基于物联网的变电设备在线监测系统设计

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摘 要：现阶段，智能电网成为电力网络建设的主要方向，也是保障电力网络可靠运行的关键措施，智能化变电设备作为智能电网的基础，在电网建设中发挥着非常重要的作用，以物联网技术为基础，构建变电设备在线监测系统，成为发展智能变电站的主线。本文结合物联网技术，提出了一种针对变电设备的在线监测系统设计，希望可以为建设智能电网提供一些帮助。

关键词：物联网；变电设备；在线监测系统

前言：在传统变电设备管理维护中，采用的是定期检修模式，这种模式容易受到主客观因素的影响，存在着许多的问题和漏洞。状态检修的出现，有效解决了上述问题，但是其对于数据的传输的采集和传输有着较高的要求。为了能够对变电设备的运行状况进行可靠反映，国家电网公司提出了在构建在线监测系统的相关构想。

1 物联网与变电设备监测

物联网可以说是在互联网基础上的一种延伸和拓展，主要是结合红外感应、全球定位、激光扫描以及射频识别等技术，依照约定协议实现物品与物品的相互连接，能够完成信息的传输和交换，以及识别、定位、跟踪、监控等功能。最近几年，物联网技术得到了迅猛发展，在产品条形码、汽车电子等领域得到了广泛应用，其作为一种先进的通信手段，在变电设备在线监测中的应用也愈发迫切。

结合当前国家电网公司开展的电力光纤到户、智能变电站等智能电网试点工程，可以明显看出其对于物联网技术的重视。将物联网技术应用到智能电网中，可以实现各种供用电设备的统一管理，提升信息传输的准确性和高效性，其在智能电网的在线监测方面同样发挥着不可替代的作用，因此，构建基于物联网的变电设备在线监测系统，可以将物联网与智能电网有机结合在一起，在保证设备安全的同时，推动智能电网的稳定健康发展[1]。

2 基于物联网的变电设备在线监测系统

2.1系统架构

以物联网技术为基础，构建变电设备在线监测系统，总体的系统架构包括了四个不同的层面，分别是过程层、间隔层、站控层和省网层。

2.2物联网技术

在系统通信传输设计中，采用的物联网通讯技术包括了CAN、ZigBee、RFID、光纤以及双绞屏蔽电缆等。变电设备本身在运行过程中的各种状态信息可以由各类传感器设备进行收集，结合RFID获得的静态信息，经光缆传输到数据处理终端，实现过程层与中间的数据通信，而经过监测终端数字化处理后的信息，则可以通过CAN或者ZigBee等，在过程层与间隔层之间进行传输。经间隔层处理后，数据通过光纤，依照IEC61850协议，在间隔层与站控层中实现高度共享。

2.3系统设计

2.3.1过程层监测终端

监测终端包括了传感器以及现场处理单元，其基本功能，是通过各类传感器，收集变电设备的运行信息，并对其进行初步处理，如果传感器信息没有经过数字化处理，则可以在完成A/D转换后，分类存储。在智能化变电站中，监测终端包括了变压、避雷器、断路器以及SF6等，涉及内容相对较多，要求设计人员具备较高的专业素质。以SF6监测终端的设计为例进行简要分析。

该监测终端主要是针对SF6气体温湿度和压力的监测，由相应传感器完成数据采集，经调理及A/D转换后传输到控制单元。在硬件设计中，采用DSP主电路设计，以TL431A转换芯片为运放电路供电，具有功耗低，使用方便的优点，可以通过更换分压电阻的方式，对供电电压进行调节。A/D转换电路选择AD7657芯片，4.5V-5.5V单供电电源，最大传输速度可以达到250kSPS。在软件设计方面，软件的主要功能，是在上电后，自动进行查询状态，等待接受间隔层下发的采集指令，并依照设定好的数据规约，对传感器下达读取指令，完成数据的收集，同时结合返回数据的校验位，进行CRC校验，确保其读取成功。将读取到的数据去除命令字和控制字，打包发送[2]。

2.3.2间隔层智能IED

根据监测设备类型以及安装位置的不同，智能监测IED同样可以分为多种不同的类型，其主要功能是对数据进行提取、规约和传输，在基本的硬件与软件方面几乎没有很大的区别，这里同样以SF6监测IED为例，对其硬件与软件的设计进行简要分析。

在硬件设计方面，采用ARM+DSP的结构，分别采用S3C2440A芯片和TMS320F28335芯片，从变电站的运行需求考虑，在电源电路中选择就地取材，利用变电站本身的220V交流电，经交直流转换为12V和5V的直流电源，然后再次转换为，提供给各个子电路使用。同时，考虑到系统监测IED的重要功能是针对数据的相关操作，程序调试环节最为关键的就是针对传输电力及相关协议的调试，因此，SF6监测IED与终端设备之间的通讯，采用的是RS485总线技术，为了保证传输效率和数据安全，在每一块IED的核心电路板上，分别设置3路RS485通讯接口。软件设计环节，主要是针对相关数据的处理，采用的数据通讯模块包括DSP、ARM通讯，主机ARM结合配置文件的启动轮询函数，结合预先设定的通信协议，向终端设备下发数据采集命令，DSP在接收到申请后，对命令进行解析和执行，并完成数据的上传操作。

2.3.3站控层专家软件

在站控层专家软件系统中，具备完整的变电站设备一次主接线图，管理人员可以充分了解变电设备的分布和运行状况。一次接线图能够对被监测设备的运行状态进行实时描述，显示出最新的采集数据和状态结果，同时能够结合弹窗，进行各种功能的选择性控制。不仅如此，专家软件还可以对变电设备的运行状况进行状态列表，使得管理人员能够更加直观的观察设备运行情况，及时发现其中存在的问题和隐患。另外，根据变电站一次设备各自的特点，专家软件系统设置了相应的功能单元，保证了监测的可靠性和针对性。

在专家软件系统中，针对同种类型的高压设备，配备一个主IED，下设多个IED，经过程层网络，与对应的监测终端进连接，接收监测终端采集到的数据信息，利用IEC61850解析封装，将得到的信息进行数据容错，标记出传输过程中存在的非正常数据，然后反馈给IED，重新进行数据的提取和分析，直到数据正常。在反复操作的过程中，可以实现对于IED工作状况以及通讯网络健康状况的监测与评估。对于发现的变电设备故障，可以将故障的内容及位置存储在本地，结合实际情况，向下属IED发送控制指令，实现故障的有效排除，保证变电站的稳定可靠运行。

3 结语

总而言之，在科学技术飞速发展的带动下，我国的电力系统正在逐渐向着智能化的方向发展，将物联网技术应用到智能电网的建设中，可以以此为基础构建变电设备在线监测系统，针对变电设备的运行状况进行实时在线监测，提升数据传输的效率，对于实现电力系统的智能化意义重大，应该得到足够的重视。

参考文献：

[1]曲娜.基于物联网技术的变电设备智能测温系统设计[J].电子技术与软件工程，2015，（8）：12.

[2]曹一家，何杰，黄小庆，张志丹.物联网技术在输变电设备状态监测中的应用[J].电力科学与技术学报，2012，27（3）：16-27.