1 方案背景

信息通信技術(shù)的快速發(fā)展為電力系統的可靠、安全、經(jīng)濟、高效運行提供了強有力的技術(shù)支撐，這也是智能電網(wǎng)在世界各國獲得廣泛重視和應用的技術(shù)基礎。智能電網(wǎng)以傳統物理電網(wǎng)為基礎，融合了傳感測量技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)和信息處理技術(shù)，為電網(wǎng)與用戶(hù)的雙向互動(dòng)提供了橋梁，大大提升了新能源的接入和消納能力，保障了電網(wǎng)的安全可靠運行。

作為能源流、信息流和業(yè)務(wù)流承載體，智能電網(wǎng)是一個(gè)極具典型特征的信息物理系統，電力設備廣域分布，采集終端規模龐大，通信網(wǎng)絡(luò )多樣異構，運行信息實(shí)時(shí)交互，具備應對負荷時(shí)變和突發(fā)事故的高度自適應調整和自愈能力，信息系統與物理系統深度融合。在這個(gè)環(huán)節眾多、廣域分布的信息物理系統中，如何感知和傳輸電網(wǎng)中廣域分布設備的運行數據，實(shí)現設備故障在線(xiàn)診斷與安全預警以及與調度等業(yè)務(wù)協(xié)同應用是亟待解決的行業(yè)難題。

2 方案設計

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)全域狀態(tài)監測系統，通過(guò)將基于WIA（Wireless Networks for Industrial Automatiion）的傳感器網(wǎng)絡(luò )與電力專(zhuān)網(wǎng)、寬帶移動(dòng)通信網(wǎng)融合，提出并實(shí)現了面向智能電網(wǎng)輸變配用環(huán)節的全域狀態(tài)監測的物聯(lián)網(wǎng)體系架構（如圖1所示）。該架構以WIA傳感器網(wǎng)絡(luò )作為底層監測網(wǎng)絡(luò )，基于多模式感知技術(shù)實(shí)現智能電網(wǎng)輸變配用環(huán)節不同應用場(chǎng)景的狀態(tài)信息收集和傳輸，采用電力專(zhuān)網(wǎng)或公網(wǎng)作為智能電網(wǎng)全域狀態(tài)監測的骨干網(wǎng)，將底層電力專(zhuān)用終端和智能傳感監測裝置與上層的生產(chǎn)和營(yíng)銷(xiāo)數據中心連接，實(shí)現對智能電網(wǎng)輸變配用設備的安全監控、用電信息采集與互動(dòng)。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)全域狀態(tài)監測系統架構

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)全域狀態(tài)監測系統主要包括以下4個(gè)部分（如圖2所示）：

圖2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)全域狀態(tài)監測系統組成

（1）輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監測裝置包括基于物聯(lián)網(wǎng)的輸電線(xiàn)路導線(xiàn)溫度監測裝置、輸電線(xiàn)路導線(xiàn)拉力傾角監測裝置、輸電線(xiàn)路振動(dòng)監測裝置以及桿塔傾斜振動(dòng)監測裝置。輸電線(xiàn)路監測裝置與輸電線(xiàn)路監測系統網(wǎng)關(guān)共同構成輸電線(xiàn)路在線(xiàn)監測子系統，可完成線(xiàn)路及鐵塔周?chē)h(huán)境監視，實(shí)現對桿塔橫向傾斜、縱向傾斜等的在線(xiàn)監測并實(shí)現遠程數據傳輸，為導線(xiàn)負荷、導線(xiàn)覆冰分析提供實(shí)時(shí)數據。

（2）變電站在線(xiàn)監測裝置包括基于物聯(lián)網(wǎng)的母線(xiàn)測溫裝置、SF6監測裝置、鐵芯接地電流監測裝置、避雷器監測裝置以及油色譜監測裝置，與變電站在線(xiàn)監測系統軟件共同構成變電站在線(xiàn)監測子系統。系統的通信穩定可靠，室外一般條件下無(wú)線(xiàn)裝置通信距離可以達到100米~200米，數據周期最快為1秒，周期性數據時(shí)延小于1秒，報警數據時(shí)延小于100毫秒。各監測裝置間可以自動(dòng)形成網(wǎng)絡(luò )，數據傳輸成功率高于99%。

