基于物联网技术智能变电站建设

北京领翼 中翔 北京领翼中翔科技有限公司 领先不辍 追求技术、服务、理念的领先 创新为您 不断地创新满足您的需求 以智能服务电网 为行业创造价值 基于物联网技术智能变电站建设 一、物联网简述。 二、我国物联网技术的发展。 三、物联网技术在智能变电站应用前景分析。 四、变电站辅助系统及现场工作现状。 五、设计方案。 六、方案优化和创新亮点。 七、结论。 一、物联网简述 物联网的概念最初于 1999年在物流领域提出，它以射频识别（ 统为基础，结合已有的网络技术、数据库技术、中间件技术等，构筑一个覆盖世界上万事万物的实物互联网(of 物联网内每个产品都有一个唯一的产品电子码 通常 在被标志产品上，被高层的信息处理软件识别、传递、查询，进而在互联网的基础上形成为供应链企业服务的各种信息服务。旨在降低成本，提高现代物流、供应链管理水平，被誉为是一项具有革命性意义的现代物流信息管理新技术。 一、物联网简述 随着传感器技术和网络通信技术的发展，物联网的定义不断深化，人类希望可以以更加精细和动态的方式管理生产与生活，而不仅仅体现在识别物体的简单应用层面上。达到“智慧”状态，提高资源利用率和生产力水平，改善人与自然的关系。传感网正是在这样的背景下应运而生的全新网络技术，它综合了传感器、低功耗、通讯以及微机电等技术，由许多集传感与驱动控制能力、计算能力、通信能力于一身的嵌入式节点互连起来的网络。每一个节点由数据采集模块 (传感器、 A/、数据处理和控制模块 (微处理器、存储器 )、通信模块 (收发器 )和供电模块 (电池、 等组成。近期微电子机械加工 (术的发展为传感器的微型化提供了可能，微处理技术的发展促进了传感器的智能化，通过微电子机械加工 技术和射频通信技术的融合促进了无线传感器及其网络的诞生。 一、物联网简述 传感网技术是典型的具有交叉学科性质的军民两用战略高技术，广泛应用于军事、环境科学、交通管理、灾害预测、医疗卫生、城市信息化建设等领域。它的三个要素是传感器、感知对象和观察者。它将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变了人类与自然界的交互方式。在这个网络中，系统可以自动的、实时的对物体进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件。具体地说，就是把传感器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，然后将“物联网”与现有的网络整合起来，实现人类社会与物理系统的整合，在这个整合的网络当中，存在中心计算机群，对整个网络内的人员、机器、设备和基础设施进行实时的管理和控制。传感网网络拓扑图见下图。 一、物联网简述 二、我国物联网技术的发展 我国现代意义的传感网及其应用研究几乎与发达国家同步启动， 1999年首次正式出现于中国科学院 知识创新工程试点领域方向研究 的信息与自动化领域研究报告中，作为该领域提出的五个重大项目之一。随着知识创新工程试点工作的深入，陆续部署了若干重大研究项目和方向性项目，初步建立传感网络系统研究平台，在智能传感网络通信技术、微型传感器、传感器节点、簇点和应用系统等方面取得很大的进展，部分成果已在实际工程系统中使用。 2010年国家更是把物联网技术的发展列入国家“十二五”规划。 三、物联网技术在智能变电站 应用前景分析 智能变电站是坚强智能电网的重要基础和支撑。具有信息化、自动化、互动化的特征，由先进、可靠、节能、环保、集成的设备组合而成。