張喜平,趙文博（廣東電網(wǎng)公司中山供電局，中山 528400）

有源自組網(wǎng)存儲(chǔ)測(cè)溫一體標(biāo)簽在變電站智能化改造中的應(yīng)用

張喜平,趙文博
（廣東電網(wǎng)公司中山供電局，中山 528400）

0　引言

十二五是南方電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)全面建設(shè)階段，ITC技術(shù)對(duì)變電環(huán)節(jié)智能建設(shè)的支持主要表現(xiàn)在：設(shè)備可視化運(yùn)行、狀態(tài)檢修、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)輔助以及智能化變電站等方面。變電站智能化技術(shù)被大量地應(yīng)用到變電站建設(shè)和改造中。變電站智能化是智能電話建設(shè)的核心內(nèi)容之一。變電站的智能化要求在變電站內(nèi)要采用先進(jìn)、可靠、集成、低碳、環(huán)保的智能設(shè)備，以站內(nèi)信息數(shù)字化、通信網(wǎng)絡(luò)化、信息共享標(biāo)準(zhǔn)化為基本要求，自動(dòng)完成信息采集、測(cè)量、控制、保護(hù)、計(jì)量和監(jiān)測(cè)等基本功能[2-3，5]。而變電站智能化的基礎(chǔ)是一次設(shè)備的智能化，即具有量測(cè)數(shù)字化、控制網(wǎng)絡(luò)化、狀態(tài)可視化等特征，要求智能變電站內(nèi)運(yùn)行的設(shè)備要能實(shí)現(xiàn)廣泛在線監(jiān)測(cè)和狀態(tài)檢修。對(duì)于已經(jīng)運(yùn)行的老舊變電站，在其智能化的改造過程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具有的全面感知、信息可靠傳輸、智能數(shù)據(jù)處理等技術(shù)特性，對(duì)于實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備狀態(tài)可視化和狀態(tài)檢修輔助決策支持，是最佳的解決途徑。

目前國(guó)內(nèi)外常見的用于變電站高壓設(shè)備的測(cè)溫標(biāo)簽大都基于CMOS工藝，基本特點(diǎn)是測(cè)量范圍大且精度高的功耗較大，功耗低的測(cè)量范圍較小且測(cè)量精度不高。本文著眼于變電站智能化改造中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升智能化水平，在現(xiàn)有測(cè)溫RFID的基礎(chǔ)上重點(diǎn)針對(duì)測(cè)溫與存儲(chǔ)一體化、功耗高、數(shù)據(jù)雙向通訊等問題進(jìn)行了改進(jìn)，研制出新的集信息存儲(chǔ)和測(cè)溫于一體的自組網(wǎng)標(biāo)簽（簡(jiǎn)稱：SRFID300）。SRFID300具有存儲(chǔ)量大、數(shù)據(jù)精度高、自動(dòng)預(yù)警、低能耗、雙向通信等特點(diǎn)，在變電站智能改造過程中，使用該標(biāo)簽可實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備標(biāo)識(shí)、在線測(cè)溫、異動(dòng)、盤點(diǎn)等變電站管理，同時(shí)研究并設(shè)計(jì)了標(biāo)簽的編碼體系，有助于設(shè)備在電力系統(tǒng)的推廣使用。SRFID300在廣東電網(wǎng)公司中山供電局三鄉(xiāng)區(qū)域智能電網(wǎng)改造項(xiàng)目中進(jìn)行了示范應(yīng)用。

1　SRFID300系統(tǒng)設(shè)計(jì)

SRFID300是在常見的有源測(cè)溫標(biāo)簽基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的，除了具備標(biāo)簽的標(biāo)識(shí)功能、溫度傳感器的溫度感知和溫度數(shù)據(jù)采集功能外，還具有獨(dú)立存儲(chǔ)設(shè)備信息的功能、溫度異常告警功能以及雙向通信功能。本研究首次在溫感標(biāo)簽中集成了單片機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大容量的存儲(chǔ)功能；同時(shí)在溫度異常情況下，SRFID300能根據(jù)事先預(yù)制在芯片中的預(yù)警程序做出判斷并發(fā)送告警信息給接收器。SRFID300系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1　SRFID300結(jié)構(gòu)

通過測(cè)試與第三方機(jī)構(gòu)的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)SRFID300運(yùn)行穩(wěn)定，主要有效性能參數(shù)如表1：

表1　SRFID性能參數(shù)

2　SRFID300的編碼設(shè)計(jì)

編碼體系是標(biāo)簽數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸?shù)幕A(chǔ)。EPC （Electronic Product Code）即電子產(chǎn)品編碼，它是一種建立在EAN.UCC（即全球統(tǒng)一標(biāo)識(shí)系統(tǒng)）條型編碼基礎(chǔ)之上的編碼系統(tǒng)，是對(duì)條形編碼系統(tǒng)做了一些擴(kuò)充，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)單品進(jìn)行標(biāo)志。在EPC編碼體系中公布的編碼方案有64位、96位、256位三種類型[4]，其中：64位碼方案主要應(yīng)用在物流行業(yè)，256位編碼因?yàn)樘L(zhǎng)容易造成處理繁瑣及數(shù)據(jù)冗余，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用96位編碼規(guī)則，編碼結(jié)構(gòu)如表2：

