【摘 要】物聯(lián)網(wǎng)將成為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)以后推動(dòng)世界高速發(fā)展的又一重要生產(chǎn)力。輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，是智能電網(wǎng)促進(jìn)精益化資產(chǎn)管理的應(yīng)用要求，以及對(duì)輸變電設(shè)備運(yùn)維與管控提出的新要求。本文介紹了輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，并分析了其在智能電網(wǎng)的兩個(gè)重要組成部分“設(shè)備智能監(jiān)測(cè)”和“全壽命周期管理”中的應(yīng)用。

一、引言

物聯(lián)網(wǎng)是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的泛在網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)各種有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，綜合應(yīng)用海量的傳感器、智能處理終端、全球定位系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。智能電網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)的重要應(yīng)用，將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于發(fā)電、輸電、變電、配電和用電環(huán)節(jié)，使用健壯的雙向通信、高級(jí)傳感器和分布式計(jì)算機(jī)來(lái)改善電力交換和使用的效率，提高可靠性，以期充分整合電網(wǎng)信息資源，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)信息的精細(xì)化、模型化和可視化[1，2]。輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，它不僅具有通用物聯(lián)網(wǎng)的感知、識(shí)別、定位、跟蹤和管理能力，而且具備對(duì)輸變電設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)、故障診斷、狀態(tài)評(píng)估、維修決策與資產(chǎn)優(yōu)化管理等功能。輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)是智能電網(wǎng)促進(jìn)精益化資產(chǎn)管理的應(yīng)用要求，以及對(duì)輸變電設(shè)備運(yùn)維與管控提出的新要求。輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的手段使輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和全壽命周期管理實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化[3，4]。本文首先介紹了輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，然后分析了輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)在智能電網(wǎng)的兩個(gè)重要組成部分“設(shè)備智能監(jiān)測(cè)”和“全壽命周期管理”的應(yīng)用。

二、輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)

輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)以狀態(tài)可視化、管控虛擬化、平臺(tái)集約化、信息互動(dòng)化為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可觀測(cè)、生產(chǎn)全過(guò)程可監(jiān)控、風(fēng)險(xiǎn)可預(yù)警的智能化信息系統(tǒng)。輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)主要由感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層組成。輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)感知層包括各種二維碼標(biāo)簽和識(shí)讀器、RFID標(biāo)簽和讀寫(xiě)器、攝像頭、各種傳感器和M2M 終端、傳感器網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)關(guān)等。感知層又分為感知控制子層和通信延伸子層，感知控制子層是對(duì)物理世界感知、識(shí)別、信息采集的各類傳感器，通信延伸子層是將物理實(shí)體連接到網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層的通信終端模塊或延伸網(wǎng)絡(luò)。智能電網(wǎng)通過(guò)感知控制子層實(shí)現(xiàn)各環(huán)節(jié)電氣量、非電氣量、微環(huán)境等信息的采集，并通過(guò)通信延伸子層接入到物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層。

網(wǎng)絡(luò)層包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)感知層與應(yīng)用層間信息的傳遞、路由和控制。鑒于智能電網(wǎng)對(duì)數(shù)據(jù)安全、傳輸可靠性及實(shí)時(shí)性的嚴(yán)格要求，物聯(lián)網(wǎng)的信息傳遞、匯聚與控制主要依托電力專用通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，在不具備條件或特殊條件下可以借助公網(wǎng)，但必須做好相應(yīng)安全防范措施。

應(yīng)用層是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與智能電網(wǎng)的需求相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化應(yīng)用的解決方案。智能電網(wǎng)通過(guò)應(yīng)用層最終實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與智能電網(wǎng)的深度融合，對(duì)智能電網(wǎng)的發(fā)展具有廣泛的影響。應(yīng)用層的關(guān)鍵在于在信息化的過(guò)程中，能滿足電網(wǎng)系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)行智能交流，實(shí)現(xiàn)精確供電、互補(bǔ)供電、提高能源利用率、供電安全，節(jié)省用電成本目標(biāo)中各信息元的需求分析以及信息的內(nèi)部共享。

