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摘要：随着人们生活水平的提高，对电力的要求不断提高。智能变电站是建设运营好坚强智能电网和泛在电力物联网的关键技术节点。阐述了智能变电站的概念、结构和主要技术，讨论了泛在电力物联网的特征及其体系架构，提出了泛在电力物联网在智能变电站的应用场景，基于调研和实践提出了在故障诊断、在线监测、智能运维、安防监控等方面的具体应用方案。
关键词：智能变电站;泛在电力物联网;关键技术;应用与展望
引言
國家电网有限公司提出了“三型两网、世界一流”的战略目标，即瞄准世界一流，打造枢纽型、平台型和共享型企业，建设运营好坚强智能电网和泛在电力物联网。这一目标推动了泛在电力物联网的发展，使泛在电力物联网应用于智能变电站建设与运营更显迫切。但目前泛在电力物联网在智能变电站建设中的研究和应用均还处于起步阶段。首先阐述分析智能变电站的概念、体系结构和主要关键技术，然后阐述泛在电力物联网的特征及其体系架构，在此基础上提出泛在电力物联网在智能变电站的应用场景，最后在调研和实践基础上提出应用思路，并对后续应用研究进行展望，为泛在电力物联网在智能变电站中更深一步应用研究提供基础。
1泛在电力物联网的概念
物联网（Internetofthings，IoT）是通过传感系统将目标物体接入网络，实现从原有的人与人间的随时随地连接，扩展到多元目标物体间针对性的按需信息获取、传输、存储、决策等定制化服务“IoT2020”指出，在物联网快速发展和5G商业应用的即将普及背景下，未来5～10a，全球物联网将呈现爆发式增长。
电力行业中的物联网是1种实现周围环境、电网人员和设备设施的感知识别与互联控制的网络系统。其本质是实现各类感知设备与通信资源的融合，形成具有自我标识、感知和智能处理的物理实体。通过互动协作，可实现各物理实体之间的感知交互和反馈控制，进一步构建高度智能的电力生产服务体系。
泛在电力物联网的核心理念是应用移动互联、人工智能等先进信息、通信技术，实现发电企业、电网企业、电力用户;供应商与其各个环节所涉及的设备、人员之间的互联与交互。其以电网为枢纽，发挥平台与共享作用，通过泛在感知、可靠通信及高性能信息处理与高级电力应用，实现电网各环节“能源流、业务流、数据流”的一体化融合，帮助电力系统提升运行稳定性，提高运行效率。
2面向变电站的泛在电力物联网关键技术
2.1物联网技术在电力系统变电环节中的应用
在电力系统的变电环节中融入物联网技术可以大幅简化变电环节的各项操作步骤，利用变电站内部的多种传感器可以精确控制电压和电流的转换并实现数据的自动化收集，从而减少人工成本的消耗。变电站在运行过程中需要维持稳定，因此工作人员需要周期性的进行例行排查和维护，减少变电站的各种运行隐患。通过5G技术和物联网的融合，可以实现对变电站信息的时刻检测，并且有效的提高了工作人员检查变电站的效率，可以在地下电缆中植入各种数据传感器，利用传感器和物联网技术实现电缆的实时监控，在出现故障时可以迅速收集故障信息并呈报到后台监管人员的数据终端。
2.2电气线路跳闸故障监测
传统的故障检修需要人力对故障位置进行检查来解决该问题，由于电气线路越复杂，故障排除就越困难。但通过实施泛在电力物联网，故障的监测和检测可以自动跟踪，与故障相关的所有信息都是自动发送，如：使用指定的传感器检测电流和电压水平，对于电流值使用霍尔电流传感器将其串联在线路上以捕捉通过线路的电流值。电压偏差规则（VDR）被用作传感器来收集电压读数并由处理器进行分析，然后发送到监控单元。电流值将自动以图形形式显示。对于故障情况，将电流值与预设值进行比较，如果电流值达到或超过预设值，系统将触发保护装置，并将故障信息发送给监控装置。。
2.3感知设备层关键技术
感知设备层的状态感知终端由边缘计算单元、集成感知序列、设备级感知网络和传感器组成，如图1所示。边缘计算单元负责对变电站周围环境、实时状态、行为动作和电气参量的全面融合，实现对变电站内各设备本体及运行环境的深度感知，进一步对风险预警、多参量主动触发及多设备联合分析信息进行推送。集成感知序列中各基本单元可通过Ethernet网络或GPS实现分布式同步采样，将红外探测、视频监控、局放监测、声音气味检测等传感功能融合起来，实现对变电站内现场设备的非接触式感知测量，进而对变电站内异常设备所在区域进行定位。集成感知序列单元还可以作为设备级的边缘计算单元，通过蓝牙、ZigBee等设备级感知网络与变压器油色谱、声音振动、变电站GIS超声、容性设备介损等变电站设备级传感器进行数据交互。当感知到设备出现过热、水浸、着火等异常工况时，系统可根据预设阈值自动启动空调、风机、水泵等辅控设备。