它以高速网络通信平台为信息传输基础，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要，支持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级应用功能。 目前变电站配置的图像监视、安全警卫、火灾报警、主变消防、给排水、采暖通风等辅助生产系统，依然是各自独立的、不具备智能对话功能的小型自动化装置，形成多个信息孤岛，需要更多的人工来关注、理解和处理这些设备的信息，没有达到智能变电站的智能运行管理的要求。除了实现变电站的智能运行管理外，验证站内人员的动作行为，减少站内人员的人为工作量也应该是智能变电站的另一个体现。 伴随着对智能变电站理解的不断深入，新的智能化功能要求将不断提出。从智能管理角度来看，搭建一个公用的监测辅助控制平台，集成所有的辅助系统功能，方便新的智能化功能扩充，有利于设备管理；规范各类辅助系统的信息传输传送方式及通信规约，有利于统一化管理；通过集成辅助系统的信息整理，有利于远方人员对站内状况全盘掌控，提高监管质量。 通过物联网技术自动、实时对设备进行识别、定位、追踪、监控并触发相应事件，实现了对设备的实时管理和控制。利用物联网技术，通过对外界的感知，构建传感网监测网络，对影响变电站运行的因素实施全方位智能监测。在传感网监测平台基础上可以建立一套全站公用的智能监测与辅助控制系统，集成目前图像监视、安全警卫、火灾报警、主变消防、采暖通风等辅助系统的系统功能，达到 “ 智能监测、智能判断、智能管理、智能验证 ” 要求，实现变电站智能运行管理。 三、物联网技术在智能变电站 应用前景分析 智能监测是指对影响变电站运行的因素采用全方位、多手段的实时监测，自动评估变电站运行状态，减少人为工作量。是变电站实现自动化管理的前提。 智能判断是指在减少远方人员参与的前提下，根据监测的数据，评估变电站的运行状态，自动判出各类异常情况，生成处理方案，形成判断结果。 智能管理是指执行判断结果，实现辅助系统间的协调联动，消除异常情况造成的影响。形成异常情况处理过程报告，及时将结果上报远方集控中心。监测辅助系统的运行状态，执行远方集控中心的各项命令。 智能验证是验证站内人员的巡检、操作、运行维护等行为的正确性，与站内人员行为实现互动，保证人员安全，避免事故发生。 三、物联网技术在智能变电站 应用前景分析 四、变电站辅助系统及现场工作现状 目前变电站配置的图像监视、安全警卫、火灾报警、消防、给排水、采暖通风等辅助生产系统均为独立设置的，距离智能变电站的智能运行管理的要求还有一定差距。 电力设备的巡视还依靠人工巡视为主，巡视的质量人为因素很大，由于人员的素质不同造成巡视质量参差不齐。人员对巡视的数据要进行分析才能确定处理办法，而现场运行人员又不具备这样的能力。 现场检修、维护工作中的停电、供电操作还是依靠人来判断所要操作的间隔是否正确，由于设备都是基本相同，容易造成误操作现象的发生，没有好的手段进行可靠的防范。 五、设计方案 利用物联网技术，通过对外界的感知，构建传感网测控网络。在传感网测控平台基础上建立智能监测与辅助控制系统，实现图像监视、安全警卫、火灾报警、主变消防、采暖通风等功能的集成，全面实现变电站智能运行管理，具备 “ 智能监测、智能判断、智能管理、智能验证 ” 功能。 智能监测与辅助控制系统主要由以下部分组成 ： 五、设计方案 变 电 站 综 合自 动 化 系 统智能检修维护认证子系统集 控 站 管 理 主 机采暖通风子系统图像监视及安全警卫子系统其 他 新 站现 有 老 站 各 子 系 统给排水子系统S 监 测 辅 助 控 制 主 机排水泵风机3个 协 议I E C 6 1 8 5 0 或者 硬 接 点集 控 中 心空调智能终端智能终端控 制 对 象摄像头声光报警火灾报警主变消防风机传 感 网 监 测 网络设备运行温度在线监测子系统避雷器在线监测子系统火灾硬接点 五、设计方案 系统主要完成以下功能： 与集控站控制主机完成自动数据交换，接受集控站的命令，完善与变电站综合自动化设备的 站内检修维护行为的智能认证：自动分析操作票，物物确认操作对象，自动图像识别检修过程，实现对操作维护工作的智能认证。 