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摘 要：物联网技术在特高压变电站中的应用，不仅可以推动电力网络向能源互联网转型升级，而且可以持续深化清洁能源革命，为安全高效率的能源体系构建提供支持。因此，文章以能源清洁低碳专项深入推进项目为背景，以传统特高压电网向能源互联网升级为契机，探讨了物联网技术在特高压变电站中的应用优势、应用程序。
关键词：物联网技术;特高压;变电站
前言：2019年，国家电网有限公司印制下发了《泛在电力物联网白皮书2019》，提出在2021年初步建成泛在电力物联网。泛在电力物联网的建设，不仅推动着我国能源电力产业基础高级化实践，而且为物联网技术在特高压变电站中的应用指明了方向。预计2023年四川1000kV特高压、新疆哈密±800kV特高压均将落户重庆。因此，在泛在电力物联网建设的背景下，探讨特高压变电站的发展就具有非常重要的意义。
1、物联网技术在特高压变电站中的应用项目
特高压变电站具有输送容量大、电压等级高、输送距离远、技术水平先进以及电磁环境复杂、电力设备密集、安全等级高的特点，施工难度较大。若在该变电站建设初期，通过5G技术应用实现了内部4K高清监控视频信号的实时回传以及巡检远程监控，将为物联网接入提供了广阔的无线通道及强有力的通信支撑。
2、物联网技术在特高压变电站中的应用优势
2.1 提高事故应急处理效率
特高压变电站运行层存在一些遗留、潜在问题，一旦输电通道发生故障，就会引起一系列系统连锁问题。现有特高压自动化监控系统无法防范自动化设备故障以及由其引发的电力系统事故，且在发生事故紧急情况下无法实现快速、有效的遏制。相较于现有自动化监控系统而言，基于物联网的特高压变电站系统可以将各个方面终端有机连接。在变电站内部出现设备故障的第一时间进行故障设备分析、判定以及相关人员的调配、物资的筛选配备（库存备品备件搜索判定以及同类可代替厂商备品备件数量），整个过程较为迅速，可以有效控制相关故障的进一步蔓延或扩大，为事故应急处理效率提升提供保障。
2.2 推动电力网络应急处理流程重构
以往特高压电力网络应急处理流程为人员发现→上报值长→了解基本情况→检查故障系统及相关部件→分析原因→抢修系统/可靠隔离，整个流程为典型的事后处理模式，无法满足系统运行期间突发性事故的事前预防需求。而通过在特高压变电站中应用物联网技术，可以从特高压换流变压器突发着火等事故应急事件中总结故障现象，分析关键风险点，自动设计系统送出通路中断的应急管理措施，为流域梯级电站群联合电力调度运行应急管理流程重构、实效提升提供依据。
3、物联网技术在特高压变电站中的应用程序
3.1 体系架构分层
体系架构是物联网技术在特高压变电站中应用的前提，由于特高压变电站电力设备密集、输送距离短且容量大，可以利用分层架构的方式，疏通能量流、业务流、信息流耦合渠道，推动变电站运维跨越式提升。特高压变电站物联网主要可以划分为感知层、平台层、网络层、应用层几个层级。
感知层主要负责变电站实时数据的采集，需在不同类型传感器辅助下进行。比如电流互感器、电压互感器、油气在线监测装置、振动测试仪、液位表、油温表、智能红外可见光摄像头、智能电器、油位表等。
网络层主要为特高压变电站物联网不同类型业务提供便捷化、高度安全信道。根据距离、工况、效率、成本等诸多要求，可以选择内部专网（同轴电缆、ZigBee等）或互联外网（5G、移动空中网、WLAN等）[1]。
平台层包括企业中心、全业务统一数据中心、物联管理中心、一体化“国网云”平台，具有能力开放、物联管控的特点。根据特高压变电站运行、能源侧数据信息集中度低、零散运行的特点，可以在数据中心搭建的基础上，嵌入云平台，实现数据的统一存储、实时收集更新。