2.4设备故障智能诊断
变电站内设备运行工况复杂，会因力、热、电等多种因素导致设备异常，故障机理复杂，需要明确给出故障判据。在变电站设备故障智能诊断方面，通过将大量不同场景的故障案例上传至平台应用层，利用人工智能手段分析变压器、GIS等不同设备的故障/异常诊断判据并建立相应的判断规则。通过泛在电力物联网将判断算法发送至变电站感知设备层计算单元模块;计算单元模块分别与变压器、GIS设备上的传感器进行数据交互，及时感知设备数据信息，排查疑似异常情况，并通过集成感知序列单元和变压器、GIS设备本体监测时间、空间的变化，对故障设备进行协同分析诊断并准确定位。
2.5设备环境类监测应用
环境监测应用主要有火灾报警、水浸、SF6气体监测以及环境温湿度、雨量、气压、风向监测等。火灾报警监测通过烟雾传感器、温度传感器和图像监控共同实现，若温度过高且烟雾浓度较大，可结合图像监控设备，及时确定火灾点并触发报警系统，启动灭火装置;水浸监测是对站内地面或埋电缆处的水量进行监测，若发现积水，启动自动排水装置并将信号发送给工作人员;SF6气体监测是通过传感器监测空气中有毒气体和氧气的浓度，若有毒气体浓度过高，需对排风装置发出排风命令并发出报警信号，提醒工作人员暂时不要靠近。
结语
能变电站作为智能电网的关键环节，也是建设运营好坚强智能电网的重中之重，因此，将泛在电力物联网应用于智能变电站的建设和运维前景广阔。本文首先阐述了智能变电站的概念、体系结构和关键技术，然后对泛在电力物联网的特征及其体系架构进行讨论，在此基础上提出泛在电力物联网在智能变电站的应用场景，最后基于调研和实践提出了诸如在故障诊断、在线监测、智能运维、安防监控等方面的具体应用方案，并进行了展望，旨在为后续研究和应用奠定基础。
参考文献：
[1]张宁，杨经纬，王毅，等.面向泛在电力物联网的5G通信：技术原理与典型应用[J].中国电机工程学报，2019，39（14）：4015-4024.
[2]段传宗，鄢志平，鄢志辉.高压断路器故障检测与诊断技术[M].北京：中国电力出版社，2014.
关键词：智能变电站;泛在电力物联网;关键技术;应用与展望
引言
國家电网有限公司提出了“三型两网、世界一流”的战略目标，即瞄准世界一流，打造枢纽型、平台型和共享型企业，建设运营好坚强智能电网和泛在电力物联网。这一目标推动了泛在电力物联网的发展，使泛在电力物联网应用于智能变电站建设与运营更显迫切。但目前泛在电力物联网在智能变电站建设中的研究和应用均还处于起步阶段。首先阐述分析智能变电站的概念、体系结构和主要关键技术，然后阐述泛在电力物联网的特征及其体系架构，在此基础上提出泛在电力物联网在智能变电站的应用场景，最后在调研和实践基础上提出应用思路，并对后续应用研究进行展望，为泛在电力物联网在智能变电站中更深一步应用研究提供基础。
1泛在电力物联网的概念
物联网（Internetofthings，IoT）是通过传感系统将目标物体接入网络，实现从原有的人与人间的随时随地连接，扩展到多元目标物体间针对性的按需信息获取、传输、存储、决策等定制化服务“IoT2020”指出，在物联网快速发展和5G商业应用的即将普及背景下，未来5～10a，全球物联网将呈现爆发式增长。
电力行业中的物联网是1种实现周围环境、电网人员和设备设施的感知识别与互联控制的网络系统。其本质是实现各类感知设备与通信资源的融合，形成具有自我标识、感知和智能处理的物理实体。通过互动协作，可实现各物理实体之间的感知交互和反馈控制，进一步构建高度智能的电力生产服务体系。
泛在电力物联网的核心理念是应用移动互联、人工智能等先进信息、通信技术，实现发电企业、电网企业、电力用户;供应商与其各个环节所涉及的设备、人员之间的互联与交互。其以电网为枢纽，发挥平台与共享作用，通过泛在感知、可靠通信及高性能信息处理与高级电力应用，实现电网各环节“能源流、业务流、数据流”的一体化融合，帮助电力系统提升运行稳定性，提高运行效率。
2面向变电站的泛在电力物联网关键技术