站内巡检工作的智能监督：指导现场操作，自动完成路径引导和巡检详细采集、报表生成和填表引导，实现智能监督。 状态监测变电设备的运行温度，如主变套管、穿墙套管等接头的运行温度，为状态检修提供数据支撑。 状态监测避雷器的泄漏总电流、谐波电流和阻性电流，自动分析避雷器状态，在发生事故前及时发出告警信号，为状态检修提供数据支撑。 自动监测变电站环境温湿度，优化动力环境控制方案，节省电力。 自动实现变电站水浸、漏水报警，防止水淹事故的扩大化。 多传感器融合，无需警力，自动防入侵警戒，高可靠图像识别防止翻越大门、围墙，高可靠图像识别防抛物破坏。 数字化图像处理，通过图像模式识别实现自动区域保护和灵活图像监控，可以在分辨率和帧速率均衡选择，兼顾高分辨率与动态图像监控的需要。 主机系统 接收传感网测控平台监测到的数据，评估变电站的运行状态，自动判出各类异常情况，执行判断结果，实现辅助系统间的协调联动，消除异常情况造成的影响；形成异常情况处理过程报告，及时将结果上报远方集控中心；监测辅助系统的运行状态，执行远方集控中心的各项命令，规范与监控系统的通信规约。 五、设计方案 传感网监测网络 传感网监测网络系统包括传感器节点和汇聚节点。传感器节点包含了温湿度传感节点、避雷器泄漏电流传感器节点、电压谐波和相位监测节点、烟雾传感节点、水浸传感节点等设备。各传感节点监测的数据经汇聚节点汇聚后上传至主机。 组网方式可分为有线传感网络和无线传感器网络两种 。 五、设计方案 网络结构 项目 有线传感网络 无线传感网络 组网方式 各节点之间采用屏蔽双绞线或其它缆材连接 各节点之间通过无线通信联系 优点 通信线路稳定可靠； 产品维护简单，复杂度低； 生产成本低。 安装地点不受限制，无需布线； 现场施工方便； 安装成本低 不足 安装地点易受限制，布线复杂； 维护成本较高。 通讯易受电磁干扰，抗干扰技术复杂； 产品复杂，生产成本高。 工作电源 电池供电或外部电源供电 电池供电或从环境获取能源 五、设计方案 图像监视及安全警卫子系统 针对常规变电站安全监视系统配置的不足，组建多类型探测器节点协同感知的网络，实现全新的目标识别、多点融合和协同感知，具有以下特征：多种探测原理的前端探测手段协同综合工作、智能识别；对变电站围界进行全天时动态智能感知，具备很强的环境适应性和智能性；探测分析、阻挡延缓、复核响应多手段融合，可依据具体情况按需、按时布防和撤防。 五、设计方案 供 电 分 系 统I / O 量控 制 器联 动 控 制 分 系 统网 络 传 输 分 系 统主 机前 端 探 测 分 系 统音 频 告警照 明砖 墙 控制 器抛 物 探测 器图像监视系统集成平台框图 五、设计方案 前端探测分系统示意图 五、设计方案 探 测 入 侵 事 件是系 统 设 防 开 始多 节 点 主 机 接 收 到 原 始 报 警 数 据 , 并协 同 感 知 判 决 是 否 有 入 侵否控 制 中 心 弹 出 对 应 报 警 视 频 ， 保 存 报 警 数 据 ， 同 时 判 断是 否 需 要 照 明 、 后 续 喊 话 等 处 理 。是 否 需 要出 警 抓 捕否出 警是当入侵行为触发报警时，系统立即和智能视频分系统进行联动，相关摄像机自动凝视侵入目标，该视频图像自动弹出在监视器的最顶层，值班人员可迅速直观的看到现场的实际情况；与此同时，变电站控制主机会发送音频信号至现场的音频设备，向现场进行声音告警；值班人员亦可通过麦克风设备向现场通话告警，警告可疑人员。 