应用层包括企业运营、新兴业务、客户服务、变电站运行几个部分，需要根据所收集到的用户数据、电网数据，建立与管理目标相适应的应用平台，助力与变电站、新能源、用户需求相符合的应用落地，提高能源利用效率。
3.2 功能模块设置
基于物联网的特高压变电站智慧系统主要包括现场环境监管、主辅设备联动、设备状态监测、安全风险评估几个模块。
现场环境监管主要是基于特高压变电站运行维护高度复杂性，利用物联网自带的温湿度监控、防雷监测以及超限提醒技术，实现全方位无死角实时监控。同时在调度方、安检方、现场作业者间构建通信信道，保证安全隐患的及时消除。
主辅设备联动主要是以辅助控制数据、主设备状态数据融合的方式，在变电站内设备出现不正常工作情况时，实时切换、识别状态信息并将信息传递给相关负责人。负责人可以第一时间调集辅助控制模块与变电站内设备运行相关的水位、温湿度信息，判定不正常情况发生原因，并设定对应的应急响应级别。
设备状态监测主要针对特高压变电站现有设备，以铁芯夹件电流、金属封闭气体绝缘开关设备局部放电量、变压器高抗油色谱、SF6密度、断路器动作特征等为指标，对各设备运行状态进行线上实时监测[2]。
安全风险评估主要是利用特高压变电站智慧系统内历史运行数据，经机器学习、聚类算法等智能处理，评估薄弱环节、安全隐患，实现全景自愈监控。
3.3 智慧运用实现
为实现物联网技术在特高压变电站中的智慧应用，可以选择MVC模式（业务模型/用户界面/控制器）。利用模型、控制器、视圖三个核心部件，将特高压变电站智慧应用程序的输入端、输出端、处理端分割处理。此时，若某一异常事件致使控制器改变视图或模型，仅需通过控制器改变模型的相关数据、属性，就可以促使视图或模型自动恢复，维持特高压变电站智慧系统的平稳运行。
为满足特高压变电站对智慧运用的有效性、实时性要求，可以依据数据存储兼容性强、使用效果高、信息存储容量大、共享效率高的原则，选择Oracle数据库，进行数据库系统的构建。在数据库构建完毕之后，根据特高压变电站智慧运用特性，经TCP/IP以太网，将站内动力监控、环境监控、门禁监控、高清视频监控汇集到统一的平台上。同时经YPEC网络，配置智慧化监控模块并形成综合性监控产品，便于实现“少人值班”甚至是“无人值班”[3]。
以基于物联网的特高压变电站环境监控为例，环境监控涉及了温湿度监控、防雷监控等多个方面。在温湿度监控时，基于物联网的特高压变电站智慧系统可以直接经总线式温湿度变送器将检测到的温湿度数据转换为数字信号，实时传递给平台层、应用层，为空调开启与否以及空调开启数据确定提供支持，保障变电站温湿度始终处于标准限度内。而在防雷监控时，仅需配置一台含12个节点的通用输入输出模块，就可以配合智慧监控主机形成实时防雷监控系统。一旦变电站内某一部位避雷器出现故障，实时防雷监控系统就可以通过声光、电话、短信等方式发出警报，保证防雷装置问题的及时处理。
总结：
综上所述，利用物联网技术为传统特高压变电站赋能，不仅可以提高特高压变电站的互动水平、感知能力、运行效率，可以为各种能源接入、利用提供支持，而且还可以缩短特高压站设备故障响应和预判时间，增强事故应急响应能力，提高故障抢修效率。因此，为了彻底实现“用好电”到“用好能”的过渡，特高压变电站应主动适应能源形式变化，推动泛在电力物联网建设，完善物联网技术架构，嵌入与之相适宜的内部控制体系，夯实物联网技术应用基础。
参考文献：
[1]刘杰， 朱圣群， 夏石伟，等. 特高压变电站无线专网组网方案及应用[J]. 电工电气， 2020， 265（01）：76-77.
