夏文杰

（南京國電南自電網(wǎng)自動化有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

結(jié)合監(jiān)測部署優(yōu)化要求，要建立更加科學規(guī)范的控制模式，并配合電力設(shè)備在線監(jiān)測規(guī)范，發(fā)揮電力物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）技術(shù)的優(yōu)勢作用，為異常數(shù)據(jù)管理工作的全面落實予以支持。

1 電力設(shè)備在線監(jiān)測應(yīng)用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計方案

1.1 拓撲結(jié)構(gòu)

依據(jù)層級要求完成層級設(shè)計，以便發(fā)揮物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢作用，實現(xiàn)電力設(shè)備之間的及時性通信，并有效完成信息傳遞、路由管理和控制，從而配合傳感器網(wǎng)絡(luò)進行信息的交互管理。在通信層級（見圖1）中，傳感器網(wǎng)絡(luò)進行信息采集，利用網(wǎng)絡(luò)層將區(qū)間實時性信息予以匯總處理，保證上下層級聯(lián)通的及時性，確保應(yīng)用層和感知層的通信工作規(guī)范有效。對應(yīng)的應(yīng)用層就是保證網(wǎng)絡(luò)通信功能連接的層級，而對應(yīng)的感知層則是建立數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)信息交換的層級結(jié)構(gòu)[1]。

圖1 通信層級架構(gòu)

盡管通信層級結(jié)構(gòu)的設(shè)定和處理能完成信息的交互，但依舊存在動態(tài)性能有限的問題，為此要建立二級環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓撲應(yīng)用結(jié)構(gòu)，完成信息的實時性管理和冗余處理，并配合電力設(shè)備傳感器提高結(jié)果的可控性，為電力設(shè)備的互通互聯(lián)提供保障。環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 環(huán)形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

依據(jù)結(jié)構(gòu)可知，在整個基礎(chǔ)信息管理網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點是主要組成成分。其中，中央節(jié)點主要控制中央流量，并配合智能電子設(shè)備（Intelligent Electronic Device，IED）通信完成中央節(jié)點信息的轉(zhuǎn)發(fā)和處理，完善交換機管控工作，為物理線路通信應(yīng)用效能的優(yōu)化予以支持。

1.2 部署優(yōu)化

在建立拓撲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，要配合電力設(shè)備在線監(jiān)測要求，有效避免電磁干擾現(xiàn)象和電氣設(shè)備阻礙現(xiàn)象，最大程度上保證電力設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)的時延效果，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的目標。按照網(wǎng)絡(luò)最大流量分區(qū)管理的要求，全面評估電力設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)的初步融合，從而獲取網(wǎng)絡(luò)生命周期，計算公式為：

式中：Ei為節(jié)點i的初始能量數(shù)值；ei為單位數(shù)據(jù)流量消耗的能量數(shù)值；fij為節(jié)點i到節(jié)點j的平均流量。在完成計算后，就能對網(wǎng)絡(luò)中能耗數(shù)值有更加明確的認識，進行相對均衡的評估處理，從而更好地維持在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)部署工作的穩(wěn)定性，延長網(wǎng)絡(luò)使用壽命[2]。

2 電力設(shè)備在線監(jiān)測應(yīng)用電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的具體內(nèi)容

2.1 數(shù)據(jù)采集

為了保證電力設(shè)備的在線監(jiān)測工作更加合理可靠，就要借助電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)完成初步的數(shù)據(jù)采集，以確保后續(xù)分析工作都能圍繞數(shù)據(jù)依次展開，維持數(shù)據(jù)管理的規(guī)范性和科學性[3]。

2.1.1 母線和輸電線路

在電力設(shè)備管理工作中，母線和輸電線路的管理非常關(guān)鍵，一般是在線路上設(shè)置電流互感器和電壓互感器，采集大量的模擬量數(shù)據(jù)，配合前置高頻數(shù)字化處理工序，將其直接輸入到嵌入式開發(fā)板后就能形成較為清晰的錄波圖。若采樣頻率為44 MHz，則每個工頻周期就能完成800個以上采樣點的分析[4]。值得一提的是，在收集母線和輸電線路數(shù)據(jù)的過程中，也要對連接位置予以高度關(guān)注，尤其是要進行電弧漏電位置的查找，及時匯總表面溫度參數(shù)數(shù)據(jù)，確保能更迅速且及時地捕捉微電弧，最大程度上進行控制性測量，為全面開展后續(xù)的線路管理提供支持。具體信息采集任務(wù)如表1所示。

表1 信息采集任務(wù)