三、輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)在設(shè)備智能監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)在智能監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的關(guān)鍵是傳感器技術(shù)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)感知層主要利用各種傳感器實(shí)現(xiàn)變壓器、GIS設(shè)備、容性設(shè)備以及環(huán)境動(dòng)力等關(guān)鍵狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集。

以變電站為例，在變電站內(nèi)對(duì)高壓電氣一次設(shè)備監(jiān)測(cè)參量的節(jié)點(diǎn)主要有：

1.變壓器：油中溶解氣體、局部放電、繞組變形、油中微水、繞組熱點(diǎn)溫度、侵入波、振動(dòng)波譜等；

2. 電流互感器，電壓互感器：泄漏電流，介質(zhì)損耗和電容量

3.電容型設(shè)備：電容量及介質(zhì)損耗；

4.斷路器：局部放電、氣體含量、微水含量；

5.避雷器：阻性泄露電流，局部放電；

6.高壓母線：溫度。

針對(duì)以上監(jiān)測(cè)對(duì)象與狀態(tài)參數(shù)，基于傳感器技術(shù)，研制出智能傳感器和一體化智能監(jiān)測(cè)裝置，可以有效地提取高壓電氣一次設(shè)備的狀態(tài)信息，并實(shí)現(xiàn)輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)智能感知層的一體化管理和控制。

網(wǎng)絡(luò)層以站內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)為主，主要技術(shù)為無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。隨著各種傳感系統(tǒng)的應(yīng)用，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用越來(lái)越多，對(duì)無(wú)線通信空中通信接口、通信協(xié)議進(jìn)行規(guī)范，將實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信資源的共享。

應(yīng)用層主要體現(xiàn)在輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)平臺(tái)，平臺(tái)除了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、分析及可視化展示外，加強(qiáng)與SCADA系統(tǒng)等其他應(yīng)用系統(tǒng)的信息綜合能力，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的多方位綜合分析，將提高物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸變電環(huán)節(jié)所起的作用。

四、輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)在全壽命周期管理中的應(yīng)用

輸變電設(shè)備全壽命周期管理是指利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)各類傳感器監(jiān)測(cè)電力設(shè)備的全景狀態(tài)信息，并與設(shè)備本體屬性進(jìn)行關(guān)聯(lián)，評(píng)估設(shè)備狀態(tài)并預(yù)估壽命，為周期成本最優(yōu)提供輔助決策等功能。實(shí)現(xiàn)電力資產(chǎn)全壽命周期管理，將大大提高設(shè)備診斷與評(píng)估的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，有利于在制造、物流、安裝、運(yùn)維、報(bào)廢等各個(gè)階段實(shí)現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃和管理。輸變電設(shè)備物聯(lián)網(wǎng)的全壽命周期管理系統(tǒng)主要包括：

1.基于輸變電設(shè)備全景信息集成平臺(tái)，針對(duì)包含規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行、維護(hù)、檢修和退役階段的輸變電設(shè)備全壽命周期優(yōu)化管理，在輸變電設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估完成輸變電設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、動(dòng)態(tài)預(yù)警、智能決策等方面的應(yīng)用。

2.輸變電設(shè)備的狀態(tài)診斷方法和綜合評(píng)估模型，建立輸變電設(shè)備缺陷的因果關(guān)聯(lián)模型和狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)序模型，完善基于環(huán)境信息、地理信息和多狀態(tài)信息的輸變電設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，研究輸變電設(shè)備狀態(tài)診斷方法和評(píng)估模型的地域性（海拔、地形地貌）和季節(jié)性修正方法。

3.輸變電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及動(dòng)態(tài)預(yù)警策略：全景信息下輸變電設(shè)備壽命終結(jié)或退役的界定及表征技術(shù)，基于絕緣材料老化、設(shè)備缺陷、歷史故障的剩余壽命評(píng)估方法，考慮環(huán)境因素和地理因素的風(fēng)險(xiǎn)影響因素及其評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，建立輸變電設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警模型、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)指標(biāo)體系及其流程。

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