（国网重庆市电力公司检修分公司，重庆 万州 404100）
关键词：物联网技术;特高压;变电站
前言：2019年，国家电网有限公司印制下发了《泛在电力物联网白皮书2019》，提出在2021年初步建成泛在电力物联网。泛在电力物联网的建设，不仅推动着我国能源电力产业基础高级化实践，而且为物联网技术在特高压变电站中的应用指明了方向。预计2023年四川1000kV特高压、新疆哈密±800kV特高压均将落户重庆。因此，在泛在电力物联网建设的背景下，探讨特高压变电站的发展就具有非常重要的意义。
1、物联网技术在特高压变电站中的应用项目
特高压变电站具有输送容量大、电压等级高、输送距离远、技术水平先进以及电磁环境复杂、电力设备密集、安全等级高的特点，施工难度较大。若在该变电站建设初期，通过5G技术应用实现了内部4K高清监控视频信号的实时回传以及巡检远程监控，将为物联网接入提供了广阔的无线通道及强有力的通信支撑。
2、物联网技术在特高压变电站中的应用优势
2.1 提高事故应急处理效率
特高压变电站运行层存在一些遗留、潜在问题，一旦输电通道发生故障，就会引起一系列系统连锁问题。现有特高压自动化监控系统无法防范自动化设备故障以及由其引发的电力系统事故，且在发生事故紧急情况下无法实现快速、有效的遏制。相较于现有自动化监控系统而言，基于物联网的特高压变电站系统可以将各个方面终端有机连接。在变电站内部出现设备故障的第一时间进行故障设备分析、判定以及相关人员的调配、物资的筛选配备（库存备品备件搜索判定以及同类可代替厂商备品备件数量），整个过程较为迅速，可以有效控制相关故障的进一步蔓延或扩大，为事故应急处理效率提升提供保障。
2.2 推动电力网络应急处理流程重构
以往特高压电力网络应急处理流程为人员发现→上报值长→了解基本情况→检查故障系统及相关部件→分析原因→抢修系统/可靠隔离，整个流程为典型的事后处理模式，无法满足系统运行期间突发性事故的事前预防需求。而通过在特高压变电站中应用物联网技术，可以从特高压换流变压器突发着火等事故应急事件中总结故障现象，分析关键风险点，自动设计系统送出通路中断的应急管理措施，为流域梯级电站群联合电力调度运行应急管理流程重构、实效提升提供依据。
3、物联网技术在特高压变电站中的应用程序
3.1 体系架构分层
体系架构是物联网技术在特高压变电站中应用的前提，由于特高压变电站电力设备密集、输送距离短且容量大，可以利用分层架构的方式，疏通能量流、业务流、信息流耦合渠道，推动变电站运维跨越式提升。特高压变电站物联网主要可以划分为感知层、平台层、网络层、应用层几个层级。
感知层主要负责变电站实时数据的采集，需在不同类型传感器辅助下进行。比如电流互感器、电压互感器、油气在线监测装置、振动测试仪、液位表、油温表、智能红外可见光摄像头、智能电器、油位表等。
网络层主要为特高压变电站物联网不同类型业务提供便捷化、高度安全信道。根据距离、工况、效率、成本等诸多要求，可以选择内部专网（同轴电缆、ZigBee等）或互联外网（5G、移动空中网、WLAN等）[1]。
平台层包括企业中心、全业务统一数据中心、物联管理中心、一体化“国网云”平台，具有能力开放、物联管控的特点。根据特高压变电站运行、能源侧数据信息集中度低、零散运行的特点，可以在数据中心搭建的基础上，嵌入云平台，实现数据的统一存储、实时收集更新。
应用层包括企业运营、新兴业务、客户服务、变电站运行几个部分，需要根据所收集到的用户数据、电网数据，建立与管理目标相适应的应用平台，助力与变电站、新能源、用户需求相符合的应用落地，提高能源利用效率。
