基于物联网的变电站信息采集、传输及信息融合技术研究

段晓晨 郭晨亮 赵强

摘 要 变电站运维作业需要多种信息支持，变电站作场设备种类繁多，安全规范严谨而复杂，如何为操作人员提供高可信、与工作目标高度相关的信息是有效提升工作效率的关键。本文分析了物联网下的变电站信息采集、传输及融合技术，以提高操作人员获得设备运行的有效性，减轻运维工作强度，提高工作效率，加强防错能力。

关键词 物联网;信息采集;融合;技术

1变电站现场运维作业需要采集的信息

变电站现场运维作业涉及多个变电专业和多类设备，为操作所需的信息量很大，主要有以下一些设备运行状态信息和环境状态信息。

①设备运行状态信息。其主要包括：AIS设备位置信息;地刀、接地线位置信息;电容器工作温度与鼓肚形变;各类套管接头温度;各类大电流接头温度;柜门的开闭状态;这些设备作为变电站的主要设备信息需要随时的监控，以保证设备的安全运行。②环境状态信息。其主要包括：环境温度;环境湿度;地面水浸;风速风向;雨量;环境温度是变电站设备的工作环境基本参数，对环境信息的采集可以实时监控设备的工作环境状态，确保电力设备工作其额定范围内，避免温度湿度超标运行导致故障。③无线传感器网络的特点。无线传感器网络的核心技术之一是通过部署多个简单节点来获取目标的多种信息，可以大幅度降低功耗和成本，有利于节点的大规模部署;其安装便利、灵活、易于升级、安全性高、无须绝缘等优点，被广泛应用于相关设备的信息采集[1]。

2变电站现场运维作业中的多传感器信息融合技术研究

在多传感器系统中，各传感器感知的信息通常具有不同的特征：模糊的或者错误的，相互支持或互补，甚至是相互矛盾或竞争。同时，系统所处的环境也受到各种随机因素的影响而不断地变化。所以需要多个同一类型传感器或多种不同类型传感器进行协同感知，以实现对目标的全面准确检测。

对于在单个位置、单种类型的传感器难以准确、多方位地反映感知目标真实状态的情况下，为了提高感知信息的可靠性，需要在同一位置布设多种类型的传感器，通过不同类型传感器之间的协同感知，以尽可能全面地获取目标的信息。協同感知是信息融合的基础，通过将感知到的信息传输到管控平台进行数据特征提取，信息融合和判断决策，实现对感知目标状态信息的智能化应用[2]。

某变现场运维需要采用多种传感器对AIS顺控操作设备位置、地刀地线位置、电容器温度与形变、环境温湿度、水浸、振动等信息进行多方位采集，是一个多源异构信息系统。多源异构信息融合实际上是对人脑综合处理复杂问题的一种功能模拟，它充分利用多个传感器资源，通过对各种观测信息的合理支配与使用，在空间和时间上把互补与冗余信息依据某种优化规则结合起来，产生对观测环境的一致性解释或描述，同时产生新的融合结果。其目标是基于各种传感器的分离观测信息，通过对信息的优化组合导出更多的有效信息。

协同感知和多源异构信息融合在解决状态监测、目标检测识别等方面，具有如下性能优势：①增加系统的生存能力。在有若干传感器不能利用或受到干扰，或某个目标不在覆盖范围时，始终有一部分传感器可以提供信息，使系统能够不受干扰地连续运行、弱化故障，并增加检测概率。②扩展空间覆盖范围。通过多个交叠覆盖的传感器作用区域，扩大了空间覆盖的范围，一些传感器可以探测到其他传感器无法探测的地方，进而增加了系统的空间监视范围和检测概率。③扩展时间覆盖范围。当某些传感器不能探测时，另一些传感器可以检测、测量目标或事件，即多个传感器协同作用可提高系统的时间检测范围和检测概率。④增加可信度。多种传感器对同一目标或事件进行确认，因而有可能提高可信度。⑤简少信息的模糊性。多传感器联合信息降低了目标或事件的不确定性。⑥改善探测性能。对目标的多种测量的有效融合，提高了探测的有效性。⑦提高空间分辨率。多传感器的合成可以获得比任何单一传感器更高的分辨率。⑧增加测量空间的维数。系统不易受到恶意行动或自然现象的破坏。

3无线温度传感器节点间的协同感知

变电站设备温度是反映设备运行正常的重要指标，通过设备温度、环境温湿度传感器的协同感知和信息融合，实现设备与环境、同一设备相间数据的横向比较，同类设备间相对温升数据的纵向比较，帮助运行人员及时发现温度异常告警信息，以避免过热故障发生。①电容器的工作温升。理想电容器是不会有温升的，由于实际的电容器都有一定的损耗，该损耗与加载在电容器的工作电压平方成正比，与电容器工作的无功电流的大小成正比，所以超压工作往往会导致电容器的损耗增大，电容器老化也会导致绝缘下降，发热增加。比对电容器工作温升的历史数据可以早期发现电容器是否超压运行，是否早期劣化，可以避免爆炸等恶性事故的发生。②各相间电容器工作温升差。每相电容器组的工作状态一般是一样的，各组电容器的工作温升应该相同，如果有明显差异则可能是严重的三相不平衡或内部绝缘劣化，损耗增加，所以比对各组电容器的工作温升可以早期预警电容器故障。③同组各电容器间的工作温升差。同组的每个电容器组的工作状态完全相同的，各个电容器的工作温升应该相同，如果某个电容器的温升有明显高于其他电容器，则基本上可以确定其内部绝缘劣化，损耗增加，比对组内各电容器的工作温升是早期预警电容器故障的有效方法。结合某变电站改造，我们在实施了本专题的全部研究内容，其中首次采用激光距离传感器节点实现了顺控操作设备AIS设备的到位检测，提高了变电站运维的可靠性和效率，更提高了变电站10kV母线的安全性，可以有效避免母线接地合闸的重大事故，大大提升了变电站现场运维的效率和工作质量。

4结束语

可以预见，未来随着智能电网建设的不断推进，多传感器融合技术将更多应用于变电站智能化管理、运行的需要，相关物联网技术及其产品也将得到不断的创新和发展。

参考文献

[1] 赵川.基于大数据的电力运维故障诊断及自动告警系统设计[J].自动化与仪器仪表，2019（10）：16.

[2] 孟荣，范晓丹.关于智能变电站自动化系统及设备的几点建议[J].电气技术，2019（9）：21.