電力物聯網技術用于電力設備在線監測的研究

夏文杰

（南京國電南自電網自動化有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

結合監測部署優化要求，要建立更加科學規范的控制模式，并配合電力設備在線監測規范，發揮電力物聯網（Internet of Things，IoT）技術的優勢作用，為異常數據管理工作的全面落實予以支持。

1 電力設備在線監測應用電力物聯網技術的設計方案

1.1 拓撲結構

依據層級要求完成層級設計，以便發揮物聯網技術的優勢作用，實現電力設備之間的及時性通信，并有效完成信息傳遞、路由管理和控制，從而配合傳感器網絡進行信息的交互管理。在通信層級（見圖1）中，傳感器網絡進行信息采集，利用網絡層將區間實時性信息予以匯總處理，保證上下層級聯通的及時性，確保應用層和感知層的通信工作規范有效。對應的應用層就是保證網絡通信功能連接的層級，而對應的感知層則是建立數據網絡信息交換的層級結構[1]。

圖1 通信層級架構

盡管通信層級結構的設定和處理能完成信息的交互，但依舊存在動態性能有限的問題，為此要建立二級環形網絡拓撲應用結構，完成信息的實時性管理和冗余處理，并配合電力設備傳感器提高結果的可控性，為電力設備的互通互聯提供保障。環形網絡拓撲結構如圖2所示。

圖2 環形網絡拓撲結構

依據結構可知，在整個基礎信息管理網絡中，節點是主要組成成分。其中，中央節點主要控制中央流量，并配合智能電子設備（Intelligent Electronic Device，IED）通信完成中央節點信息的轉發和處理，完善交換機管控工作，為物理線路通信應用效能的優化予以支持。

1.2 部署優化

在建立拓撲結構的基礎上，要配合電力設備在線監測要求，有效避免電磁干擾現象和電氣設備阻礙現象，最大程度上保證電力設備監測數據的時延效果，實現網絡優化的目標。按照網絡最大流量分區管理的要求，全面評估電力設備的狀態數據，進行數據的初步融合，從而獲取網絡生命周期，計算公式為：

式中：Ei為節點i的初始能量數值；ei為單位數據流量消耗的能量數值；fij為節點i到節點j的平均流量。在完成計算后，就能對網絡中能耗數值有更加明確的認識，進行相對均衡的評估處理，從而更好地維持在線監測網絡部署工作的穩定性，延長網絡使用壽命[2]。

2 電力設備在線監測應用電力物聯網技術的具體內容

2.1 數據采集

為了保證電力設備的在線監測工作更加合理可靠，就要借助電力物聯網技術完成初步的數據采集，以確保后續分析工作都能圍繞數據依次展開，維持數據管理的規范性和科學性[3]。

2.1.1 母線和輸電線路

在電力設備管理工作中，母線和輸電線路的管理非常關鍵，一般是在線路上設置電流互感器和電壓互感器，采集大量的模擬量數據，配合前置高頻數字化處理工序，將其直接輸入到嵌入式開發板后就能形成較為清晰的錄波圖。若采樣頻率為44 MHz，則每個工頻周期就能完成800個以上采樣點的分析[4]。值得一提的是，在收集母線和輸電線路數據的過程中，也要對連接位置予以高度關注，尤其是要進行電弧漏電位置的查找，及時匯總表面溫度參數數據，確保能更迅速且及時地捕捉微電弧，最大程度上進行控制性測量，為全面開展后續的線路管理提供支持。具體信息采集任務如表1所示。

表1 信息采集任務

2.1.2 斷路器

電力設備的在線監測工作中，斷路器設備需要3組以上的線路狀態監測數據才能完成統籌數據分析工作，因此要結合斷路器的應用環境和設備情況開展相應的技術分析工作，主要選取進線端、出線端以及二次回路端。配合接觸點監測，就能全面分析行動機構的具體位置和接觸電弧情況。除此之外，要部署噪聲和壓敏探頭，提取相應的冗余信息，并對開關予以三維傾斜攝影成像分析，以便于能夠更加精準地分析機構定位和電弧定位，確保能完成觸點和非線路部分溫度信息的匯總。在安裝噪聲定位和機械動作定位設施的過程中，匯總信息就能為后續定位操作提供支持[5]。

在斷路器物聯網信息采集任務工作中，要將開關溫度和電弧狀態信息進行層次化分析，并按照歸屬要求匯總在三維模型中，確保三維模型在輸出時能涵蓋開關量信息、電弧定位信息等基礎內容，更好地滿足開關錄波圖信息管理要求[6]。

2.1.3 變壓器

電力系統為維持電能輸送的安全性和平衡性，通常會將斷路器安裝在高壓側、中壓側以及低壓側，并且在斷路器前后設置對應的隔離開關。這就需要變壓器在線監測時對高壓側、低壓側、中壓側和開關設備予以監測，并同時完成變壓器線圈的監測評估，以保證能全面分析震動特征和內部微電弧放電現象，最大程度上保證實時性數據匯總和分析的科學性。例如，在系統中部署噪聲探頭監測系統，配合匯總過程就能全面輸出錄波圖、震動狀態圖、電弧狀態圖等，從而有效分析變壓器的實時性應用狀態。

另外，變壓器物聯網架構較為簡單，能實現實時性監測，主要是借助狀態數據匯總完成相關工作，并且變壓器絕緣油和絕緣紙等基礎狀態采集工作也會在離線狀態下開展，無需進行實時性跟蹤[7]。

2.2 監測實現

結合網絡結構的設計方案，基于信息采集功能就能獲取電力設備在線監測的實時性信息，為電力設備在線監測效果提供保障。利用橫向相似分析法進行評估，以相鄰采樣點的負荷變化率作為基礎衡量標準，就能借助算法完成實時性監測分析，具體流程如圖3所示。

圖3 基本流程

（1）系統開始，進行數據的讀取；（2）完成信息交互；（3）隨機抽取獲取的實時性數據；（4）將樣本數據轉變為向量，并按照緩存處理的方式完成數據的歸類存儲；（5）提取負荷的相關特征信息；（6）進行異常數據的檢測分析，若是有異常數據就要進行修正處理，若無異常數據則進行復測，依舊無異常便完成數據匯總管理[8]。

為了保證數據評估和分析的規范性，要結合異常數據點前后變化率進行修正操作，并最大程度上確保電力設備在線監測工作的順利開展[9]。

2.3 對比分析

結合電力物聯網技術的應用特點，為全面評估電力設備在線監測方法是否有效，要進行相匹配的對比分析試驗，從而結合數據評估電力設備在線監測的準確性和時延效果。

2.3.1 準確性

依據電力設備在線監測和傳統電容式電力設備局部放電高頻、特高頻綜合分析方法的對比可知，基于電力物聯網技術的在線監測所獲取的局部放電信號波形和實際放電信號波形較為一致，能準確評估當時局部放電量的參數情況，因此將其作為局部放電量評估依據的可行性較高。傳統的電容式電力設備檢測方法差距較大，無法準確測量。

2.3.2 時延效果

相較于傳統監測方式，基于電力物聯網技術的在線監測方式時延能控制在0.4 ms以內，大大提升了監測時效性，并維持了通信穩定效果，為進一步優化電力設備的監測水平提供了保障[10]。

3 結 論

總而言之，電力物聯網技術在電力設備在線監測中的應用具有重要意義，能在提升性能優勢的同時更好地發現電力設備存在的問題，以便于開展及時且規范的管控措施，為在線監測效能的優化予以保障，也為電力系統可持續發展奠定堅實基礎。