物联网技术在电力设备管理中的应用与研究

2023-10-25国网湖北省电力有限公司武汉供电公司

电力设备管理 2023年17期

国网湖北省电力有限公司武汉供电公司杨哲

1 引言

随着现代社会对电力供应的需求不断增长，电力设备管理的效率、可靠性和智能化要求也日益提高。通过物联网技术的应用，电力设备管理得以实现实时监测、远程控制和智能化决策，提高了设备的运行效率和可靠性[1]。同时，研究人员在电力设备管理领域通过探索物联网技术的应用，为电力行业提供了新的解决方案和创新思路。

2 物联网技术的概述

物联网技术是将物理设备和传感器与互联网连接起来的创新解决方案。该技术通过实现设备之间的互联互通，实时收集、传输和分析数据，使得物理设备能够与数字世界相连接。物联网技术借助互联网和通信技术的发展，为各行各业带来了巨大的潜力和机遇。核心在于通过传感器和嵌入式系统收集实时数据，并将这些数据传输至云平台或数据中心进行处理和分析。这些传感器可以安装在各种设备和物体上，包括汽车、家电、工厂机器和城市基础设施等。通过与互联网连接，这些设备能够实现智能化的监控、控制和管理，相互交换信息[2]。在城市中，物联网技术可以实现智慧城市的建设，提高公共服务的效率和质量。在工业领域，物联网技术可以实现设备的远程监控和管理，提高生产效率和降低成本。

3 物联网技术应用在电力设备管理的优势

3.1 实时监测和远程控制

传统的电力设备管理通常是基于人工巡检和手动操作，效率较低且容易出现人为差错。物联网技术的应用使得电力设备的性能和运行状态可以实时监测和追踪，无须人工干预。这意味着故障和异常情况可以及时发现和解决，避免了可能带来的损失和影响。此外，通过远程监控和远程操作，物联网技术使得对设备进行精细化管理和控制成为可能[3]。管理员可以实时调整和优化设备的参数，以提高其工作效率和性能。例如，根据实时数据对设备进行调整，使其在不同负载下保持最佳运行状态，从而降低能源消耗并延长设备的寿命。物联网技术通过对大量数据进行分析和应用算法优化，不仅可以实现单个设备的性能提升，还可以优化整个设备系统的运行效率。

3.2 软件环境开放

物联网技术采用开放的通信协议和标准化的接口，可以实现不同设备之间的互联互通。这使得不同厂家的设备可以无缝地进行数据交换和共享，降低了系统集成的难度和成本。开放的软件环境还为电力设备管理提供了更多的创新和扩展空间[4]。基于物联网技术，可以开发和集成各种应用软件和平台，实现对电力设备的远程监测、故障诊断、预测维护等功能。电力设备管理可以更加灵活和可定制，满足不同用户的需求，并支持未来的技术升级和扩展。

3.3 自动优化属性明显

物联网技术通过实时数据采集和分析，可以获取设备的工作状态、能耗情况等信息[5]。基于这些数据，可以应用智能算法和优化模型，对电力设备进行自动优化。例如，可以根据设备负荷和电力供应情况，自动调整设备的运行模式和参数，以实现能源的高效利用和节能减排。自动优化属性的明显使得电力设备管理更加智能和高效。能够提高设备的工作效率和性能，降低能源消耗和运营成本。此外，自动优化还可以通过预测性维护和故障预警等功能，及时发现和解决设备的潜在问题，提高设备的可靠性和可用性。

4 物联网在电力设备管理中的应用

4.1 物联网在电力设备监测中的应用

4.1.1 传感器和设备连接的部署和集成

在电力设备监测中，物联网应用的关键是传感器和设备连接的部署和集成。传感器的作用在于实时监测电力设备的状态，通过测量温度、电流、电压、振动等参数来获取数据。这些传感器将与设备建立连接，并利用有线或无线通信协议将数据传输至监测系统。在部署过程中，需要仔细考虑传感器的位置、布局和数量，以确保能够全面而准确地捕获设备的运行数据。传感器的位置选择应基于设备的关键部位和故障热点，以尽可能地监测设备的运行情况。布局方面，传感器应尽可能均匀地分布在设备表面，以覆盖更广泛的监测区域。数量的确定需要考虑到设备的尺寸、复杂程度和监测要求，以确保数据采集的全面性和准确性。此外，传感器的集成也需要与监测系统进行协调，确保数据的及时传输和处理，以便及时作出决策和采取行动。通过与设备和监测系统的紧密连接，物联网应用能够实现高效、实时的电力设备监测，为后续的数据分析和维护决策提供有力支持。

4.1.2 实时数据采集和传输

通过定期采集电力设备的各项参数，传感器能够获取设备状态的实时信息，并将这些数据传输至云平台或数据中心进行处理和分析。数据的采集频率和精度根据监测需求和设备特性来确定。为了实现高效的数据传输，物联网采用了先进的通信技术，如物联网协议（如MQTT 或CoAP）或LTE、5G等无线通信技术。这些技术能够以低延迟和高带宽的方式传输数据，确保实时监测和响应设备状态。同时，数据的安全性也得到了重视，采用加密和身份验证等安全机制保护数据的传输和存储过程。通过物联网技术，监测系统可以及时获取到电力设备的运行数据，从而及早发现设备异常或故障，并采取相应的维修和保养措施，以提高设备的可靠性和效率。实时数据采集和传输的能力为电力设备监测提供了强大的支持，使得设备运行状况能够快速准确地捕捉和反馈，从而提升电力系统的安全性和可靠性。CoAP 协议架构如图1所示。

