电力物联网技术用于电力设备在线监测的研究

夏文杰

（南京国电南自电网自动化有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

结合监测部署优化要求，要建立更加科学规范的控制模式，并配合电力设备在线监测规范，发挥电力物联网（Internet of Things，IoT）技术的优势作用，为异常数据管理工作的全面落实予以支持。

1 电力设备在线监测应用电力物联网技术的设计方案

1.1 拓扑结构

依据层级要求完成层级设计，以便发挥物联网技术的优势作用，实现电力设备之间的及时性通信，并有效完成信息传递、路由管理和控制，从而配合传感器网络进行信息的交互管理。在通信层级（见图1）中，传感器网络进行信息采集，利用网络层将区间实时性信息予以汇总处理，保证上下层级联通的及时性，确保应用层和感知层的通信工作规范有效。对应的应用层就是保证网络通信功能连接的层级，而对应的感知层则是建立数据网络信息交换的层级结构[1]。

图1 通信层级架构

尽管通信层级结构的设定和处理能完成信息的交互，但依旧存在动态性能有限的问题，为此要建立二级环形网络拓扑应用结构，完成信息的实时性管理和冗余处理，并配合电力设备传感器提高结果的可控性，为电力设备的互通互联提供保障。环形网络拓扑结构如图2所示。

图2 环形网络拓扑结构

依据结构可知，在整个基础信息管理网络中，节点是主要组成成分。其中，中央节点主要控制中央流量，并配合智能电子设备（Intelligent Electronic Device，IED）通信完成中央节点信息的转发和处理，完善交换机管控工作，为物理线路通信应用效能的优化予以支持。

1.2 部署优化

在建立拓扑结构的基础上，要配合电力设备在线监测要求，有效避免电磁干扰现象和电气设备阻碍现象，最大程度上保证电力设备监测数据的时延效果，实现网络优化的目标。按照网络最大流量分区管理的要求，全面评估电力设备的状态数据，进行数据的初步融合，从而获取网络生命周期，计算公式为：

式中：Ei为节点i的初始能量数值；ei为单位数据流量消耗的能量数值；fij为节点i到节点j的平均流量。在完成计算后，就能对网络中能耗数值有更加明确的认识，进行相对均衡的评估处理，从而更好地维持在线监测网络部署工作的稳定性，延长网络使用寿命[2]。

2 电力设备在线监测应用电力物联网技术的具体内容

2.1 数据采集

为了保证电力设备的在线监测工作更加合理可靠，就要借助电力物联网技术完成初步的数据采集，以确保后续分析工作都能围绕数据依次展开，维持数据管理的规范性和科学性[3]。

2.1.1 母线和输电线路

在电力设备管理工作中，母线和输电线路的管理非常关键，一般是在线路上设置电流互感器和电压互感器，采集大量的模拟量数据，配合前置高频数字化处理工序，将其直接输入到嵌入式开发板后就能形成较为清晰的录波图。若采样频率为44 MHz，则每个工频周期就能完成800个以上采样点的分析[4]。值得一提的是，在收集母线和输电线路数据的过程中，也要对连接位置予以高度关注，尤其是要进行电弧漏电位置的查找，及时汇总表面温度参数数据，确保能更迅速且及时地捕捉微电弧，最大程度上进行控制性测量，为全面开展后续的线路管理提供支持。具体信息采集任务如表1所示。

表1 信息采集任务

2.1.2 断路器

电力设备的在线监测工作中，断路器设备需要3组以上的线路状态监测数据才能完成统筹数据分析工作，因此要结合断路器的应用环境和设备情况开展相应的技术分析工作，主要选取进线端、出线端以及二次回路端。配合接触点监测，就能全面分析行动机构的具体位置和接触电弧情况。除此之外，要部署噪声和压敏探头，提取相应的冗余信息，并对开关予以三维倾斜摄影成像分析，以便于能够更加精准地分析机构定位和电弧定位，确保能完成触点和非线路部分温度信息的汇总。在安装噪声定位和机械动作定位设施的过程中，汇总信息就能为后续定位操作提供支持[5]。

在断路器物联网信息采集任务工作中，要将开关温度和电弧状态信息进行层次化分析，并按照归属要求汇总在三维模型中，确保三维模型在输出时能涵盖开关量信息、电弧定位信息等基础内容，更好地满足开关录波图信息管理要求[6]。

2.1.3 变压器

电力系统为维持电能输送的安全性和平衡性，通常会将断路器安装在高压侧、中压侧以及低压侧，并且在断路器前后设置对应的隔离开关。这就需要变压器在线监测时对高压侧、低压侧、中压侧和开关设备予以监测，并同时完成变压器线圈的监测评估，以保证能全面分析震动特征和内部微电弧放电现象，最大程度上保证实时性数据汇总和分析的科学性。例如，在系统中部署噪声探头监测系统，配合汇总过程就能全面输出录波图、震动状态图、电弧状态图等，从而有效分析变压器的实时性应用状态。

另外，变压器物联网架构较为简单，能实现实时性监测，主要是借助状态数据汇总完成相关工作，并且变压器绝缘油和绝缘纸等基础状态采集工作也会在离线状态下开展，无需进行实时性跟踪[7]。

2.2 监测实现

结合网络结构的设计方案，基于信息采集功能就能获取电力设备在线监测的实时性信息，为电力设备在线监测效果提供保障。利用横向相似分析法进行评估，以相邻采样点的负荷变化率作为基础衡量标准，就能借助算法完成实时性监测分析，具体流程如图3所示。

图3 基本流程

（1）系统开始，进行数据的读取；（2）完成信息交互；（3）随机抽取获取的实时性数据；（4）将样本数据转变为向量，并按照缓存处理的方式完成数据的归类存储；（5）提取负荷的相关特征信息；（6）进行异常数据的检测分析，若是有异常数据就要进行修正处理，若无异常数据则进行复测，依旧无异常便完成数据汇总管理[8]。

为了保证数据评估和分析的规范性，要结合异常数据点前后变化率进行修正操作，并最大程度上确保电力设备在线监测工作的顺利开展[9]。

2.3 对比分析

结合电力物联网技术的应用特点，为全面评估电力设备在线监测方法是否有效，要进行相匹配的对比分析试验，从而结合数据评估电力设备在线监测的准确性和时延效果。

2.3.1 准确性

依据电力设备在线监测和传统电容式电力设备局部放电高频、特高频综合分析方法的对比可知，基于电力物联网技术的在线监测所获取的局部放电信号波形和实际放电信号波形较为一致，能准确评估当时局部放电量的参数情况，因此将其作为局部放电量评估依据的可行性较高。传统的电容式电力设备检测方法差距较大，无法准确测量。

2.3.2 时延效果

相较于传统监测方式，基于电力物联网技术的在线监测方式时延能控制在0.4 ms以内，大大提升了监测时效性，并维持了通信稳定效果，为进一步优化电力设备的监测水平提供了保障[10]。

3 结 论

总而言之，电力物联网技术在电力设备在线监测中的应用具有重要意义，能在提升性能优势的同时更好地发现电力设备存在的问题，以便于开展及时且规范的管控措施，为在线监测效能的优化予以保障，也为电力系统可持续发展奠定坚实基础。