2.1物联网技术在电力系统变电环节中的应用
在电力系统的变电环节中融入物联网技术可以大幅简化变电环节的各项操作步骤，利用变电站内部的多种传感器可以精确控制电压和电流的转换并实现数据的自动化收集，从而减少人工成本的消耗。变电站在运行过程中需要维持稳定，因此工作人员需要周期性的进行例行排查和维护，减少变电站的各种运行隐患。通过5G技术和物联网的融合，可以实现对变电站信息的时刻检测，并且有效的提高了工作人员检查变电站的效率，可以在地下电缆中植入各种数据传感器，利用传感器和物联网技术实现电缆的实时监控，在出现故障时可以迅速收集故障信息并呈报到后台监管人员的数据终端。
2.2电气线路跳闸故障监测
传统的故障检修需要人力对故障位置进行检查来解决该问题，由于电气线路越复杂，故障排除就越困难。但通过实施泛在电力物联网，故障的监测和检测可以自动跟踪，与故障相关的所有信息都是自动发送，如：使用指定的传感器检测电流和电压水平，对于电流值使用霍尔电流传感器将其串联在线路上以捕捉通过线路的电流值。电压偏差规则（VDR）被用作传感器来收集电压读数并由处理器进行分析，然后发送到监控单元。电流值将自动以图形形式显示。对于故障情况，将电流值与预设值进行比较，如果电流值达到或超过预设值，系统将触发保护装置，并将故障信息发送给监控装置。。
2.3感知设备层关键技术
感知设备层的状态感知终端由边缘计算单元、集成感知序列、设备级感知网络和传感器组成，如图1所示。边缘计算单元负责对变电站周围环境、实时状态、行为动作和电气参量的全面融合，实现对变电站内各设备本体及运行环境的深度感知，进一步对风险预警、多参量主动触发及多设备联合分析信息进行推送。集成感知序列中各基本单元可通过Ethernet网络或GPS实现分布式同步采样，将红外探测、视频监控、局放监测、声音气味检测等传感功能融合起来，实现对变电站内现场设备的非接触式感知测量，进而对变电站内异常设备所在区域进行定位。集成感知序列单元还可以作为设备级的边缘计算单元，通过蓝牙、ZigBee等设备级感知网络与变压器油色谱、声音振动、变电站GIS超声、容性设备介损等变电站设备级传感器进行数据交互。当感知到设备出现过热、水浸、着火等异常工况时，系统可根据预设阈值自动启动空调、风机、水泵等辅控设备。
2.4设备故障智能诊断
变电站内设备运行工况复杂，会因力、热、电等多种因素导致设备异常，故障机理复杂，需要明确给出故障判据。在变电站设备故障智能诊断方面，通过将大量不同场景的故障案例上传至平台应用层，利用人工智能手段分析变压器、GIS等不同设备的故障/异常诊断判据并建立相应的判断规则。通过泛在电力物联网将判断算法发送至变电站感知设备层计算单元模块;计算单元模块分别与变压器、GIS设备上的传感器进行数据交互，及时感知设备数据信息，排查疑似异常情况，并通过集成感知序列单元和变压器、GIS设备本体监测时间、空间的变化，对故障设备进行协同分析诊断并准确定位。
2.5设备环境类监测应用
环境监测应用主要有火灾报警、水浸、SF6气体监测以及环境温湿度、雨量、气压、风向监测等。火灾报警监测通过烟雾传感器、温度传感器和图像监控共同实现，若温度过高且烟雾浓度较大，可结合图像监控设备，及时确定火灾点并触发报警系统，启动灭火装置;水浸监测是对站内地面或埋电缆处的水量进行监测，若发现积水，启动自动排水装置并将信号发送给工作人员;SF6气体监测是通过传感器监测空气中有毒气体和氧气的浓度，若有毒气体浓度过高，需对排风装置发出排风命令并发出报警信号，提醒工作人员暂时不要靠近。
结语
能变电站作为智能电网的关键环节，也是建设运营好坚强智能电网的重中之重，因此，将泛在电力物联网应用于智能变电站的建设和运维前景广阔。本文首先阐述了智能变电站的概念、体系结构和关键技术，然后对泛在电力物联网的特征及其体系架构进行讨论，在此基础上提出泛在电力物联网在智能变电站的应用场景，最后基于调研和实践提出了诸如在故障诊断、在线监测、智能运维、安防监控等方面的具体应用方案，并进行了展望，旨在为后续研究和应用奠定基础。
参考文献：
[1]张宁，杨经纬，王毅，等.面向泛在电力物联网的5G通信：技术原理与典型应用[J].中国电机工程学报，2019，39（14）：4015-4024.
[2]段传宗，鄢志平，鄢志辉.高压断路器故障检测与诊断技术[M].北京：中国电力出版社，2014.