（3）配電環(huán)節在線(xiàn)監測子系統包括基于物聯(lián)網(wǎng)的故障指示裝置、故障指示系統網(wǎng)關(guān)和故障指示系統軟件?；谖锫?lián)網(wǎng)的配電線(xiàn)路故障指示系統通過(guò)對線(xiàn)路的負荷電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，判斷線(xiàn)路是否發(fā)生故障。

（4）用電環(huán)節的用戶(hù)用電信息監測子系統包括基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表通信模塊、智能電表數據采集器和智能電表數據集中器。智能電表通信模塊可方便地安裝于用戶(hù)智能電表內，實(shí)現對用戶(hù)用電數據的采集和傳輸。智能電表數據采集器通過(guò)RS485總線(xiàn)連接到多個(gè)智能電表，實(shí)現集中式數據采集。智能電表數據集中器的作用是通過(guò)WIA無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )匯聚來(lái)自智能電表的數據并實(shí)現遠程傳輸。

3 方案創(chuàng )新性

方案的主要創(chuàng )新包括：

（1）提出了面向智能電網(wǎng)全域狀態(tài)監測的物聯(lián)網(wǎng)體系架構，形成了針對智能電網(wǎng)輸變配用環(huán)節狀態(tài)監測的整體解決方案；

（2）提出了面向智能電網(wǎng)輸變配用環(huán)節的多模式自組織傳感網(wǎng)技術(shù)，能夠滿(mǎn)足智能電網(wǎng)在線(xiàn)安全監測、能源計量等多種傳感應用要求；

（3）針對智能電網(wǎng)輸電線(xiàn)路監測、變電站設備狀態(tài)監測、配電線(xiàn)路狀態(tài)監測以及用戶(hù)用電信息采集的實(shí)際需求，開(kāi)發(fā)了系列化的通信裝置；

（4）研發(fā)了輸變電設備狀態(tài)監測系統，實(shí)現了輸變電設備的安全預警，并將設備狀態(tài)信息與電網(wǎng)調度相結合，為生產(chǎn)管理提供信息支持，全面提高運維水平。

4 用戶(hù)效益

在遼寧電網(wǎng)建成了覆蓋電網(wǎng)輸電、變電、配電和用電過(guò)程的全域狀態(tài)監測系統，為智能電網(wǎng)安全運行提供了新的技術(shù)手段和控制模式，應用成效顯著(zhù)：

（1）成功預報多起輸電線(xiàn)、變電站故障隱患，減少了現場(chǎng)維護費用。成功預報多起輸電線(xiàn)路異常，包括桿塔變形及傾斜、線(xiàn)路覆冰及不均勻脫冰等嚴重隱患，人工巡查勞動(dòng)量降低30%；成功對幾十起包括變壓器油色譜異常在內的嚴重故障進(jìn)行了預警，發(fā)現變壓器油中溶解氣含量異常（增長(cháng)率）和鐵芯接地電流數據異常多起，設備故障率降低75%，主變的大修周期從5年延長(cháng)至9年，綜合維修費用減少50%；在用電信息采集方面，電網(wǎng)通行的周期（15分鐘）抄收成功率達到100%，節省了大量人力。

（2）準確定位配電網(wǎng)故障，降低了停電損失。實(shí)現了配電網(wǎng)接地短路故障的快速區段定位，提高了故障查找效率，故障排除時(shí)間由2小時(shí)降為1小時(shí)。

（3）運營(yíng)監測（控）信息支撐系統，降低了平臺運營(yíng)成本。首次將設備狀態(tài)信息系統融入D5000調度系統。通過(guò)全面掌控電網(wǎng)設備運行狀態(tài)，提高了設備運行狀態(tài)的可控和在控能力，實(shí)現了“大運行”與“大檢修”之間的協(xié)同。

5 方案意義

本方案緊密結合國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)投資建設政策，面向電力系統實(shí)際需求，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構建基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)全域狀態(tài)監測系統，建立涉及智能電網(wǎng)輸、配、變、用等環(huán)節智能監控、計量及電網(wǎng)與用戶(hù)交互的應用驗證系統，研制開(kāi)發(fā)一系列具有自主知識產(chǎn)權的先進(jìn)裝置和系統，推動(dòng)了電力物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高了電網(wǎng)的智能化水平和自動(dòng)化水平，有力支撐了智能電網(wǎng)的建設。

摘自《自動(dòng)化博覽》2020年5月刊