基于物联网技术的智能变电站二次运维管理系统研究

马璇

摘 要：本文针对智能变电站继电保护存在的问题提出了基于物联网技术的智能变电站二次运维管理系统，便于运维管理人员减轻工作量，提高工作效率。

关键词：物联网;运维管理;台账核查;装置检验;跳闸事件

物联网技术作为新信息时代的产物，已被应用到各行各业方方面面，将物联网技术应用到智能变电站二次运维管理系统中，通过编码技术、射频识别技术、RFID、传感器技术等，实现对二次设备台账信息等数据的智能采集，为智能变电站二次系统的运行维护与管理打好夯实的数据基础，为跳闸事件记录的分析提供了数据依据。

1 变电站继电保护运维管理现状

目前变电站继电保护专业运维管理工作人员压力大，继电保护装置台账、设备缺陷、装置检验、保护动作情况等信息都是人工录入系统，工作量大、效率低、数据不准确、与实际情况有偏差，已基本达不到智能变电站快速发展的运维需求，甚至填写信息时间容易延误，导致管理人员不能及时准确掌握实际情况，对变电站二次运维管理工作造成严重影响。物联网核心技术——传感器技术及射频识别技术等新信息技术既能有效保证二次系统基础数据的准确性和全面性，又能减轻运维管理人员工作量，是新一代继电保护智能管控系统强大的技术支撑。

2 物联网技术

自2019年国家电网公司“两会”做出全面推进“三型两网”建设，加快打造具有全球竞争力的世界一流能源互联网企业的战略部署后，建设泛在电力物联网已成为“三型两网、世界一流”战略目标的核心任务。物联网技术作为一种新型通信网络，能实现智能化识别、定位、监控与管理，将物联网技术应用到变电站二次系统中也是智能电网技术发展到一定阶段的必然产物。

2.1 實物ID编码技术

实物ID 是设备的唯一标识，可显示设备的基本信息，它的表现形式有二维码、电子标签等，但编码技术必须是统一的，本系统应用不含有空格及其他连接符号的24 位十进制数字顺序排列形成的ID。

2.2 射频识别技术

射频识别技术（RFID）是一种通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的的自动识别技术，它是由读写器（Reader）、电子标签（Tag）和数据管理系统组成。无线射频识别技术有以下诸多优点：

（1）可在任意环境下使用，比如高温和电磁性环境，且能保持高使用寿命;

（2）不仅能识别静止物体、高速运动物体，且可快速识别多个标签。

2.3 传感器技术

传感器技术作为信息获取的重要核心技术，以其自动识别、安全可靠和可以动态跟踪的特点，实现真正物与物对话的应用。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。但变电站内电磁场强度较高，无线通信空间环境复杂，选择无线传感器应注意以下两点：

（1）选择2.4G 射频、0dbm 发射功率，这样有利于减小二次设备的电磁干扰、并且能够避免对一次设备的安全运行造成影响，满足电磁兼容;

（2）选择使用小体积、高容量电池供电，以此来降低传感器的功耗。

3 基于物联网技术的智能变电站二次运维管理系统体系结构

借鉴智能变电站三层两网体系结构，为了数据共享和同步，形成了基于物联网技术的智能变电站二次运维管理系统三层架构体系。该体系从下往上依次为智能感知层、网络层、应用层。

3.1 感知层

智能感知层主要是利用温湿度传感器、振动传感器、超声波传感器、RFID 电子标签等对保护室内的保护装置、测控装置等的运行工况、周围环境以及自身属性信息等状态和信息进行智能感知，为继电保护智能管控系统的监控和管理提供有效的数据依据。

3.2 网络层

网络层的主要功能是实现数据信息的上送，保证数据的可靠高速传输，并且防止网络风暴等的发生。智能变电站二次运维管理系统利用无线传感网技术将感知层基础数据传输至数据服务器和应用后台。

3.3 应用层

应用层采用B/S 架构，既可以在站内后台观测，也可以在调控中心使用浏览器直接监控。主要完成保护设备的在线监测、数据的处理统计、保护动作信息评价、跳闸事件预警以及其他辅助决策等高级应用。

4 物联网技术在智能变电站二次运维管理系统中的应用

基于物联网技术的智能变电站二次运维管理系统有如下几个关键功能：

（1）应用后台：采用B/S 软件架构模式，可用浏览器登录获取信息。

（2）数据服务器：实现数据的整合处理和永久存储，可通过后台或远端建立连接实现数据的通信。

（3）IED 装置：主要完成数据接口的统一，实现感知层数据的传输，异常数据上传至后台，正常数据上传至服务器进行整合存储。

4.1 设备台账管理

目前，大规模的特高压交直流枢纽变电站正在建成，不断完善整个电网网架结构，这就意味着大量的二次设备台账需要维护，但面对这项技术含量低、工作量大的任务，现有的人力和工作方式已无法满足此项工作的需求。利用先进的物联网技术，通过RFID 识别电子标签，上传装置台账信息，完成二次设备台账信息汇总，实现智能数据核查，保证继电保护统计分析及运行管理数据的高效、准确。

4.2 装置检验管理

继电保护装置检验工作目前还基本处于人工办票、手动操作和一对一测试阶段，这种工作方式存在以下缺点：

（1）人工记录数据不准确，容易出错且事后无依据可查;

（2）纸质检验报告不宜留存和查找记录;

（3）装置数量多，无监督环节，容易造成漏项或漏检验装置等问题。

鉴于日常变电站保护装置检验工作量大、人力资源匮乏的现状，必须进行模式的转变，做到从“一对一”测试模式至“一对多”的测试模式，实现多台保护装置同时检验，既能保证装置检验工作质量，又能减轻运维人员工作负担。智能装置检验工作需要一个装有RFID 标签和手持式终端的设备，通过手持式终端可随时查看装置检验信息，同时可利用RFID 快速识别多个标签的优点，传输不同间隔多套保护装置检验信息，解决漏项漏检问题，大大提高工作效率。

4.3 事件分析评价

对于电力系统继电保护运维人员而言，他们最大的工作量便是设备台账的维护、设备缺陷的消除、装置的定期检验、跳闸事件记录的分析与评价。目前，随着电力行业专业人员的断层也存在着技术水平的断层，电网故障分析已然成为工作中的一大难题，基于物联网技术的智能二次运维管理系统可清晰展示故障相关的一、二次设备各类动作时间、故障相、故障电流、故障电压、故障测距等信息，并以图形化的方式显示保护装置内部动作逻辑、动作时序、保护定值及故障量，进而对保护动作事件进行客观的分析评价，给出全面、有效的预防策略。

5 结束语

继电保护作为电网“三道防线”中的第一道防线，对电网的安全稳定运行起着至关重要的作用。本文针对目前变电站数目和工作量的指数级增加，而继电保护运维管理人员数量骤减的问题提出了基于物联网技术的智能二次运维管理系统，旨在反映实际情况、提高工作效率和减轻运维管理人员负担，保证大电网安全稳定可靠运行。

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