表2　EPC編碼規(guī)則

為了實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)快速檢索的目的，采用編碼作為設(shè)備信息索引，主要根據(jù)設(shè)備的行政歸屬、類型、電壓等級(jí)和序列號(hào)等進(jìn)行編碼，編碼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下：

圖2　編碼體系設(shè)計(jì)

其中：標(biāo)頭信息按64位編碼體系進(jìn)行編碼，為固定信息，占8位，即：00110101；管理者信息是指設(shè)備的行政歸屬信息，占28位，分為四級(jí)：大電網(wǎng)+省網(wǎng)+地市+廠站；設(shè)備屬性指設(shè)備大類（如變電、輸電、配電等）+功能類型（可參照電力設(shè)備分類，如：主變、開關(guān)柜、斷路器等）+電壓等級(jí)，占24位；序列號(hào)是按照各權(quán)屬單位對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行統(tǒng)一編碼所產(chǎn)生的設(shè)備編號(hào)，占36位。編碼規(guī)則具體如下：

表3　編碼結(jié)構(gòu)表

按照編碼規(guī)則進(jìn)行中山供電公司編碼設(shè)計(jì)，最后將編碼應(yīng)用到三鄉(xiāng)區(qū)域智能電網(wǎng)建設(shè)中，以平鋪?zhàn)冸娬?0kV開關(guān)柜的編碼為例，其二進(jìn)制編碼如表4，在實(shí)際系統(tǒng)使用過程中，為了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和讀取的方便，也可根據(jù)需要將二進(jìn)制編碼轉(zhuǎn)換成16進(jìn)制進(jìn)行使用。

表4　設(shè)備編碼示例

3　SRFID300在變電站內(nèi)的應(yīng)用場(chǎng)景

一次設(shè)備標(biāo)識(shí):設(shè)備標(biāo)識(shí)是SRFID300的設(shè)計(jì)是考慮的最基本的功能。一般情況下在變電站內(nèi)部，設(shè)備標(biāo)識(shí)通過在設(shè)備上貼無源標(biāo)簽，其所指的設(shè)備的資產(chǎn)信息和臺(tái)帳信息是通過后臺(tái)數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)來實(shí)現(xiàn)的。通過使用SRFID300進(jìn)行設(shè)備標(biāo)識(shí)，其特有的存儲(chǔ)功能可將設(shè)備的基本信息、參數(shù)信息、位置信息、運(yùn)行信息等存儲(chǔ)到芯片中，實(shí)現(xiàn)了與新型智能設(shè)備一樣的標(biāo)識(shí)和信息管理的功能。設(shè)備臺(tái)帳信息變化時(shí)或設(shè)備位置更換時(shí)，SRFID300可以通過其雙向通信功能，在線召喚更新或近距離使用手持終端、近距離讀寫實(shí)現(xiàn)更新。

設(shè)備巡檢輔助:通過使用SRFID300的在線感知功能，可方便地在GIS地圖上構(gòu)建電力設(shè)備分布圖，幫助巡檢人員快速進(jìn)行設(shè)備定位；同時(shí)通過使用智能手持設(shè)備從SRFID300中讀取一次設(shè)備信息，可減少因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)不暢而帶來的數(shù)據(jù)傳輸問題，有效提升了巡檢人員工作的效率；通過近距離讀取設(shè)備溫度信息，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患，同時(shí)提高巡檢工作的效率。

設(shè)備在線盤點(diǎn):設(shè)備在線盤點(diǎn)是通過SRFID300與一次設(shè)備的關(guān)系，實(shí)時(shí)在線獲取一次設(shè)備狀態(tài)信息、位置信息、資產(chǎn)信息，可快速實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線盤點(diǎn)。根據(jù)需要，自動(dòng)進(jìn)行定期的設(shè)備在線盤點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)變電站內(nèi)設(shè)備的類型、數(shù)量、狀態(tài)等，可在圖形上實(shí)時(shí)展示安裝位置，同時(shí)可生成數(shù)據(jù)列表。

設(shè)備異動(dòng)自動(dòng)感知:利用SRFID300無線自組網(wǎng)的特點(diǎn)，可實(shí)時(shí)捕捉到未遵循工作計(jì)劃安排的設(shè)備移出機(jī)柜或移入機(jī)柜時(shí)進(jìn)行告警提示，自動(dòng)產(chǎn)生告警記錄，實(shí)現(xiàn)設(shè)備異動(dòng)感知功能。

4　SRFID300應(yīng)用實(shí)例介紹

在廣東電網(wǎng)公司中山供電局三鄉(xiāng)區(qū)域智能電網(wǎng)改造項(xiàng)目中，我們?cè)谄戒佔(zhàn)冸娬竞蜕晏米冸娬緝?nèi)的開關(guān)柜、刀閘等設(shè)備上安裝了SRFID300進(jìn)行示范應(yīng)用，主要實(shí)現(xiàn)測(cè)溫、標(biāo)識(shí)、在線盤點(diǎn)、巡檢輔助等功能，下圖是軟件系統(tǒng)界面和硬件安裝截圖：

