输变电设备物联网及其在智能电网中的应用

输变电设备物联网及其在智能电网中的应用[摘要]物联网将成为继计算机、互联网以后推动世界高速发展的又一重要生

产力。输变电设备物联网是智能电网的重要组成部分，是智能电网促进精益化资产管理的应用要求，以及对输变电设备运维与管控提出的新要求。本文介绍了输变电设备物联网的发展现状，并分析了其在智能电网的两个重要组成部分“设备智能监测”和“全寿命周期管理”中的应用。

一、引言

物联网是一种建立在互联网上的泛在网络，通过各种有线和无线网络与互联网融合，综合应用海量的传感器、智能处理终端、全球定位系统等，实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。智能电网是物联网的重要应用，将物联网技术应用于发电、输电、变电、配电和用电环节,使用健壮的双向通信、高级传感器和分布式计算机来改善电力交换和使用的效率,提高可靠性，以期充分整合电网信息资源，实现电网信息的精细化、模型化和可视化[1,2]。输变电设备物联网是智能电网的重要组成部分，它不仅具有通用物联网的感知、识别、定位、跟踪和管理能力，而且具备对输变电设备的在线监测、故障诊断、状态评估、维修决策与资产优化管理等功能。输变电设备物联网是智能电网促进精益化资产管理的应用要求，以及对输变电设备运维与管控提出的新要求。输变电设备物联网是通过物联网技术的手段使输变电设备状态监测和全寿命周期管理实现智能化、自动化[3,4]。本文首先介绍了输变电设备物联网的体系结构，然后分析了输变电设备物联网在智能电网的两个重要组成部分“设备智能监测”和“全寿命周期管理”的应用。

二、输变电设备物联网

输变电设备物联网以状态可视化、管控虚拟化、平台集约化、信息互动化为目标，实现设备运行状态可观测、生产全过程可监控、风险可预警的智能化信息系统。输变电设备物联网的体系结构主要由感知层、网络层和应用层组成。输变电设备物联网感知层包括各种二维码标签和识读器、RFID标签和读写器、摄像头、各种传感器和M2M 终端、传感器网络和传感器网关等。感知层又分为感知控制子层和通信延伸子层，感知控制子层是对物理世界感知、识别、信息采集的各类传感器，通信延伸子层是将物理实体连接到网络层和应用层的通信终端模块或延伸网络。智能电网通过感知控制子层实现各环节电气量、非电气量、微环境等信息的采集，并通过通信延伸子层接入到物联网的网络层。

网络层包括接入网和核心网，实现感知层与应用层间信息的传递、路由和控制。鉴于智能电网对数据安全、传输可靠性及实时性的严格要求，物联网的信息传递、汇聚与控制主要依托电力专用通信网实现，在不具备条件或特殊条件下可以借助公网，但必须做好相应安全防范措施。

应用层是将物联网技术与智能电网的需求相结合，实现电网智能化应用的解决方案。智能电网通过应用层最终实现信息技术与智能电网的深度融合，对智能电网的发展具有广泛的影响。应用层的关键在于在信息化的过程中，能满足电网系统的各个环节，进行智能交流，实现精确供电、互补供电、提高能源利用率、供电安全，节省用电成本目标中各信息元的需求分析以及信息的内部共享。

三、输变电设备物联网在设备智能监测中的应用

输变电设备物联网在智能监测中应用的关键是传感器技术。状态监测感知层

主要利用各种传感器实现变压器、GIS设备、容性设备以及环境动力等关键状态数据的采集。

以变电站为例，在变电站内对高压电气一次设备监测参量的节点主要有：

1.变压器：油中溶解气体、局部放电、绕组变形、油中微水、绕组热点温度、侵入波、振动波谱等；

2. 电流互感器，电压互感器：泄漏电流，介质损耗和电容量

3.电容型设备：电容量及介质损耗；

4.断路器：局部放电、气体含量、微水含量；

5.避雷器：阻性泄露电流，局部放电；

6.高压母线：温度。

针对以上监测对象与状态参数，基于传感器技术，研制出智能传感器和一体化智能监测装置，可以有效地提取高压电气一次设备的状态信息，并实现输变电设备物联网智能感知层的一体化管理和控制。

网络层以站内通信网络为主，主要技术为无线传感网络技术。随着各种传感系统的应用，无线通信网络应用越来越多，对无线通信空中通信接口、通信协议进行规范，将实现无线通信资源的共享。

应用层主要体现在输变电设备状态监测系统平台，平台除了实现数据的采集、分析及可视化展示外，加强与SCADA系统等其他应用系统的信息综合能力，实现数据的多方位综合分析，将提高物联网技术在输变电环节所起的作用。

四、输变电设备物联网在全寿命周期管理中的应用

输变电设备全寿命周期管理是指利用物联网技术，通过各类传感器监测电力设备的全景状态信息，并与设备本体属性进行关联，评估设备状态并预估寿命，为周期成本最优提供辅助决策等功能。实现电力资产全寿命周期管理，将大大提高设备诊断与评估的实时性和准确性，有利于在制造、物流、安装、运维、报废等各个阶段实现科学规划和管理。输变电设备物联网的全寿命周期管理系统主要包括：

1.基于输变电设备全景信息集成平台，针对包含规划、设计、运行、维护、检修和退役阶段的输变电设备全寿命周期优化管理，在输变电设备的状态评估完成输变电设备的状态评估、风险评估、动态预警、智能决策等方面的应用。

2.输变电设备的状态诊断方法和综合评估模型，建立输变电设备缺陷的因果关联模型和状态转换时序模型，完善基于环境信息、地理信息和多状态信息的输变电设备状态评价指标体系，研究输变电设备状态诊断方法和评估模型的地域性（海拔、地形地貌）和季节性修正方法。

3.输变电设备风险评估及动态预警策略：全景信息下输变电设备寿命终结或退役的界定及表征技术，基于绝缘材料老化、设备缺陷、历史故障的剩余寿命评估方法，考虑环境因素和地理因素的风险影响因素及其评价指标的量化、风险评估方法，建立输变电设备风险预警模型、风险评估技术指标体系及其流程。

参考文献

[1]宋菁,唐静,肖峰.国内外智能电网的发展现状与分析[J].电工电气,2010（3）：1-4.

[2]李乃湖,倪以信,孙舒捷等.智能电网及其关键技术综述[J].南方电网技术,2010,4（3）:1-7.

[3]刘通,陈波,杜朝波等.输变电设备物联网关键技术研究思路探讨[J].南方电网技术,2011,5（5）:47-50.