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1 方案背景

信息通信技術(shù)的快速發(fā)展為電力系統(tǒng)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(yīng)用的技術(shù)基礎(chǔ)。智能電網(wǎng)以傳統(tǒng)物理電網(wǎng)為基礎(chǔ)，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)與用戶的雙向互動提供了橋梁，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)是一個極具典型特征的信息物理系統(tǒng)，電力設(shè)備廣域分布，采集終端規(guī)模龐大，通信網(wǎng)絡(luò)多樣異構(gòu)，運行信息實時交互，具備應(yīng)對負(fù)荷時變和突發(fā)事故的高度自適應(yīng)調(diào)整和自愈能力，信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)深度融合。在這個環(huán)節(jié)眾多、廣域分布的信息物理系統(tǒng)中，如何感知和傳輸電網(wǎng)中廣域分布設(shè)備的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備故障在線診斷與安全預(yù)警以及與調(diào)度等業(yè)務(wù)協(xié)同應(yīng)用是亟待解決的行業(yè)難題。

2 方案設(shè)計

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)全域狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，通過將基于WIA（Wireless Networks for Industrial Automatiion）的傳感器網(wǎng)絡(luò)與電力專網(wǎng)、寬帶移動通信網(wǎng)融合，提出并實現(xiàn)了面向智能電網(wǎng)輸變配用環(huán)節(jié)的全域狀態(tài)監(jiān)測的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)（如圖1所示）。該架構(gòu)以WIA傳感器網(wǎng)絡(luò)作為底層監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，基于多模式感知技術(shù)實現(xiàn)智能電網(wǎng)輸變配用環(huán)節(jié)不同應(yīng)用場景的狀態(tài)信息收集和傳輸，采用電力專網(wǎng)或公網(wǎng)作為智能電網(wǎng)全域狀態(tài)監(jiān)測的骨干網(wǎng)，將底層電力專用終端和智能傳感監(jiān)測裝置與上層的生產(chǎn)和營銷數(shù)據(jù)中心連接，實現(xiàn)對智能電網(wǎng)輸變配用設(shè)備的安全監(jiān)控、用電信息采集與互動。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)全域狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)全域狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要包括以下4個部分（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(jiān)測系統(tǒng)組成

（1）輸電線路在線監(jiān)測裝置包括基于物聯(lián)網(wǎng)的輸電線路導(dǎo)線溫度監(jiān)測裝置、輸電線路導(dǎo)線拉力傾角監(jiān)測裝置、輸電線路振動監(jiān)測裝置以及桿塔傾斜振動監(jiān)測裝置。輸電線路監(jiān)測裝置與輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)共同構(gòu)成輸電線路在線監(jiān)測子系統(tǒng)，可完成線路及鐵塔周圍環(huán)境監(jiān)視，實現(xiàn)對桿塔橫向傾斜、縱向傾斜等的在線監(jiān)測并實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，為導(dǎo)線負(fù)荷、導(dǎo)線覆冰分析提供實時數(shù)據(jù)。

（2）變電站在線監(jiān)測裝置包括基于物聯(lián)網(wǎng)的母線測溫裝置、SF6監(jiān)測裝置、鐵芯接地電流監(jiān)測裝置、避雷器監(jiān)測裝置以及油色譜監(jiān)測裝置，與變電站在線監(jiān)測系統(tǒng)軟件共同構(gòu)成變電站在線監(jiān)測子系統(tǒng)。系統(tǒng)的通信穩(wěn)定可靠，室外一般條件下無線裝置通信距離可以達(dá)到100米~200米，數(shù)據(jù)周期最快為1秒，周期性數(shù)據(jù)時延小于1秒，報警數(shù)據(jù)時延小于100毫秒。各監(jiān)測裝置間可以自動形成網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳輸成功率高于99%。

