【泛在机会】物联网技术在电力输配系统应用一览

考虑到智能电网应用平台直接接入运营商网络存在的安全风险，可以引入传感器网关（MTC GW）解决这一问题。MTC GW能够有效屏蔽核心网的拓扑结构，实现核心网对智能电网应用平台接入的安全认证，并提供智能电网应用平台的各类应用的统一路由出口。图9描述了在核心网实体和MTC Server之间增加MTC GW的架构示意。

通过MTC GW，能够实现对核心网拓扑结构的有效屏蔽，在MTC GW和MTC Server之间建立加密隧道，并向其提供统一、简单的API，极大降低了核心网接口的复杂性。

3.1应用层

在输变电系统的实时状态感知的基础上，把感知层感知的信息根据不同的应用与业务需求进行分析和处理，形成包括应用基础设施、中间件和各种应用的体系架构，并实现物联网的各种应用。电力传感器网络应用涉及智能电网全寿命周期的生产、管理环节，通过采用智能计算、模式识别等技术实现电网信息的综合分析和处理，实现智能化的决策、控制和服务水平的不断提升。按照电力系统的组成环节，基于智能电网的传感器网络应用验证系统主要包括以下8类重要系统：

1)输电线路多维感知在线监测系统；

2)输电、变电、配电巡检系统；

3)电气设备状态在线监测系统；

4)电力设施防护及安全保电支撑平台；

5)配电现场作业监管系统；

6)智能用电服务系统；

7)用电信息采集系统；

8)智能电网传感网信息处理及一体化管理平台。

1)输电线路多维感知在线监测系统

高压架空输电线路是电网的重要组成部分，由于微风造成的微风振动、导线风偏是造成高压架空输电线路疲劳断股的主要原因；强风条件造成的线路舞动对高压输电线路会造成极大破坏；同时低温天气造成的线路覆冰，且杆塔拉线更容易结冰且对称的拉线结冰往往不平衡，会导致杆塔的倾斜甚至倒塔，这些都是输电线路安全保障的巨大隐患。

通过在整条输电线路上部署多功能骨干节点、MEMS加速度（陀螺仪）传感器节点，并在高压杆塔上布设泄漏电流传感器节点、通信骨干节点构成一个传感器簇，多个这样的簇构成线状网络并通过通信骨干节点构成整个智能电网输电线路在线监测系统，实现了对输电线路的各种状态，如覆冰、污秽、温度、舞动、微气象等的多方位可视化实时监控和故障预警。

2)输电、变电、配电巡检系统

电网的输电、变电、配电环节设备种类多，运维工作量大，通常需要大量人力开展日常巡检的工作。通过无线传感器和RFID标签结合，实现对各种电力设备日常运行过程中的运行参数、设备状态异常、设备破损、性能降低等参数的观察和记录。同时，通过对采集数据的分析，对隐患进行评估和预警，避免电网设备出现故障。

系统基于传感器网络技术及RFID射频识别技术，实现了巡检人员到达现场并按预定路线巡视的监督功能；同时，辅助加入了环境信息与状态监测传感器，精确检测设备工作环境与状态，能够精准确认巡检人员并且采集电力设备的运行环境信息、工作状态信息，大幅提升了巡检的工作质量。

3）电气设备状态在线监测系统

变电站是电力系统的重要组成部分，是电网基础运行数据的采集源头和命令执行单元，变电设备安全运行以及变电站安全直接影响电网的安全运行。开展输变电设备状态检修，以提高设备利用率，延长设备寿命，减少停电次数/停电时间，提高输电效率。输变电设备状态监测也将作为辅助的设备状态的诊断手段，在输变电设备状态检修中发挥巨大作用。通过多传感器集成、多信息采集、信息融合及抗强电磁干扰等技术建立了智能电网变电站状态监测系统，实现了对变电站内各类设备及安全防护的实时监控，包括变压器油气、局放在线监测，断路器动特性、微水在线监测，互感器、避雷器绝缘在线监测，变电站安防监测，互感器动态计量在线监测等。

