張 紅，譚萬(wàn)禹，片兆宇，張鳳曉

（1.長(zhǎng)春工程學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院；2.配電自動(dòng)化高校研究中心，長(zhǎng)春130012；3.長(zhǎng)春工程技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)春130117）

近年來(lái)，隨著電網(wǎng)的逐漸擴(kuò)容及能源格局的變化，人們逐漸重新定位電網(wǎng)，電網(wǎng)也存在前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。國(guó)家電網(wǎng)公司于2009年8月啟動(dòng)智能電網(wǎng)建設(shè)第一階段工作，包括電網(wǎng)智能化規(guī)劃編制、智能電網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系研究與制定、國(guó)家風(fēng)電和太陽(yáng)能等專題研究。2010年政府工作報(bào)告明確提出要“加強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)”，智能電網(wǎng)已經(jīng)得到政府的高度重視和全社會(huì)的關(guān)注［1］。國(guó)家工業(yè)和信息化部于2012年2月14日在其網(wǎng)站發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》，到2015年，中國(guó)要在核心技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化、關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)研究與制定、產(chǎn)業(yè)鏈條建立與完善、重大應(yīng)用示范與推廣等方面取得顯著成效，物聯(lián)網(wǎng)在物流、醫(yī)療、環(huán)保等領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用，在電力行業(yè)，遠(yuǎn)程抄表、輸變電監(jiān)測(cè)等方面正在逐步應(yīng)用。本文是物聯(lián)網(wǎng)在配電的設(shè)備巡查中的應(yīng)用，采用射頻識(shí)別、傳感器技術(shù)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)配電設(shè)備的巡查管理及設(shè)備狀態(tài)評(píng)估管理。

1 物聯(lián)網(wǎng)與智能電網(wǎng)的定義

智能電網(wǎng)是將先進(jìn)的傳感量測(cè)技術(shù)、信息通信技術(shù)、分析決策技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)與能源電力技術(shù)以及電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施高度集成而形成的新型現(xiàn)代化電網(wǎng)。在智能電網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)電力信息全局信息的獲取，以堅(jiān)強(qiáng)、可靠的物理電網(wǎng)和信息交互診斷和優(yōu)化，為電力運(yùn)行和管理人員展示全面、完整和精細(xì)的電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)圖，并提供決策支持、控制實(shí)施方案。

智能電網(wǎng)具有可觀測(cè)性、可控制性、實(shí)時(shí)分析決策 、自適應(yīng)和自愈等特點(diǎn)［2］。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是利用RFID技術(shù)、EPC標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等，構(gòu)造了一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)。物聯(lián)網(wǎng)通過(guò)射頻識(shí)別、傳感器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等前端信息采集系統(tǒng)，采集各種需要的數(shù)據(jù)信息，再通過(guò)電信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等把數(shù)據(jù)傳到云計(jì)算的中心進(jìn)行處理，最后，根據(jù)對(duì)信息的分析、處理結(jié)果再對(duì)前端進(jìn)行智能化的控制。物聯(lián)網(wǎng)具有連通性、信息采集、信息傳輸技術(shù)等特點(diǎn)［3］。

2 物聯(lián)網(wǎng)在配電設(shè)備巡查中的應(yīng)用

配電設(shè)備關(guān)系千家萬(wàn)戶的供電，長(zhǎng)期暴露于大自然中，由于雷擊、強(qiáng)風(fēng)、污穢等外力侵害，送變電公司對(duì)線路進(jìn)行定期巡視，掌握線路的運(yùn)行狀況，根據(jù)狀況發(fā)現(xiàn)配電設(shè)備的缺陷上報(bào)，并做出檢修計(jì)劃。在巡查過(guò)程中，往往有巡查不到位的現(xiàn)象。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)加快了電力系統(tǒng)信息化的速度，提高了配電設(shè)備巡查的自動(dòng)化程度。建立基于RFID技術(shù)的資產(chǎn)管理系統(tǒng)，為每個(gè)配電設(shè)備貼上RFID標(biāo)簽，對(duì)資產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行查詢、盤點(diǎn)、維修、報(bào)廢等工作。此巡檢系統(tǒng)包括上位機(jī)及移動(dòng)終端兩部分，上位機(jī)包括整個(gè)系統(tǒng)主要由基本信息、設(shè)備資料管理、巡檢管理、設(shè)備狀態(tài)評(píng)估、缺陷管理、系統(tǒng)管理部分，移動(dòng)終端包括數(shù)據(jù)采集設(shè)備、巡檢應(yīng)用終端等，實(shí)現(xiàn)對(duì)日常線路的管理。上位機(jī)巡檢管理分配檢查任務(wù)及巡檢線路的計(jì)劃安排，巡檢終端首先接受上位機(jī)巡檢任務(wù)安排，巡檢終端利用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)定位，對(duì)巡檢人員的行動(dòng)軌跡進(jìn)行追蹤、巡查的進(jìn)度實(shí)時(shí)跟蹤，對(duì)配電設(shè)備缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)異常后及時(shí)上報(bào)并對(duì)巡檢線路的情況利用手動(dòng)錄入及時(shí)回傳。