（3）配電環(huán)節(jié)在線監(jiān)測子系統(tǒng)包括基于物聯(lián)網(wǎng)的故障指示裝置、故障指示系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)和故障指示系統(tǒng)軟件。基于物聯(lián)網(wǎng)的配電線路故障指示系統(tǒng)通過對線路的負(fù)荷電流進(jìn)行實時監(jiān)測，判斷線路是否發(fā)生故障。

（4）用電環(huán)節(jié)的用戶用電信息監(jiān)測子系統(tǒng)包括基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電表通信模塊、智能電表數(shù)據(jù)采集器和智能電表數(shù)據(jù)集中器。智能電表通信模塊可方便地安裝于用戶智能電表內(nèi)，實現(xiàn)對用戶用電數(shù)據(jù)的采集和傳輸。智能電表數(shù)據(jù)采集器通過RS485總線連接到多個智能電表，實現(xiàn)集中式數(shù)據(jù)采集。智能電表數(shù)據(jù)集中器的作用是通過WIA無線通信網(wǎng)絡(luò)匯聚來自智能電表的數(shù)據(jù)并實現(xiàn)遠(yuǎn)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(jiān)測的物聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)，形成了針對智能電網(wǎng)輸變配用環(huán)節(jié)狀態(tài)監(jiān)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(jié)的多模式自組織傳感網(wǎng)技術(shù)，能夠滿足智能電網(wǎng)在線安全監(jiān)測、能源計量等多種傳感應(yīng)用要求；

（3）針對智能電網(wǎng)輸電線路監(jiān)測、變電站設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、配電線路狀態(tài)監(jiān)測以及用戶用電信息采集的實際需求，開發(fā)了系列化的通信裝置；

（4）研發(fā)了輸變電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了輸變電設(shè)備的安全預(yù)警，并將設(shè)備狀態(tài)信息與電網(wǎng)調(diào)度相結(jié)合，為生產(chǎn)管理提供信息支持，全面提高運維水平。

4 用戶效益

在遼寧電網(wǎng)建成了覆蓋電網(wǎng)輸電、變電、配電和用電過程的全域狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，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(yīng)用成效顯著：

（1）成功預(yù)報多起輸電線、變電站故障隱患，減少了現(xiàn)場維護費用。成功預(yù)報多起輸電線路異常，包括桿塔變形及傾斜、線路覆冰及不均勻脫冰等嚴(yán)重隱患，人工巡查勞動量降低30%；成功對幾十起包括變壓器油色譜異常在內(nèi)的嚴(yán)重故障進(jìn)行了預(yù)警，發(fā)現(xiàn)變壓器油中溶解氣含量異常（增長率）和鐵芯接地電流數(shù)據(jù)異常多起，設(shè)備故障率降低75%，主變的大修周期從5年延長至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(dá)到100%，節(jié)省了大量人力。

（2）準(zhǔn)確定位配電網(wǎng)故障，降低了停電損失。實現(xiàn)了配電網(wǎng)接地短路故障的快速區(qū)段定位，提高了故障查找效率，故障排除時間由2小時降為1小時。

（3）運營監(jiān)測（控）信息支撐系統(tǒng)，降低了平臺運營成本。首次將設(shè)備狀態(tài)信息系統(tǒng)融入D5000調(diào)度系統(tǒng)。通過全面掌控電網(wǎng)設(shè)備運行狀態(tài)，提高了設(shè)備運行狀態(tài)的可控和在控能力，實現(xiàn)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(jié)合國家電網(wǎng)公司智能電網(wǎng)投資建設(shè)政策，面向電力系統(tǒng)實際需求，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)的智能電網(wǎng)全域狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，建立涉及智能電網(wǎng)輸、配、變、用等環(huán)節(jié)智能監(jiān)控、計量及電網(wǎng)與用戶交互的應(yīng)用驗證系統(tǒng)，研制開發(fā)一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進(jìn)裝置和系統(tǒng)，推動了電力物聯(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化水平，有力支撐了智能電網(wǎng)的建設(shè)。

摘自《自動化博覽》2020年5月刊