发电厂大型 五、设计方案 智能巡检监督子系统 智能巡检监督子系统由感知卡、手持式智能终端和系统管理主机等组成。 感知卡绑定在变电站被巡检的设备上，作为电子标识。是一种内置唯一编码的身份识别器件，具有振动、温度、湿度等环境信息的感知能力，该卡还具有 256字节的读写区，用于记录设备的生产商、出厂日期、投运日期、检修周期和维修记录等信息。感知卡与被巡检区域一一对应，读卡后自动显示该区域各设备相关巡检内容。 智能终端是巡检人员用来在变电站现场识读感知卡以确认到达该巡检区域、设备和到达时间的设备，并根据预存的中文提示巡检项目输入相应的设备运行状态及数据的专用手持便携设备，同时自动采集设备的运行环境参数，显示设备编号、投运日期、维保计划等信息。 五、设计方案 主机 智能终端 作业人员手持智能终端按照信息采集器提示的巡视路线进入设备区依次巡视。到达某个区域后，首先要通过智能终端与设备上的感知卡进行匹配。如匹配功，信息采集器显示该设备的巡视作业内容并由巡检人员填写，否则发出错误匹配信息并提示巡检人员下一个应该巡检的设备名称。智能终端与主机采用无线连接方式，巡检结果快速上传至后台，作业和管理人员共享同一变电站巡检信息。通过智能巡检验证实现对巡检工作的监督和管理，保证巡检人员按时到岗巡查，为巡检和数据管理提供了强有力的技术支持，也为管理者决策提供了可靠的依据。 智能巡检监督子系统示意图 五、设计方案 用 户 登 录智 能 终 端 显 示作 业 内 容S R F I D 匹 配是 否 成 功是按 巡 检 路 线提 示 漏 检 设 备否巡 检 结 果上 传 至 后 台巡 检是 否 完 毕按 巡 检 路 线提 示 下 一 设 备巡 检 结 束否 是按 巡 检 路 线巡 检 设 备智能巡检监督工作流程图 五、设计方案 智能检修维护认证子系统 主机预先设置变电站配电装置的编号和物理位置，从工作机上获取到运行人员的操作票后，自动分析操作票的内容，确认需要检修的间隔、设备，命令室内摄像头监视该操作区域，并将所需维修的设备识别代码及设备位置自动上传到智能终端上。 运行人员手持智能终端，进入到设备区域时，智能终端与设备的感知卡进行配对。配对完成后，主站会将操作票内容发送到智能终端上。运行人员按智能终端提示操作完成并做完安全隔离措施。 主 机获 得 操 作 票是 否 完 成 设 备与 智 能 终 端 配 对是否智 能 终 端 显 示操 作 票 内 容智 能 终 端 获 得待 检 修 设 备识 别 码 、 位 置寻 找需 维 护 设 备 区智 能 终 端 显 示操 作 票 内 容智能检修维护工作流程图 五、设计方案 温度状态监测子系统 该子系统由若干数据传输基站、无线温度传感器和环境温度传感器构成。 数据传输基站 装于设备的温度无线传感器 无线连接 控制主机 五、设计方案 无线温度传感器由微功耗控制器、数字温度传感器、射频收发器、电池、天线等组成。控制器定时读取温度传感器的数据，测量电池电压，启动射频通讯芯片，将这些数据通过射频信号发送到数据传输基站。通过高频无线信道传输到基站，由基站保存、记录。无线温度传感器采用结构胶安装方式，直接安装在高压输变电设备可能的发热处，如：动力电缆、电缆接头、刀闸触点、开关静触点、铜排连接点、电抗器、电容器外壳和设备安装环境温度，实现温度和温升的高可靠实时状态监测。 数据传输基站由微处理器、存储器、总线接口、高频收发器、供电模块电源和高增益定向天线等组成。高频收发器收到传感器发来的数据会产生中断信号，微处理器立即读取该数据，进行分类处理，并保存到存储器中。