基于物联网的变电站在线监测系统

庾信 王乾

摘 要：随着智慧电网建设脚步不断加快，变电站在线监测系统功能更加完善，系统实际运行期间获得的监测数据，为保障电网正常运行提供了重要理论依据。通过将物联网内的实物智能识别与监测手段应用在变电站内，可为变电站设备状态在线监测工作提供新智能化方式。本文就基于此，以物联网及变电站在线监测系统的理论分析为切入点，提出变电站在线监测系统软件及硬件设计方案，最后对设计出的变电站在线监测系统进行运行测试，确保物联网技术能够在提升变电站在线监测系统运行质量效率中发挥出重要作用。

关键词：物联网;变电站;在线监测系统

前言：就目前来看，物联网技术被广泛应用在电力领域，通过建立起能够突破时间、空间、物体之间信息联通屏障的渠道，使参与到电力供应的各部门均能够实现在线监测与数据共享目标。同时，将物联网技术应用在变电站运行管理过程中，也可进一步完善原有在线监测系统的内部功能，使在线监测系统及时发现变电站运行故障问题，制定出专项可行的解决方案。

1 概述物联网技术及在线监测系统

1.1物联网技术概念

物联网技术最早于20世纪90年代末提出，当时对物联网技术的定义为实现物体与网络之间的非接触式识别与识标，相关技术只使用射频识别。随后期物联网技术发展速度逐步加快，我国相关研究学者提出，物联网就是互联与通信网络的进一步延伸，通过利用各类先进的感知技术识别现实世界，借助通信网络信息传输方式进行信息的处理及挖掘，实现人与人、物与物、人与物之间的无缝信息连接。

现阶段物联网技术在国内发展时间较短，已知其结构均为感知层、网络层与应用层三种[1]。其中，感知层是物联网结构的核心，主要肩负起建立信息世界与网络世界沟通桥梁的职责;网络层位于物联网结构中的中心地带，需要连接感知层与应用层，保障信息高效可靠传输;应用层是物联网结构的最顶端，应对收集到的数据进行汇总、分析及处理，用于事物的最终决策以及控制。

1.2变电站及在线监测系统

通常情况下，变电站主要分为进线电源、上层通信、变压层、设备层、下层通信等结构。进线电源需要连接上级电源的变电站，为变电站输送稳定电力资源[2];上层通信内部包括机电保护装置等重要设施，需要对此些设施的运行状态进行严格管控;变压层是变压器所在层，是实现变电站运行功能的基础保障;设备层内部分布着变电站总开关柜，属于用电设备与供电系统之间的接口;下层通信层一次设备与二次设备的连接面，应当监测电气量准确度，对系统进行整体控制操作。

变电站在线监测系统主要由温度在线监测、避雷绝缘在线监测、断路器在线监测等子系统构成，需要对变电站主电气设备的绝缘状态参数进行全程管控，切实保障变电站运行质量及效率，为专家诊断系统提供更为开放的平台。

2 物联网技术变电站在线监测系统的设计思路

为充分发挥出物联网技术在变电站在线监测系统设计及完善中的积极作用，本文主要对物联网结构内部感知层优化进行研究，采用具有较高经济效益、低能源消耗率、传输更稳的无线传感器网络增强感知层内部功能。

变电站感知层主要分布于变压层、设备层与下层通信程序。无线传感器网络中的节点与采集模块相互连接，肩负起数据采集职责，将采集到的数据发送给无线传感器协调装置。

在变电站在线监测系统中的变压层，需要监测变压器运行状态，收集并分析变电站内油中溶解气体与局部放电参数。设备层应当对开关柜中的负荷电压、电流、频率等数值进行汇总，将数据异常情况及时汇报给系统运维人员;下层通信层应当使用 GIS设备，对避雷器等设施在不同运行环境下的关键状态数据进行采集与研究[3]。其中， GIS设备可以满足变电站内部设施局部放电、气体泄漏等监测要求;避雷器可以监测有阻性电流、功率损失度以及接地电阻的数值。

在变电站上层通信层内增设无线传感器协调装置，接收来自无线传感网络节点发送的数据。结合无线传感多跳技术，分析接收到的数据，并发送到终端数据处理中心，将对变电站整体运行状态的监测结果以图形或报表形式展现出来，最后对监测结果进行全面分析。

3 物联网下的变电站在线监测系统硬件设计

在将物联网技术应用在变电站在线监测系统硬件设计过程中，需要将无线传感网络终端节点、路由器节点与网络协调器节点优化组合，确保此些终端节点能够合理布置在变电站关键设备周边，由协调器节点汇总监测数据，并将数据进行压缩，传至终端。

变电站在线监测系统需要选用适宜规格的芯片以及外围电路。本文拟将 CC 2530芯片作为系统内部重要构架，以期运用极低的总材料成本建立起功能完善的无线传感网络节点。

为从根本上提升变电站在线监测系统中的信息传输功能，在CC2530芯片基础上，也可使用CC2591芯片，使无线传感网络内部的信息通信距离有所延长。在线监测系统内部的芯片需要运用信号线与控制线连接，通过向芯片传输不同的控制命令，控制芯片的工作发送模式、增益接收模式。

4 物联网技术变电站在线监测系统软件设计

变电站需在線监测系统具有数据实时传输功能，需要借助无线传感网络实现。要求所应用的无线传感网络模块需要检查数据采集模块与路由器之间的通信状态，在运行状态正常的情况下才可发送数据[5]。而后无线传感网络模块需要检查数据传输是否成功，发送成功后的数据需要经过协调器传输到终端设备内部，由终端设备处理装置显示监测结果。

5 物联网技术变电站在线监测系统测试

以某煤矿变电站在线监测系统为例，通过将物联网技术与无线传感网络应用到在线监测系统的优化与完善过程中，发现变电站内部终端设施运行状态能够以报表及图形方式展现，变电站开关柜内的三相有功功率实时变化曲线完整规范。研究变化曲线发现，该变电站开关柜连接负荷的变化较为剧烈，实际运行状态性达到最大负荷，需要对变电站内部设施进行完善与升级。

6 总结

总而言之，利用物联网技术设计出功能完善的在线监测系统，能够切实提升系统运行期间的质量及效率，帮助工作人员及时发现变电站设施运行故障问题，为制定出专项的故障运维方案提供重要理论依据。为充分发挥出物联网技术的可行性，相关工作人员还积极引进先进设计理念，不断优化在线监测系统内部结构，对设计出的系统进行试验运行，增强系统运行期间的技术可行性和经济适用性。

参考文献：

[1]何方，郑浩，张永江，韩华超，张国富，李海燕，申安安，刘丽红. 基于物联网技术的智能变电站在线监测系统的设计[J]. 仪表技术与传感器，2013，6（12）：61-63.

[2]商笑妍. 基于WSN与RFID融合技术的输变电设备在线监测系统研究[D].合肥工业大学，2016.

[3]姜树伟，陈为星. 基于嵌入式的智能变电站变压器在线监测系统研究[J]. 物联网技术，2018，8（12）：36-37.

[4]杜锦阳. 物联网技术的电能计量装置远程在线监测及平台建设研究[J]. 中国高新技术企业，2016，6（34）：16-17.

作者简介：

庾信（1988-），男，广西桂林人，学历：本科，工程师，研究方向：变电运行。

王乾（1988-），男，云南玉溪人，学历：本科，工程师，研究方向：变电运行。