3 配電設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)

近年來(lái)，配電網(wǎng)逐漸擴(kuò)容，配電設(shè)備數(shù)量大、分布廣。由于巡檢人員較少等問(wèn)題，一般都采用春檢及秋檢定期巡檢的方式獲取配電設(shè)備缺陷的主要信息。由于信息少，出現(xiàn)事故較多，國(guó)家電網(wǎng)安全運(yùn)行分析報(bào)告，每年由于自身故障及自然災(zāi)害的影響占全年事故的一半。配電設(shè)備運(yùn)行關(guān)系電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司《配網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定，主要對(duì)以下設(shè)備內(nèi)容巡檢：架空線路、柱上真空開(kāi)關(guān)、柱上SF6開(kāi)關(guān)、跌落式熔斷器、金屬氧化物避雷器、電容器、電壓計(jì)量箱、開(kāi)關(guān)柜、電纜分支箱，配電設(shè)備按照重要性及分布范圍，巡檢周期一般按照市區(qū)線路一個(gè)月，郊區(qū)及農(nóng)村一個(gè)季度市區(qū)線路［4］。架空線路巡檢項(xiàng)目和配電變壓器巡檢項(xiàng)目分別如表1和表2所示。

表1 架空線路巡檢項(xiàng)目

表2 配電變壓器巡檢項(xiàng)目

在配電線路中，以配電變壓器為例，市區(qū)線路1個(gè)月巡檢1次，郊區(qū)及農(nóng)村配電室、箱式變電站1個(gè)季度巡檢1次，負(fù)荷測(cè)試中重要變壓器1～3個(gè)月1次，一般變壓器3～6個(gè)月巡檢1次。以變壓器為例，每年對(duì)變壓器例行預(yù)放性試驗(yàn)，分別對(duì)繞組及套管絕緣電阻測(cè)試、繞組直流電阻測(cè)試、非電量保護(hù)裝置絕緣電阻測(cè)試、絕緣油耐壓測(cè)試、接地電阻測(cè)試、運(yùn)行工況、歷史工況等信息完成變壓器的安全性監(jiān)測(cè)和巡檢。融合設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)，在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)機(jī)離線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等反應(yīng)變壓器的運(yùn)行狀態(tài)的特征量，通過(guò)智能優(yōu)化算法，歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，并對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行診斷及評(píng)估［4］。根據(jù)配網(wǎng)設(shè)備的重要性、用戶供電可靠性的不同要求，以安全、可靠性、環(huán)境、成本為基礎(chǔ)，通過(guò)設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、檢修決策，達(dá)到設(shè)備運(yùn)行安全可靠，加強(qiáng)設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)和試驗(yàn)工作，分別制定特別重要設(shè)備、重要設(shè)備、一般設(shè)備的狀態(tài)檢修策略；分為A類檢修、B類檢修、C類檢修、D類檢修、E類檢修［5］。適時(shí)做好配網(wǎng)設(shè)備的檢修工作，做到“應(yīng)修必修，修必修好”。確保配網(wǎng)設(shè)備健康，減少重復(fù)停電，提高用戶供電可靠性。

4 配電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)

