探讨泛在电力物联网在电力设备状态监测中的应用

李铮 武占侠 魏本海 刘国川 陈明明

摘要：在信息技术快速发展的过程中，物联网的应用范围越来越广泛，加强泛在电力物联网建设是电力行业发展的必然趋势。建设泛在电力物联网有利于提升变电站电力设备的在线监测水平与电网的智能化水平。若想充分发挥泛在电力物联网在电力设备状态监测中的作用就需要提升系统的监控精度与可靠性并降低系统成本，同时应灵活应用红外热成像监控子系统与变电站环境监测子系统，优化系统软件设计，从而对电力设备的状态进行实时监测。

关键词：泛在电力物联网电力设备红外热成像应用

中图分类号：TM73 文献标识码：A   文章编号：1672-3791（2022）01（a）-0000-00

The Application of Ubiquitous Internet of Things in Power Equipment Condition Monitoring is Discussed

LI Zheng   WU ZhanXia   WEI Benhai    LIU Guochuan   CHEN Mingming

（Shenzhen Guodian Technology Communication Co.， Ltd.， Shenzhen， Guangdong Province， 518109 China）

Abstract： In the process of the rapid development of information technology， the application scope of Internet of things is more and more extensive. Strengthening the construction of ubiquitous power Internet of things is the inevitable trend of the development of power industry. The construction of ubiquitous power Internet of things is conducive to improve the on-line monitoring level of substation power equipment and the intelligent level of power grid. If we want to give full play to the role of ubiquitous power Internet of things in power equipment condition monitoring， we need to improve the monitoring accuracy and reliability of the system and reduce the system cost. At the same time， we should flexibly apply the infrared thermal imaging monitoring subsystem and substation environmental monitoring subsystem to optimize the system software design， so as to monitor the state of power equipment in real time.

Key Words： Ubiquitous power Internet of things; Power equipment; Infrared thermal imaging;Application

1电力设备状态监测分析

电力设备状态监测主要是利用检测手段与分析诊断技术掌握电力设备的运行状态，增强设备运行的安全性与可靠性。进行电力设备状态监测主要是及时发现电力设备运行过程中的隐患与故障，降低设备出现重大问题的概率。在运行过程中，电力设备会受到电、热以及机械等各方面的负荷作用与环境的影响，可能会出现老化、磨损以及性能下降等问题。同时，设备当中的绝缘材料也会因受到高温、高压等因素的影响而出现绝缘性能下降的情况;设备的导电材料会被氧化、腐蚀，其机械强度会有所下降;机械结构部件也会出现动作失灵等变化[1]。这些情况的出现都可能会导致电力设备出现故障与安全隐患，因此需要加强设备状态监测，及时处理设备问题。当前，常用的电力设备狀态监测手段有在线检测与光电检测。首先，在线检测指的是对电力设备的运行状态进行实时的线上检测，可以通过传感器获取设备运行参数，在不影响系统运行的情况下反映设备的运行情况。例如：电力设备在线监测系统是由断路器在线监测装置、避雷器绝缘在线监测装置以及温度在线监测装置共同构成的，系统功能较为完善，可以对电力设备的状态参数进行监测。相比于停机检测，在线检测不会影响到电能的生产与传输，但是传感器的信号会受到其他信号的干扰，检测结果不够准确，且需要根据电力设备设置特定的程序，较为复杂。其次，光电检测时利用光/电以及电/光信号的转变检测电力设备的运行状态，具有较好的绝缘性能，不会受到外界电磁场的干扰，频率响应也比较高。

但是近年来，电力设备越来越复杂，数据类型更加多样化，传统的电力设备在线监测系统无法保证数据处理效率与质量，且系统会受到环境的影响，准确度较低。而将泛在电力物联网应用在电力设备的状态监测当中可以充分发挥红外热成像系统与环境监测系统在电力设备状态监测中的作用，提高数据传输与数理效率，实现智能化的远程控制，提高电力设备管控的智能化与自动化水平。