3.2 功能模块设置
基于物联网的特高压变电站智慧系统主要包括现场环境监管、主辅设备联动、设备状态监测、安全风险评估几个模块。
现场环境监管主要是基于特高压变电站运行维护高度复杂性，利用物联网自带的温湿度监控、防雷监测以及超限提醒技术，实现全方位无死角实时监控。同时在调度方、安检方、现场作业者间构建通信信道，保证安全隐患的及时消除。
主辅设备联动主要是以辅助控制数据、主设备状态数据融合的方式，在变电站内设备出现不正常工作情况时，实时切换、识别状态信息并将信息传递给相关负责人。负责人可以第一时间调集辅助控制模块与变电站内设备运行相关的水位、温湿度信息，判定不正常情况发生原因，并设定对应的应急响应级别。
设备状态监测主要针对特高压变电站现有设备，以铁芯夹件电流、金属封闭气体绝缘开关设备局部放电量、变压器高抗油色谱、SF6密度、断路器动作特征等为指标，对各设备运行状态进行线上实时监测[2]。
安全风险评估主要是利用特高压变电站智慧系统内历史运行数据，经机器学习、聚类算法等智能处理，评估薄弱环节、安全隐患，实现全景自愈监控。
3.3 智慧运用实现
为实现物联网技术在特高压变电站中的智慧应用，可以选择MVC模式（业务模型/用户界面/控制器）。利用模型、控制器、视圖三个核心部件，将特高压变电站智慧应用程序的输入端、输出端、处理端分割处理。此时，若某一异常事件致使控制器改变视图或模型，仅需通过控制器改变模型的相关数据、属性，就可以促使视图或模型自动恢复，维持特高压变电站智慧系统的平稳运行。
为满足特高压变电站对智慧运用的有效性、实时性要求，可以依据数据存储兼容性强、使用效果高、信息存储容量大、共享效率高的原则，选择Oracle数据库，进行数据库系统的构建。在数据库构建完毕之后，根据特高压变电站智慧运用特性，经TCP/IP以太网，将站内动力监控、环境监控、门禁监控、高清视频监控汇集到统一的平台上。同时经YPEC网络，配置智慧化监控模块并形成综合性监控产品，便于实现“少人值班”甚至是“无人值班”[3]。
以基于物联网的特高压变电站环境监控为例，环境监控涉及了温湿度监控、防雷监控等多个方面。在温湿度监控时，基于物联网的特高压变电站智慧系统可以直接经总线式温湿度变送器将检测到的温湿度数据转换为数字信号，实时传递给平台层、应用层，为空调开启与否以及空调开启数据确定提供支持，保障变电站温湿度始终处于标准限度内。而在防雷监控时，仅需配置一台含12个节点的通用输入输出模块，就可以配合智慧监控主机形成实时防雷监控系统。一旦变电站内某一部位避雷器出现故障，实时防雷监控系统就可以通过声光、电话、短信等方式发出警报，保证防雷装置问题的及时处理。
总结：
综上所述，利用物联网技术为传统特高压变电站赋能，不仅可以提高特高压变电站的互动水平、感知能力、运行效率，可以为各种能源接入、利用提供支持，而且还可以缩短特高压站设备故障响应和预判时间，增强事故应急响应能力，提高故障抢修效率。因此，为了彻底实现“用好电”到“用好能”的过渡，特高压变电站应主动适应能源形式变化，推动泛在电力物联网建设，完善物联网技术架构，嵌入与之相适宜的内部控制体系，夯实物联网技术应用基础。
参考文献：
[1]刘杰， 朱圣群， 夏石伟，等. 特高压变电站无线专网组网方案及应用[J]. 电工电气， 2020， 265（01）：76-77.
（国网重庆市电力公司检修分公司，重庆 万州 404100）