配電設(shè)備的監(jiān)控體系的建立是物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的首要問(wèn)題，也是智能電網(wǎng)很重要的部分，配電網(wǎng)位于電網(wǎng)的末端，它與物聯(lián)網(wǎng)的感知層一致位于低端，具有廣闊的開(kāi)發(fā)空間。物聯(lián)網(wǎng)可分為3個(gè)層次：智能感知層、數(shù)據(jù)通信層和信息應(yīng)用層3個(gè)層次［6］，如圖1所示。

圖1 配電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控的物聯(lián)網(wǎng)基本架構(gòu)

4.1 智能感知層

智能感知層位于物聯(lián)網(wǎng)的底端，是實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)全面感知的基礎(chǔ)，其主要識(shí)別技術(shù)包括射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)、二維碼、條形碼、無(wú)線感知網(wǎng)絡(luò)等感知模塊，主要解決的問(wèn)題是感知和識(shí)別物理，采集和捕獲物品的信息，具備更敏感、更全面的感知能力，解決低功耗、小型化、低成本的問(wèn)題。在配電設(shè)備及狀態(tài)監(jiān)控中，對(duì)配電設(shè)備、桿塔上安裝RFID標(biāo)簽，記錄其信息，包括編號(hào)，建成時(shí)間、日常維護(hù)、修理過(guò)程及次數(shù)，此外還可以記錄桿塔相關(guān)地理位置和經(jīng)緯坐標(biāo)，以便構(gòu)建基于GIS的電力網(wǎng)分布圖。根據(jù)基于GIS的電力網(wǎng)分布圖來(lái)查看設(shè)備、桿塔分布，以便快速確定問(wèn)題桿塔的地理位置，為巡檢人員提供有效的標(biāo)示信息。

4.2 數(shù)據(jù)通信層

數(shù)據(jù)通信層主要任務(wù)是將感知層采集的信息準(zhǔn)確無(wú)誤地傳輸?shù)叫畔?yīng)用層，信息應(yīng)用層對(duì)信息管理進(jìn)行分析，并做出狀態(tài)評(píng)估，傳輸層主要采取無(wú)線寬帶網(wǎng)、移動(dòng)3G、GSM等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)為主要的通信設(shè)備，通過(guò)各種通信網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的融合，將物體接入信息網(wǎng)絡(luò)，隨時(shí)隨地進(jìn)行可靠的信息交互和共享。將巡檢設(shè)備的狀態(tài)信息如變壓器的油溫、油枕的位置，桿塔的信息等通過(guò)GPRS上傳到上位機(jī)。

4.3 信息應(yīng)用層

信息應(yīng)用層對(duì)下位機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，分類分析決策，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息的整合分析處理，通過(guò)各種智能計(jì)算技術(shù)，對(duì)獲取的海量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)智能化決策和控制。實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)智能化的水平逐步提高。

智能電網(wǎng)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。信息應(yīng)用層的關(guān)鍵在信息化的過(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。

5 結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用在智能電網(wǎng)建設(shè)是必然趨勢(shì)，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用在配電設(shè)備巡查及狀態(tài)監(jiān)測(cè)，提高智能電網(wǎng)的信息化水平、自動(dòng)化水平。無(wú)量網(wǎng)的應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與智能電網(wǎng)的深度融合，整合電力資產(chǎn)提高了電能的傳輸率及使用效率，降低了事故率，提高了工作效率。隨著智能電網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷融合和滲透，必將促進(jìn)智能電網(wǎng)的建設(shè)。

［1］劉振亞.智能電網(wǎng)知識(shí)讀本［M］.北京：中國(guó)電力出版社，2010：16－10.

［2］李乃湖，倪以信，孫舒捷，等.智能電網(wǎng)及其關(guān)鍵技術(shù)綜述［J］.南方電網(wǎng)技術(shù)，2010，4（3）：1－7.

［3］饒威，丁堅(jiān)勇，李銳.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用［J］.華中電力，2011（2）：1－5.

［4］戴文，阮羚，丁堅(jiān)勇，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能電網(wǎng)輸變電設(shè)備在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用 ［J］.湖北電力，2013，37（3）：8－10.

［5］Q／GDW 643—2011配電網(wǎng)設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2011.

［6］曹一家，何杰，黃小慶，等.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用［J］.電力科學(xué)與技術(shù)學(xué)報(bào)，2012，27（3）：16－20.