在线监测系统通过对变电站各种状态量采集，将数据传输到后台专家系统进行分析与决策，能准确反映出变电站的各种状态，提供安全评价。

4)电力设施防护及安全保电支撑平台

基于电力物联网，运用多种传感器组成协同感知网络、无线传感器网络技术，在户外线路、杆塔、配电变压器等设备上按照一定的策略部署、安装振动、位移、电压变化、红外线等传感器，采集、处理现场信息，报警并协同处理，能够有效地实现对电网状态信息及设备的运行状态信息监测、预警防护。系统一般由地埋固定无线振动传感器节点、移动无线振动传感器节点、杆塔无线倾斜传感器节点、杆塔无线（声）振动传感器节点、无线防拆卸螺栓传感器节点、无线被动红外线传感器节点、智能视频传感器节点、TD-SCDMA通信骨干节点等组成。

通过多种传感器组成协同感知，实现对电网主要基础设施（如设备、配电线路、杆塔等）破坏、盗窃行为的有效定位、监测和预警，对监控范围内配电设备进行全方位防护。

5)配电现场作业监管系统

由于电力系统运维的复杂性，电力现场作业管理难度大，常会出现误操作、误进入等安全隐患。在智能电网技术中，利用物联网技术可以进行身份识别、电子工作票管理、环境信息监测、远程监控等，实现调度指挥中心与现场作业人员的实时互动，进而消除安全隐患。

基于电力物联网技术的配电现场作业监管系统，通过安装在作业车辆上的视频监视设备和设备上的RFID标签，远程监控作业现场情况、现场核实操作对象和工作程序，紧密联系调度人员、安监人员、作业人员等多方情况，使各项现场工作或活动可控、在控，减少人为因素或外界因素造成的生产损失，从而有力保障人身安全、设备安全、系统安全，并大幅提高工作效率。

6)智能用电服务系统

智能用电服务作为电网用电环节的关键部分，是实现电网与用户之间实时交互响应，增强电网综合服务能力，满足互动营销需求，提升服务水平的重要手段，加强用户与电网之间的信息集成共享和实时互动，实现用电的智能化、互动化，进一步改善电网运营方式和用户对电能的利用模式，提高终端用户用能效率。通过对公变、低压工商户、低压居民户用电信息的采集，实现线损考核、预付费业务管理。通过对智能开关、智能家电的自动化监控，将通信网络延伸到用户家庭，可实现用户用电信息、电力交易信息发布及用户用电智能管理等智能电网用户服务功能。

智能用电服务系统通过智能交互终端或交互机顶盒实现用户与电网之间的互动，实现能效管理、物业管理、增值服务、社区医疗等一系列特色服务，体现出良好的交互性和智能化特色，应用物联网的技术，组建家庭内部网络，实现电热水器、空调、电冰箱等家庭灵敏负荷的用电信息采集和控制，建立集紧急求助、燃气泄漏、烟雾探测、红外探测于一体的家庭安防系统。

7）用电信息采集系统

用电信息采集系统的采集对象包括专线用户、各类大中小型专用变压器用户、各类380/220V供电的工商业用户和居民用户、公用配电变压器考核计量点。用电信息采集系统主要功能包括数据采集、数据管理、自动抄表管理、费控管理、有序用电管理、异常用电分析、线/变损分析、安全防护等，为智能用电双向互动服务提供数据支持。系统分为主站层、通信信道层、采集设备层。

主站层实现了营销采集业务应用、前置采集平台、数据库管理3部分功能，为电力营销业务提供相应的支撑；通信信道层是连接主站和采集设备的纽带，提供可用的有线和无线的通信信道，主要采用的通信信道有光纤专网、GPRS/CDMA无线公网、230 MHz无线专网；采集设备层是用电信息采集系统的信息底层，完成用户用电信息的采集。该层可分为终端子层和计量设备子层。

8)智能电网传感网信息处理及一体化管理平台

电力物联网支撑了诸多智能电网应用，建立统一的、面向服务的传感信息共享与应用服务体系，能够实现电力物联网应用的一体化数据资源组织、信息共享、数据加密、高性能的协同分析处理，智能电网各类基于物联网的业务应用提供统一、规范、共享的数据采集与信息服务。

智能电网传感网信息处理及一体化管理平台通过建立统一的、面向服务的智能电网传感网络应用系统一体化信息共享平台，实现了不同场景的物联网采集数据的多源/多类型/异构数据一体化组织和管理，将智能电网传感网络信息和已有电网、地理空间数据进行一体化组织，实现输、变、配电网信息作为“一张电网”的协同管理与融合共享。同时，在数据共享的基础上，优化图形浏览和分析的服务引擎，提供高效的平台可视化功能。