2泛在电力物联网与云管边端架构体系分析

2.1泛在电力物联网与云管边端架构体系的概念

（1）2019年时国家电网公司提出了加强“三型两网”建设的战略部署，从而增强电力行业的世界竞争力。而泛在电力物联网就是“三型两网”的其中之一，指的是围绕电力系统的各个环节，利用移动互联、人工智能等先进技术实现电力系统的人机交互与万物互联，是一个具有高效处理信息、全面感知环境等功能的智慧电网系统[2]。建设泛在电力物联网可以增强电网运行的安全性、提高电网管理质量、优化电力服务，充分发挥电网的优势，发展数字经济，因此需要优化泛在电力物联网建设（如表1所示），推动电力行业的发展。

（2）云管边端架构体系当中的云指的是业务系统，管代表对边设备的管理，边表示边缘设备，端指的是最底层的半智能设备，与边设备交互相连。云管边端架构体系在设备档案管理、设备实体管理、设备运行监测等各个环节中都发挥着重要作用。2019年时，国网配电专业工作会议提出了“大力推进配电物联网技术研究与示范建设”这一要求，通过建设设备广泛互联、状态全面感知的配电物联网，形成“云—管—边—端”四层架构，进行配网运行、设备状态与管理全过程的全景感知、互联互通、智能应用与管控。为了充分发挥云管边端在变电站在线监测系统中的作用，应当构建云层物联网平台与管层远程通信网络，同时需要完善边层边缘计算机终端和端层数据采集设备，从而利用云管边端系统监测配电房运行情况、台区情况，并加强环境监测与设备状态监测。

2.2以泛在电力物联网为基础的变电站在线监测系统结构

物联网是智能电网输变电系统的关键组成部分，有利于提高输变电设备的在线监测水平，控制电力设备维修的风险，优化电力设备管理工作。从实际情况来看，以泛在电力物联网为基础的变电站在线监测系统是由四个部分共同构成的，分别是感知层、网络层、平台层以及应用层（如图1所示）[3]。

首先，作为在线监测系统的底层，感知层承担着数据信息采集与处理的重任，主要是利用振动传感器、温湿度传感器以及RFID传感技术感知电力设备，实现数据信息的共享，并进行数据融合。其次，网络层主要是利用广域网、传感网以及通信网接收感知层传递的信息并将信息传输至平台层，将感知层与平台层连接起来。再次，平台层是以泛在电力物联网为基础的变电站在线监测系统的关键，可以将大量的数据信息传输到物联云平台当中，进行物联统一管理，加强数据分析与处理。此外，应用层是物联网系统与用户之间的接口，可以接收系统信息，并综合处理信息，加强电力设备的在线监测，为用户提供管理服务。

3泛在电力物联网在电力设备状态监测中的应用

在进行电力设备状态监测时应灵活应用泛在电力物联网，并结合通信技术、感知技术以及信息处理技术，利用数据采集装置与传感器进行电力设备状态信息的采集，加强电力设备的实时监测与同步管理，保障电力设备的稳定运行。

3.1红外热成像监控系统的应用

热量在高压装置中发挥着重要作用，能够体现出电力设备的运行情况，因此可以根据组件热量监测情况明确电力设备的故障源，使监测系统能够发出正确的动作指令。红外热成像技术在温度监测中占据着重要地位，且技术较为成熟，比其他传感器监测技术的优势更明显，可以通过电力设备的红外辐射情况明确电力设备的热点。在电力设备监测当中应用红外热成像仪可以有效监测隔离开关、断路器以及线路等各个方面的故障，采集电力设备的热量信息，根据热量信息自动生成温度分布热像图，并与正常的热像图进行对比分析，从而判断电力设备是否存在故障。

红外热成像监控系统的构成较为简单，只有扫描系统与显示单元。第一，扫描系统。扫描系统当中包括诸多的构成部分，例如热成像仪镜头、成像电路组件、红外探测器以及探测器读出电路等。在系统运行过程中，热成像仪镜头可以采集电力设备的红外辐射信息，并将信息传输至探测器上，探测器可以根据热辐射的情况做出相应的反应，之后系统会根据探测器反应自动生成电子热图像。第二，显示单元。显示单元含有计算机服务器及处理与显示设备。显示单元可以处理电子热图像并进行电力设备故障的诊断，为故障判断提供数据信息。在运行过程中，系统会压缩图像，之后将图像传输到计算机服务器当中进行图片信息的处理，之后存储相关信息。总之，红外热成像监控系统可以对故障温度值与阈值进行对比分析，并结合设备的相对温差进行故障的判断。