2.1.2 斷路器

電力設(shè)備的在線監(jiān)測工作中，斷路器設(shè)備需要3組以上的線路狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)才能完成統(tǒng)籌數(shù)據(jù)分析工作，因此要結(jié)合斷路器的應(yīng)用環(huán)境和設(shè)備情況開展相應(yīng)的技術(shù)分析工作，主要選取進線端、出線端以及二次回路端。配合接觸點監(jiān)測，就能全面分析行動機構(gòu)的具體位置和接觸電弧情況。除此之外，要部署噪聲和壓敏探頭，提取相應(yīng)的冗余信息，并對開關(guān)予以三維傾斜攝影成像分析，以便于能夠更加精準地分析機構(gòu)定位和電弧定位，確保能完成觸點和非線路部分溫度信息的匯總。在安裝噪聲定位和機械動作定位設(shè)施的過程中，匯總信息就能為后續(xù)定位操作提供支持[5]。

在斷路器物聯(lián)網(wǎng)信息采集任務(wù)工作中，要將開關(guān)溫度和電弧狀態(tài)信息進行層次化分析，并按照歸屬要求匯總在三維模型中，確保三維模型在輸出時能涵蓋開關(guān)量信息、電弧定位信息等基礎(chǔ)內(nèi)容，更好地滿足開關(guān)錄波圖信息管理要求[6]。

2.1.3 變壓器

電力系統(tǒng)為維持電能輸送的安全性和平衡性，通常會將斷路器安裝在高壓側(cè)、中壓側(cè)以及低壓側(cè)，并且在斷路器前后設(shè)置對應(yīng)的隔離開關(guān)。這就需要變壓器在線監(jiān)測時對高壓側(cè)、低壓側(cè)、中壓側(cè)和開關(guān)設(shè)備予以監(jiān)測，并同時完成變壓器線圈的監(jiān)測評估，以保證能全面分析震動特征和內(nèi)部微電弧放電現(xiàn)象，最大程度上保證實時性數(shù)據(jù)匯總和分析的科學性。例如，在系統(tǒng)中部署噪聲探頭監(jiān)測系統(tǒng)，配合匯總過程就能全面輸出錄波圖、震動狀態(tài)圖、電弧狀態(tài)圖等，從而有效分析變壓器的實時性應(yīng)用狀態(tài)。

另外，變壓器物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)較為簡單，能實現(xiàn)實時性監(jiān)測，主要是借助狀態(tài)數(shù)據(jù)匯總完成相關(guān)工作，并且變壓器絕緣油和絕緣紙等基礎(chǔ)狀態(tài)采集工作也會在離線狀態(tài)下開展，無需進行實時性跟蹤[7]。

2.2 監(jiān)測實現(xiàn)

結(jié)合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，基于信息采集功能就能獲取電力設(shè)備在線監(jiān)測的實時性信息，為電力設(shè)備在線監(jiān)測效果提供保障。利用橫向相似分析法進行評估，以相鄰采樣點的負荷變化率作為基礎(chǔ)衡量標準，就能借助算法完成實時性監(jiān)測分析，具體流程如圖3所示。

圖3 基本流程

（1）系統(tǒng)開始，進行數(shù)據(jù)的讀??；（2）完成信息交互；（3）隨機抽取獲取的實時性數(shù)據(jù)；（4）將樣本數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄蛄?，并按照緩存處理的方式完成?shù)據(jù)的歸類存儲；（5）提取負荷的相關(guān)特征信息；（6）進行異常數(shù)據(jù)的檢測分析，若是有異常數(shù)據(jù)就要進行修正處理，若無異常數(shù)據(jù)則進行復測，依舊無異常便完成數(shù)據(jù)匯總管理[8]。

為了保證數(shù)據(jù)評估和分析的規(guī)范性，要結(jié)合異常數(shù)據(jù)點前后變化率進行修正操作，并最大程度上確保電力設(shè)備在線監(jiān)測工作的順利開展[9]。

2.3 對比分析

結(jié)合電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用特點，為全面評估電力設(shè)備在線監(jiān)測方法是否有效，要進行相匹配的對比分析試驗，從而結(jié)合數(shù)據(jù)評估電力設(shè)備在線監(jiān)測的準確性和時延效果。

2.3.1 準確性

依據(jù)電力設(shè)備在線監(jiān)測和傳統(tǒng)電容式電力設(shè)備局部放電高頻、特高頻綜合分析方法的對比可知，基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的在線監(jiān)測所獲取的局部放電信號波形和實際放電信號波形較為一致，能準確評估當時局部放電量的參數(shù)情況，因此將其作為局部放電量評估依據(jù)的可行性較高。傳統(tǒng)的電容式電力設(shè)備檢測方法差距較大，無法準確測量。

2.3.2 時延效果

相較于傳統(tǒng)監(jiān)測方式，基于電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的在線監(jiān)測方式時延能控制在0.4 ms以內(nèi)，大大提升了監(jiān)測時效性，并維持了通信穩(wěn)定效果，為進一步優(yōu)化電力設(shè)備的監(jiān)測水平提供了保障[10]。

3 結(jié) 論

總而言之，電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力設(shè)備在線監(jiān)測中的應(yīng)用具有重要意義，能在提升性能優(yōu)勢的同時更好地發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備存在的問題，以便于開展及時且規(guī)范的管控措施，為在線監(jiān)測效能的優(yōu)化予以保障，也為電力系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。