4电力物联网示范工程建设

4.1示范工程情况

针对课题的研究内容和应用验证工作，立足我国电网的实际情况，依托江苏省电力公司无锡供电公司的应用验证和工程实施，建立面向智能电网的无线传感器网络应用验证系统。无锡验证系统建设地点在无锡新区，涉及的电网部分包括变电站3个，超高压、高压输电线路2条，10kV线路20条，线路长度97.534 km，其中，电缆29.259 km，架空68.275 km。10 kV配电所（开闭所）1座，10 kV变电所（小区公配所）31座，环网柜12个，箱变8个，系统覆盖高压（10 kV）用户148户，低压居民用户19 123户，低压非居民用户2 454户，以点、线、面的模式逐级建设课题的应用验证系统规划。

电力传感器网络示范区建设示意如图20所示。该应用示范区涉及电网输、变、配、用4个环节的具体应用，具体涉及的电力设备及设施包括以下内容。

变电站：500kV梅里变电站、220k V荆同变电站、110 kV梅村变电站。

输电线路：220 kV梅东线、110 kV荆协线。

配电线路：10 kV泰伯122线、10 kV梅村123线、10 kV曲尺116线、10 kV华泰121线、10 kV新梅117线。

公配所：梅里水晶城公配所、梅满嘉园10 kV吴越之星1号站、梅满嘉园10 kV吴越之星2号站、城色佳园1号站、香梅人家6号站。

开闭所：高荣开闭所、高典2号站、10kV光明站、天鹅开闭所、10 kV周泾站。

环网柜：10 kV梅村123线1~5号环网柜。

用电小区：梅满嘉园、城色佳园、梅里水晶城。

4.1.1 示范工程成效

电力物联网示范工程的建设起到了显著成效，具体体现在以下几个方面。

在输电环节，通过输电线路在线监测系统的建立，实现了线路运行状态、杆塔防护的实时监控，增强了输电线路、杆塔及设备的防护，保障了电网安全运行。线路巡检质量的提高可大大减少变压器、输电线路、杆塔的被盗率，同时，通过故障预警功能对线路和设备及时维护，保障电网安全运行。

在变电环节，变电环节信息管理平台与电气设备状态在线监测系统，实现了变电设备状态监测，对多种传感数据、电网基础数据进行综合分析并提供友好标准数据接口，为生产管理等系统提供数据服务和信息服务，有利于充分挖掘电网数据价值，为电网企业全面掌握电网运行信息和综合决策提供基础数据和技术支撑，为企业的安全生产运行提供保障，减少了企业管理内耗，提高了综合经济效益和管理效益。

在配电环节，基于物联网技术和无线传感器网络技术，实现了电力配电环节的智能巡检。通过在智能传感网络部署，实现了对输电线路、电气设备等在线监测及电网关键参数实时监控和故障预警，提高电网安全监控及应急处置能力；通过传感器采集环境信息与状态监测信息，实现了巡检数据深入、自动化的分析和决策，有助于指导巡检工作，提高缺陷管理能力，实现缺陷和故障早期预警，减少因设备隐患和缺陷造成的事故损失。

在用电环节，通过建设基于物联网和传感器网络的高可靠性智能用电信息采集系统，推进营销计量、抄表、收费模式标准化建设和信息化建设。为提升快速响应市场变化、快速反映客户需求，从客户用电信息的源头提供数据支持，为分时电价、阶梯电价、全面费控的营销业务策略实施提供支撑平台，并为智能电网配电、用电侧的全面建设提供基础和技术保障，对提升电网服务质量和水平起到了重要作用。

结束语

本文中电力物联网相关核心技术的研究与示范系统建设将电力通信网网络不断向电网生产现场及用户延伸，对于构建覆盖电网生产、经营、管理、服务的各类节点的泛在感知网络具有重要的指导和示范价值。一方面，泛在感知的电力物联网实现了更多节点的覆盖，能够全面提升电网生产、电网服务、电网管理的全面感知、数据采集及服务互动能力；另一方面，电力物联网的建设及大量用于物联网采集的传感器、终端、系统的研制为数据采集提供了便捷的手段，极大降低了电力物联网感知各类数据的成本，为智能电网大数据采集与大数据规模开发和应用奠定了技术、装置和网络基础。

随着电力物联网规模的不断发展和采集数据规模的累积和增加，后续工作将进一步开发和研究基于电力物联网采集数据的跨专业融合、深度共享与精准用户服务技术，能够为电网的生产、经营、管理提供更科学、高效、智能的辅助决策支撑。