圖3　開關(guān)柜溫度在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)界面

圖4　監(jiān)測(cè)模塊固定安裝圖

通過系統(tǒng)的試運(yùn)行，對(duì)比傳統(tǒng)的測(cè)溫標(biāo)簽，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)型的有源自組網(wǎng)存儲(chǔ)測(cè)溫一體化標(biāo)簽在測(cè)溫精度、數(shù)據(jù)存取、近距離讀寫等反應(yīng)速率和準(zhǔn)確率上均有了不同程度的提高。尤其是在站內(nèi)大面積應(yīng)用時(shí)，自組網(wǎng)的功能可自動(dòng)尋找最近的中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，性能表現(xiàn)依然優(yōu)異，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的有效性和可靠性。

5　結(jié)語

針對(duì)現(xiàn)有測(cè)溫標(biāo)簽在智能變電站內(nèi)綜合應(yīng)用所存在的問題，本文改良性設(shè)計(jì)了有源自組網(wǎng)存儲(chǔ)測(cè)溫一體標(biāo)簽SRFID300，可實(shí)現(xiàn)變電站內(nèi)設(shè)備的標(biāo)識(shí)、溫度采集、設(shè)備信息大容量存儲(chǔ)等功能，同時(shí)設(shè)計(jì)的電力設(shè)備編碼體系可有效實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和使用的效率。通過實(shí)例驗(yàn)證表明，相比傳統(tǒng)的測(cè)溫標(biāo)簽，本文所設(shè)計(jì)的SRFID300系統(tǒng)在智能變電站的應(yīng)用則更加適宜和可靠。

[1]李友光.基于RFID的輸變電設(shè)備EPC編碼的應(yīng)用研究[D].湖南大學(xué)，2014.

[2]鐘清等編著.智能電網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究[M].中國(guó)電力出版社，2011，08.

[3]王正風(fēng)等編著.智能電網(wǎng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行實(shí)用技術(shù)[M].水利水電出版社，2011.08.

[4]岳善勇.編碼標(biāo)識(shí)——物聯(lián)網(wǎng)的重要支撐[J].中國(guó)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，2011（3）.

[5]何光宇,孫英云編著.智能電網(wǎng)基礎(chǔ)[M].中國(guó)電力出版社，2010.0.

[6]熊春如.基于RFID的智能數(shù)據(jù)采集終端的研究與設(shè)計(jì)[J].電氣自動(dòng)化，2008,30（5）:54-56,65.

Intelligent Power Grid;Temperature Measurement and Storage Integration Label;Intelligent Substatio;Code

Application of Active Self Networking Storage Temperature Measurement in the Transformation of Intelligent Substation

ZHANG Xi-ping，ZHAO Wen-bo
（Zhongshan Power Supply Bureau，Guangdong Power Grid Company，Zhongshan 528400）

1007-1423（2016）06-0083-04

10.3969/j.issn.1007-1423.2016.06.020

張喜平（1966-），男，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化運(yùn)行管理工作

2015-12-15

2016-02-15

智能電網(wǎng)建設(shè)離不開物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。目前用于變電站高壓設(shè)備的測(cè)溫標(biāo)簽，測(cè)量范圍大且精度高的功耗大，功耗低的測(cè)量范圍較小且測(cè)量精低。在現(xiàn)有測(cè)溫RFID的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，研制出新的集信息存儲(chǔ)和測(cè)溫于一體的自組網(wǎng)標(biāo)簽SRFID300，具有存儲(chǔ)量大、數(shù)據(jù)精度高、自動(dòng)預(yù)警、低能耗、雙向通信等功能特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)原有變電站的智能化改造。研究并設(shè)計(jì)標(biāo)簽的編碼體系和軟件系統(tǒng)，在廣東電網(wǎng)公司中山供電局三鄉(xiāng)區(qū)域智能電網(wǎng)改造項(xiàng)目中進(jìn)行示范應(yīng)用。

智能電網(wǎng)；測(cè)溫存儲(chǔ)一體化標(biāo)簽；智能變電站；編碼

趙文博（1980-），男，高級(jí)工程師，從事調(diào)度自動(dòng)化工作十多年

Intelligent power grid construction cannot be separated from the Internet of things technology.At present,the temperature measurement label for high voltage equipment in transformer substation,which has the survey scope in a big way and higher precision the power con鄄sumption is high,and the low power consumption the measurement range is small and the measurement precision is low.Based on the ex鄄isting temperature measurement RFID,develops a new set of information storage and temperature measurement,which has the character鄄istics of high storage capacity,high data accuracy,automatic early warning,low energy consumption,bidirectional communication and so on,which can realize the intelligent transformation of the original substation.At the same time,studies and designs the encoding system and the software system of the tag,which has been demonstrated in the power supply bureau of Zhongshan Power Supply Bureau.