接物聯(lián)網(wǎng)。智能變電站的生產(chǎn)工作十分復雜，需要相關部門的協(xié)調(diào)和配合才能夠完成。如果在實際運行環(huán)節(jié)出現(xiàn)了對接不良的問題，那么變電設備運行過程中管理沖突、不兼容等問題也會相繼出現(xiàn)，工作人員無法全面了解變電站設備的具體使用方式[4]。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術在智能變電站中的具體應用

2.1 智能變電站運行管理

智能變電站在具體運行過程中具有信息化、互動化與自動化特點。智能變電站所運行的設備具有集成、環(huán)保、低碳與先進等優(yōu)勢，能夠?qū)⑷拘畔⒐蚕順藴驶鳛榛疽螅詣油瓿尚畔⒉杉捅O(jiān)測等一系列基礎功能。傳統(tǒng)變電站所配備的火災報警、安全警衛(wèi)以及采暖通風等輔助生產(chǎn)系統(tǒng)都是各自獨立且不具備對話功能的小型自動化設備，很容易出現(xiàn)信息孤島問題，無法滿足智能運行管理的需求。而利用物聯(lián)網(wǎng)技術可以在智能變電站傳感監(jiān)測平臺上構建完善的監(jiān)測輔助系統(tǒng)，從而實現(xiàn)火災報警、主變消防、智能認證以及圖像監(jiān)視，進而實現(xiàn)智能變電站的全過程智能化管理[5]。

2.2 智能巡檢監(jiān)督子系統(tǒng)

智能巡檢監(jiān)督子系統(tǒng)一般都是由SRFID卡和手持智能終端組成，SRFID卡通常都會綁定巡檢設備上，同時也是內(nèi)置唯一編碼的身份識別器件，擁有感知外界環(huán)境溫度、濕度和振動等能力。SRFID卡的讀寫功能較強，能夠記錄生產(chǎn)商、出廠日期以及檢修周期等信息數(shù)據(jù)。通常情況下，SRFID卡都會與巡檢區(qū)域相匹配，讀卡后可以自動顯示出這一區(qū)域的相關巡檢內(nèi)容[6]。而智能終端則代表著巡檢工作人員可以在識讀SRFID卡的基礎上對此區(qū)域進行確認并結合預存的中文提示來輸入設備運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，是一種專業(yè)手持式便攜設備，可以自動采集變電站設備的運行環(huán)境參數(shù)，從而顯示出設備編號、維保計劃等信息內(nèi)容。作業(yè)人員利用手持智能終端設備可以按照采集器所提示的巡視路線來進入設備區(qū)域巡視，在到達某一區(qū)域后，先將智能終端和設備中的SRFID卡相匹配。在信息采集器顯示匹配成功后，就會顯示出這一設備的具體巡視內(nèi)容，之后由相關巡檢人員負責填寫。此外，在智能巡檢驗證的基礎上，還可以提高巡檢監(jiān)督與管理工作效率，確保巡檢人員能夠按時到達現(xiàn)場巡檢，為后續(xù)巡檢數(shù)據(jù)管理提供了可靠技術支持。智能巡檢監(jiān)督流程如圖1所示。

圖1 智能巡檢監(jiān)督流程

2.3 圖像監(jiān)視與安全警衛(wèi)子系統(tǒng)

此系統(tǒng)采用了集多種探測原理于一體的方法來完成智能識別和協(xié)同工作，對變電站圍界能夠?qū)崿F(xiàn)全天候動態(tài)智能感知，具有很強的智能性和適應性[7]。圖像監(jiān)視系統(tǒng)集成平臺如圖2所示。

圖2 圖像監(jiān)視系統(tǒng)集成平臺

前端探測分系統(tǒng)主要由視頻和磚墻控制器組成。聯(lián)動控制分系統(tǒng)中，一部分依靠集成平臺軟件來實現(xiàn)控制，另一部分則依靠I/O量控制器來實現(xiàn)控制。通常情況下，圖像監(jiān)視子系統(tǒng)主要由智能視頻處理系統(tǒng)、云臺視頻系統(tǒng)等部分組成[8]。在入侵行為觸發(fā)警報后，系統(tǒng)就會在第一時間與智能視頻分系統(tǒng)展開聯(lián)動，視頻圖像會自動彈出在監(jiān)控器的最頂層，從而確保入侵行為能夠及時被發(fā)現(xiàn)。值班人員可以通過麥克風向智能變電站設備現(xiàn)場發(fā)出警告，整個警報流程如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)警報流程

2.4 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設計

考慮并發(fā)性和數(shù)據(jù)增長性，采用了3層存儲架構，分別是Redis緩存、MySQL結構化存儲以及ElasticSearch分布式存儲。Redis緩存主要應用在用戶登錄、會話信息等方面，可以有效保證物聯(lián)網(wǎng)相關技術應用的統(tǒng)一性和不間斷性。而MySQL結構化則考慮到配電站數(shù)據(jù)的可持續(xù)增長性。單個變電站如果30 s采集一次數(shù)據(jù)，那么每日就會產(chǎn)生近2 900條數(shù)據(jù)，隨著用戶的不斷增長，當數(shù)據(jù)突破百萬條之后，MySQL的存儲性能就無法滿足日常數(shù)據(jù)存儲要求。此外，ElasticSearch應用文檔形式存儲數(shù)據(jù)，便于配電站檢測數(shù)據(jù)的更新變換，系統(tǒng)擴展性也會變得更高[9]。

3 物聯(lián)網(wǎng)技術應用于智能變電站的優(yōu)化分析

在新時代電力生產(chǎn)中，物聯(lián)網(wǎng)技術作為一種前沿技術，在理論方面可以將物理系統(tǒng)和人類社會活動有機整合在一起，提高設備監(jiān)控程度和精確度[10]。電力行業(yè)相關企業(yè)要充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)技術的優(yōu)勢，構建完善的傳感檢測設備系統(tǒng)，從而提高生產(chǎn)能力。在此基礎上，還可以針對變電站各生產(chǎn)環(huán)節(jié)的設備完成聯(lián)網(wǎng)建設，優(yōu)化智能監(jiān)控系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)，基于生產(chǎn)操作、設備監(jiān)測以及數(shù)據(jù)分析等內(nèi)容形成智能化體系。除此之外，電力部門還要結合實際情況高效建設電力項目。例如在智能判斷、智能監(jiān)測以及智能管理等方面展開部署，從而確保能夠在短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)影響變電站設備正常運行的不利因素。對智能變電站的基本運行狀態(tài)進行轉(zhuǎn)變，減少監(jiān)測環(huán)節(jié)的人工投入，從而提高電力企業(yè)整體經(jīng)濟效益。

4 結 論

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)技術將人類社會和物力系統(tǒng)高度結合在了一起，通過自動且實時的設備識別、定位、追蹤來完成設備實時管理和控制。而將物聯(lián)網(wǎng)技術應用在智能變電站中，可以有效促進其快速發(fā)展，對于新時代社會能源安全防護和能源合理配置都起到了十分重要的作用，提高了整體經(jīng)濟效益和社會效益。