基于智慧 物联网的变电站全景全息状态感知与诊断云平台

基于智慧 物联网的变电站全景全息状态感知与诊断云平台

高明亮，许崇耀，张慈杭，杨岳旺，高麒，刘伟东，徐昕艺

国网北京昌平供电公司 102200

摘要：随着电力系统自动化程度的不断提高，变电站的智能化已成为保证电网生产管理现代化的重要基础。为了实现变电站有效管控，提升运维水平，本文设计提出一种基于智慧物联网的全景全息状态感知与诊断平台，以“数据共享、智能控制”为核心，配置多种微功率传感器，通过北斗卫星系统将数据传输到主站，实现站内主要设备及周围环境全天候的状态检测。本平台试点成效显著，能有效降低人力物力成本，提升变电站运行安全性和供电可靠性。

关键词：变电站；状态感知；北斗；物联网

0 引言

随着智能电网的快速发展，无人值守的变电站已经实现广泛应用^[1]。但变电站设备多、信息杂、运维难等特点，对变电站的全面状态感知水平提出了更高的要求。同时，传统的变电站管理模式使得各系统间信息不能共享，造成信息孤岛效应，缺乏有效的数据协调管理^[2]。因此，亟需为变电站设计一种全景全息状态感知系统和平台，提升变电站运维和管理水平。

作为电网的重要节点，变电站的状态感知是建设智慧物联网的基础^[3]。随着设备自动化水平、人工智能水平等技术的发展，实现变电站的全范围智能监控也已成为可能^[4]。目前，相关领域对变电站的状态感知也有一定的研究^[5,6]，包括监控系统的新型架构^[7]、辅助设备综合监控平台的应用^[8,9]等，但缺乏对变电站内物理量全范围监控的深入研究；现有研究也缺乏对新技术的应用，比如，北斗系统在变电站中往往应用于双对时系统^[10]，但在状态感知系统中的通讯应用较少。

本文提出设计一种基于智慧物联网的变电站全景全息状态感知与诊断云平台，以“数据共享、智能控制”为核心，对变电站内主要设备加装多种微功率传感器，实现全面感知、全天候状态检测，并在平台上进行数据收集、处理、研判与应用。

1 变电站状态感知存在的问题

目前，变电站状态感知存在的主要问题包括以下三点：（1）无法实时检测一次设备的各项数据，只能做周期性的检测。（2）无法实现变电站内设备的全面感知。目前检测手段对于开关内部触头等部位的温度无法测量，对逐个设备进行检测耗费大量时间，由人工根本无法完成。（3）变电站内现有监控系统无法采集全息数据。目前监控画面仅显示运行方式、光字牌、告警信号等信息，缺少全息监测手段。

实现变电站的全面感知、全天候状态检测具有重要意义。本文设计的平台能够更加全面的覆盖与监测电气设备状态，实现电力设备缺陷、异常与告警信息的精准主动抢修和快速故障处理，提升变电站精益化管理水平。

2 变电站全景全息状态感知与诊断云平台的功能设计

变电站全景全息状态感知与诊断云平台按照“一体设计、精简层级、标准接口、远方控制、智能联动、方便运维”原则，充分整合利用互联网技术资源，应用北斗通讯技术对全变电站主要电气设备、周围环境、安全防范进行全天候的状态监视和智能控制，以满足变电站安全生产的要求。

2.1 云平台主站系统和站端系统

主站系统实现变电站设备的统一监控、统一展示、综合分析和告警应用等功能。支持实时检测站端系统的环境信息，具有实时曲线、历史曲线、越限报警等功能；同时支持备份管理、日志管理、系统配置等功能。通过平台系统对站端设备进行管理、信息发布、维护统计、实时监控。

站端系统完成变电站内部所有设备信息的采集和控制，并对站内各大子系统进行了整合，主要负责对环境量、感知量、辅助设备工作状态等信息进行采集、编码、筛分、研判、存储及上传。站端系统实现了设备智能联动、自动控制，边缘计算、信息主动推送。

2.2 北斗通讯传输系统

本平台使用的北斗终端机。终端采用一体化设计，固定杆安装更为方便，配备串口，便于用户进行二次开发。具有终端体积小、功耗低，连接简单、操作方便等特点，可广泛应用于电力等行业。

2.3 全景全息状态感知与诊断云平台的主要功能

2.3.1 变压器接地电流监测

本平台采用了专门的变压器铁芯接地电流检测装置,实现对变压器接地电流的实时监测。由于变压器接地电流很小，为了精确监测计量，采用高频交流采样，因此需要采用外接电源进行供电。采集单元将测量数据送至智能数据处理终端进行数据处理，数据和处理结果通过北斗通讯送至监控中心。

2.3.2 无线温度传感器监测

无线温度传感器基于 2.4GHz 数字无线技术平台开发，运用先进的一体化、微型化技术及 IP68 结构封装。将其安 装在接头、开关触点、线路导线等处，能够实现温度、温升和相间温差的高可靠实时在线监测，从而实现电力设备运行温度的智能管理，为设备末端信息获取提供最基础的数据支持。

2.3.3 其他检测功能

本平台还具备站内开关机械特性监测、直流设备监测、红外温度传感器监测、电缆夹层水位监测、接地电阻在线监测、局部放电监测、避雷器在线监测、开关柜内环境监测等功能。

3 系统实际应用

基于智慧物联网的变电站全景全息状态感知与诊断云平台已经部署在两个试点应用。通过物联网改造，两个站最终实现了多系统广泛联动，在保证变电站内一、二次设备及消防辅助设施安全、稳定运行的同时，达到数据在线监测、故障智能研判、精准主动抢修等多种功能。

本平台的实施应用，将传统的人工定期检测，转换为自动远程巡检，实现了设备数据在主站端可视化，有利于运维人员对变电站设备数据进行主动获取，大大减少运维人员工作负荷；通过智慧物联网技术进行设备故障智能研判，及时处理设备故障，可以对电网事故进行预防。本平台节省了大量运维人力物力成本，对设备资产寿命全周期全程状态监测，能够及时处理设备故障，延长设备使用寿命，大幅减小用户停电风险，直接提高了变电站的运行安全性和供电可靠性。

4 结论

本文提出的变电站全景全息状态感知与诊断云平台，面向智慧物联网的建设，利用北斗通讯技术，全面整合变电站内电缆接头温度、变压器油色谱、开关柜局部放电监测等多种微功率无线传感器，对站内重要的电气量和非电气量进行远程在线监测，并在平台上进行数据收集、处理、研判与应用，实现了站内主要设备及周围环境全天候的状态监测管理。本平台采用的微功率传感器和北斗通讯技术成熟，不存在技术壁垒，不受政策限制，不存在贸易壁垒，市场规模巨大。采用的微功率传感器加装在一次设备表面，不会影响设备正常运行，不存在设备安全风险。本文提出的全景全息状态感知与诊断云平台日后可推广至行业内所有变电站、开闭站和配电室等，将实现物联网全覆盖，运维人员对站内情况的远程全面感知，节省了人力物力成本，提高了电力设备的运行可靠性和变电站整体运维水平。

参考文献

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