在温度测量过程中应用红外热像仪应当将红外辐射信息转变为温度信息。变电站的高压电力设备在出现故障之前可能会出现一些温度变化情况，例如温度升高等，而红外光谱热辐射无法利用肉眼分析，就可以利用红外热像仪将热辐射转变为热图像，并在监测器上显示数据信息，利用不同的颜色展现不同的温度，从而了解电力设备的故障情况。

3.2变电站环境监测系统的应用

变电站环境监测系统是由终端节点、上位机监测中心以及中继器节点共同构成的。首先，终端节点主要是由传感器组成的，传感器可以进行数据采集与传输，无线中继器可以接收信息并通过无线专网将信息传输至上位机监测中心，上位机监测中心会对数据进行分析并发出预警信号。其次，中继器节点可以将终端节点与上位机监测中心结合起来，增强系统的完整性。此外，上位机监测中心可以实时处理所接收的信息，详细记录设备故障信息并发出自动预警信号。总之，变电站环境监测系统应用了用户定义的网络协议形式与半双工通信方式，通信节点的网络地址具有唯一性，节点的工作模式决定着单个通信节点与无线中继器之间通信链路的构建与终止。在正常的工作模式下，可以按照既定规则构建通信链路，但是在维护模式下，无线中继器会根据实际情况处理通信链路的构建与终止。系统当中的传感器可以通过RTC以及EEPROM进行数据的采集与存储，并通过安全芯片进行数据加密，增强数据传输的安全性。

变电站环境监测系统的功能较为完善，主要包括对环境温度、湿度进行监测;对烟雾情况进行监测;对气体情况进行监测;对电力设备局部放电产生的超声波进行监测;对电力设备泄漏电流情况进行监测。第一，变电站有很多，其环境参数不同，需要根据实际情况选择温湿度传感器，加强环境温度与湿度的监测。第二，变电站具有火灾隐患，而一旦发生火灾就会对电力设备产生严重影响，因此需要科学选择延误传感器，实时监测变电站的烟雾情况，降低火灾的发生概率。第三，若电力设备出现故障，可能会产生一些气体，需利用气体传感器监测气体的类型、成分以及浓度，从而判断电力设备是否出现故障。第四，局部放电故障是电力设备的常见故障，需要利用超声波传感器监测局部放电故障的具体位置与放电量。第五，部分故障可导致电力设备泄漏电流，需利用電流传感器监测电力设备，及时发现电力设备的绝缘问题[4-6]。

3.3优化软件设计

在进行软件设计时，应优化协议转换器与通信协议的设计。通信协议有助于协议转换器接收无线中继器传输的数据信息，且协议转换器可以集中处理数据信息，将处理后的数据信息传输至上级调度自动化系统当中，并接收系统发出的相关指令，将指令传输给节点设备，利用无线中继器控制节点设备。

4结语

泛在电力物联网在电力设备状态监测中发挥着重要作用，应加强红外热成像监测系统与环境监测系统的优化设计，从而满足监测物联网系统的实际需求，完善快速配置、应用程序部署以及在线服务生成等功能，保障电力设备的稳定运行。

参考文献

[1]刘喜梅，马俊杰.泛在电力物联网在电力设备状态监测中的应用[J].电力系统保护与控制，2020，48（14）：69-75.

[2]张贤坤，刘俊.基于泛在电力物联网的配电网智能化状态监测分析[J].数字化用户，2019， 25（25）：146-147.

[3]王洪勉，孙慧，郑利斌，等.泛在电力物联网智联单元设计与实现[J].供用电，2019，36（6）：5-9，28.

[4]张建.电力物联网建设成效预测及评价模型研究[D].北京：华北电力大学（北京），2021.

[5]潘俊南.电力物联下电网技改物资配送中心选址及路径优化研究[D].北京：华北电力大学（北京），2021.

[6]程志全.物联网技术在配电系统中的应用[J].集成电路应用，2021，38（11）：78-79.