图1 CoAP 协议架构

4.1.3 异常检测和预警系统

通过对实时采集到的数据进行处理和分析，可以检测设备的异常行为或潜在故障，实现异常检测和预警系统。例如，在电力设备监测中，通过监测电流参数，系统可以判断是否存在过载情况；通过监测电压和频率，可以判断是否存在电压不稳定或电网负荷过大等问题；通过温度传感器，可以检测设备的过热情况。一旦系统检测到异常，会立即触发预警机制，通过发送警报或通知给相关人员。这些预警可以通过短信、电子邮件、手机应用程序等形式发送给设备维护人员、工程师或相关管理人员，帮助维护人员采取预防措施，从而降低设备故障的风险和维修成本。

预警系统的实施可以及早发现设备问题，减少停机时间，并降低设备故障带来的损失。通过物联网技术实现的实时监测和快速响应，确保故障或异常状况得到及时处理，提高电力设备的可靠性和安全性。

4.1.4 故障诊断和预测分析

物联网应用在电力设备监测中，通过对大量历史数据和实时数据的综合分析，能够建立故障模型和预测模型，从而识别可能的故障模式和故障前兆。通过实时监测设备的运行状况和参数趋势，可以提前预测设备的寿命和维修需求，并制定相应的维护计划和策略。这种应用方式能够有效减少设备故障带来的停机时间和维修成本，进而提高电力设备的可靠性和效率。物联网技术可以实现对电力设备的全面监控，不仅能够实时收集设备的运行状态和关键参数，还可以通过无线传感器网络将数据传输至云端进行深度分析。基于这些分析结果，可以快速识别出潜在的故障模式，并提前采取相应的预防措施，从而避免设备故障对电力系统的不良影响。此外，物联网应用还可以通过远程监控和控制功能，实现对电力设备的远程管理，提高了设备的运维效率。

4.2 物联网在电力设备使用寿命管理中的应用

4.2.1 远程维护和远程控制

传统电力设备维护，维护人员需要亲自前往设备现场进行监测和维护工作。这不仅耗费时间和人力资源，还可能存在安全风险。然而，借助物联网技术，设备与互联网相连，使得技术人员可以远程监控设备的运行状况。相关人员可以随时查看设备的性能指标、工作状态和异常情况，及时采取措施解决问题。通过实时数据的收集和分析，技术人员能够对设备进行远程诊断，并迅速作出响应。可以对设备进行维护操作，例如远程更新软件、调整参数等。此外，如果设备发生故障，技术人员可以远程进行故障排除，从而缩短了故障处理的时间，降低了生产中断的风险。

物联网应用在电力设备使用寿命管理中还能够提高设备的可用性和效率。通过远程监控和维护，设备的故障率可以降低，维护周期也可以得到优化。此外，技术人员可以根据实时数据对设备进行性能分析，发现潜在问题并进行预防性维护，避免了意外故障的发生。

4.2.2 能源管理和性能优化

利用物联网技术，可以远程监测设备的能耗指标，如功率消耗、能源利用效率等。通过对这些数据进行分析，可以识别出潜在的能源浪费现象或低效运行的设备。例如，某些设备在空闲或低负荷状态下仍然消耗大量能源，或者存在工作模式不合理导致能源浪费的问题。基于这些数据，可以制定相应的能源管理策略。通过调整设备的工作模式，合理分配和调度能源供应，可以降低能耗并提高设备的性能。例如，根据实时数据，可以在负荷较低时将设备切换到节能模式，减少能源消耗。通过优化能源分配和调度，可以避免能源供需不平衡的问题，提高能源利用效率。

物联网在电力设备使用寿命管理中的应用，对于延长设备的使用寿命、降低运营成本和提升能源效率具有重要意义。通过实时监测和能源管理策略的制定，可以及时发现和解决能源浪费或低效的问题，从而减少不必要的能源消耗。这不仅有助于降低运营成本，还可以提高设备的稳定性和可靠性，延长设备的使用寿命。

4.3 物联网在电力资产管理中的应用

通过使用物联网技术，可以实时跟踪和管理电力资产，包括发电设备、变电站、输电线路和配电设备等。通过物联网传感器的安装和数据收集，可以实时获取电力设备的位置信息。这使得管理人员能够追踪设备的准确位置，并在需要时进行定位，提高了设备的可见性和管理效率。在电力资产管理中，物联网技术可以实时监控电力设备和系统的安全性，有效地预防和响应潜在的安全威胁，保护电力设施免受非法入侵、破坏和事故的影响。通过在关键位置安装摄像头，并将其传输至中央监控中心或云平台进行分析和处理，可以检测异常行为、非法闯入或潜在威胁，例如未经授权的人员进入限制区域或对设备进行破坏等。

此外，物联网还可以结合入侵检测系统，实现对电力设备和系统的实时监测。例如，通过使用振动传感器或声音传感器，可以检测到非正常振动或异常声音，以发现可能的入侵行为或设备故障。这些传感器将收集到的数据传输至中央控制系统，并与预设的规则和模型进行比对，以确定是否存在安全威胁，并触发相应的警报或通知。