主机通过 站将收到的数据传输到主机进行处理。 主机定时通过 基站将收到的温度数据传输到主机，主机通过比较设备与环境的相对温升、室内与室外大气的相对温升，温度变化率等，分析可能的过热情况，提前发出预警信号，提醒管理人员进行处理。 五、设计方案 五、设计方案 五、设计方案 避雷器状态监测子系统 避雷器状态监测装置与温度监测装置共享数据传输基站，前端采集设备是泄漏电流传感器和电压监测传感器。 五、设计方案 避雷器泄漏电流传感器定时通过微电流 记录每个数据的采集时间，控制器根据采集数据计算泄漏电流的总有效值、各次谐波值。 安装于各相的电压传感器负责采集、分析该相 波信息发送至主机，作为判断泄漏电流的相位基准，相位信息发送至同相序的所有泄漏电流传感器，用以计算阻性电流。 控制主机通过分析避雷器的总泄漏电流，分析比对泄漏电流的 3次谐波和同相序电压 3次谐波，当避雷器出现异常时，可以实时正确的发出告警信号，实现避雷器的安全联网实时在线监控。 泄漏电流传感器一般采用太阳能供电超级电容供电，室内型可以采用泄漏电流作为供电电源，由于户内通常不会遭受能量巨大的直接雷击，可以采用合适的雷击保护电路来避免泄漏电流传感器被雷电击毁。保证避雷器泄漏电流传感器免维护的长时间运行。 五、设计方案 采暖通风子系统 通过外设的温湿度传感器，准确监测室内外的温湿度情况。监测信息传送至主机。同时，温湿度监测前端可执行主机控制命令，根据室内温湿度状况对空调、排风机的温度、风向等进行控制。 主机根据室内外的温湿度情况，自动控制通风系统和空调系统的切换运行。夏季，根据比较各空调区域的室内外温差，若通风系统能满足室内温度要求则采用风机机械排风来排除室内余热；若通风系不能满足室内温度要求则自动启动空调机，若布置有多台空调机，则根据室外气温逐台启动运行。冬季，若室内盘柜等散发的室内余热能使室内温度满足要求则空调自动停止运行；若室内余热不能使室内温度满足要求，则自动启动空调系统。可调节空调温度、风向；可远程查询温湿度检测节点工作状态，精确定位系统故障，远程控制空调运行。 五、设计方案 统实现对 统实现的功能有： 1） 现漏点定位； 2）发出报警信号，提示值班人员采取相应措施； 3）启动风机联动，实现风机自动排风； 4）远程查询 保系统安全可靠运行； 5）远程控制风机运行。 站 控 主 机 0 k V G I 检 测 器 S 器氧 气 传 感 器排 风 机控 制 器 0 k V G I 检 测 器 排 风 机控 制 器S 器氧 气 传 感 器 五、设计方案 气传感器监测氧气的浓度。多个 断出 对风机控制器发出排风指令，启动声光报警；只要有人员进入操作室，红外监测节点感知信号，并对风机控制器发出排风指令；风机控制器同时接收监控中心通过物联网监控平台发出的排风指令。 五、设计方案 给排水子系统 监测给排水设备的状态，测量用水量及排水量，检测污物、污水池水位及异常警报，检测水箱水位，控制给排水设备的启停。 实现对积水情况的检测及智能处理，安装浸水检测节点，实现积水自动排放；启动摄像头联动，查看现场情况；远程查询浸水检测情况，确保系统安全可靠运行；远程控制水泵运行，对积水情况的进行准确监测；发出报警信号，提示值班人员采取相应措施。 五、设计方案 火灾报警及消防子系统 结合变电站管理的智能化、网络化的趋势，以物联网技术理念集成现有成熟产品，通过读取火灾探测系统的告警信息，结合视频图像识别，环境温度传感器等信息，实现对变电站火灾的智能化检测、报警和主变充氮灭火、喷淋灭火的联动处理。实现对各种消防设备的状态检测与故障警报。实现火灾时与空调、风机的联动。 五、设计方案 远方集控中心配置方案 变电站智能监测及辅助控制系统与远