电力物联网关键技术初探

周 江

（国网武汉供电公司，湖北 武汉 430050）

0 引 言

物联网技术可以在多种场合满足智能化电网发电、变电、输电、配电以及用电等方面获取信息的全面性、准确性以及实时性需求。在物联网技术的指导下，电网能够实现有效的态势感知，有利于规范电网管理能力。对于电力物联网技术构建，可以从感知层、网络层以及应用层入手。

1 感知层概述

1.1 激光测距传感器

通常，在对输配电路周围的一些危险物进行测量时，为了能够准确判断周边物体是否在输配电线路的安全距离范围中，需要设置激光测距传感器，同时可以将其用于辅助测量线路弧垂等[1]。

1.2 导线温度传感器

倘若要实现输电线路导线在线测温的目标，通常需要设置导线温度传感器。例如，在对终端进行测温时，通常采用微功耗技术。锂亚电池的供电方式，可以针对终端单元做好温度采集，且可以保持5年以上的使用寿命。因此，将微功耗技术与锂亚电池技术进行结合，能够有效处理测温终端单元取电的问题。

1.3 微气象传感

微气象传感器主要是针对环境微气象进行感应，作为一种在输电线路上设置的在线监测系统，作用是实施监测输电线路周边的实际情况，监测对象涵盖气压、温度、风速、风向以及气温等方面。同时，自动采集的各种数据会被系统传入核心监控系统，然后对其进行分析，一旦发现异常情况，系统会及时作出对应的预警提示，同时负责人员可以结合系统给予的预警信息采取必要的措施进行改善。

1.4 智能防盗螺栓

智能防盗螺栓相比传统防盗螺栓，融入了无线传感技术，设置了智能传模块，不仅能够代替机械螺栓，而且提升了配电网设备的防盗力度。

1.5 电压测量传感器

测量低压配电线路的电能质量，主要采用电压测量传感器，可以作为低压电力设备的防盗辅助设备，一定程度上能够完善防盗体系。整机对接入的配电网信号一定要重视电能质量检测工作，同时将其作为一种外部电源，不仅能够传输信号，还可以对整机供电[2]。

1.6 地埋式震动传感器

水土流失、土壤震动等因素，会对输电线路造成巨大危害，因此需要做好对危险性因素的检测以及报警。为了保障监测的准确性，通常设置地埋式震动传感器，全方位探测输电线路周边，从而保障探测性稳定。安装过程中，有多重方式可以选择，如可以用螺栓、捆扎带等方式进行固定。

2 网络层概述

2.1 关于组网实际需求分析

电力传感器集多种通信技术于一身，所以从协议层面来看比较复杂。尤其是数据信息技术共享、处理、分析以及协同等方面的实现还有一定难度。基于此，需要对电网实际运作状态进行感知，将传感器设置对应的电力设备上，以便及时搜集数据并传输到控制中心[3]。从我国电力环境实际情况入手，首要解决的问题是要满足感知层的各种需求。基于此，从电力传感器网络服务对象角度来看，数据传输应当具有如下标准。

（1）无线通信终端多。通常，城市电力系统涵盖微型用户区数量成千上万，而监控系统必须要将所有用户覆盖，意味着要有足够量的传感器节点配置到对应的区域，从而提升数据采集的效率。

（2）涉及的数据传输量大。各种设备用电的实际情况和相关信息需要通过传感器节点进行发送，在这个过程中需要保持周期性。这是因为传感器节点的数量本身较多，对应的网络所要承载的传输数据量就会更大，必须配置对应的设备，保障数据传输的顺畅。

（3）对实时性要求较高。电力传感器网络自身运行和所要控制的数据信息较大，而对应的电力控制中心系统必须及时接收到信息才能工作，才能确保系统能够有效分析运行态势，以便及时发现故障予以解决。

2.2 核心网侧构建的分析

传感器入网并与无线设备实现连接，主要是通过一些直接方式或者网关实现。同时，需要承载网络通过交互网关与服务器进行连接。以移动核心网为载体，与后台的智能电网应用平台服务器（MTC Server）进行对接。由于MTC Server智能电网需要提供有效管理能力和控制能力，因此需要传感器终端能够快速接入对应的信息，包括接入位置的具体方位、离线的具体时间、接入的具体时间等。考虑到这些信息对设备的要求，可以通过MTC Server对各种状态进行判断，从而保障其精准性。

3 应用层概述

根据不同的应用和业务的需求，感知层需要将感知的信息做对应处理，以进一步实现电力物联网技术的有效应用。

3.1 输电线路多维感知

输电线路多维感知作为一种在线多维度感知系统，主要用于高压架空输电线路的监测。因为高压输电线路容易在一些因素影响下如微风情况下，出现导线风偏、导线振动等问题，严重时会出现断股。特别需要注意，高压输电线路在强风条件还可能出现“线路强烈舞动”的问题；低温天气可能会导致高压输电线路出现结冰情况，而最容易结冰的区域是杆塔拉线。一旦区域结冰，那么随即可能就出现不平衡问题，甚至会导致杆塔出现倾斜或者倒塌情况。

因此，需要在整个输电线路中设置MEMS加速度传感器节点、多功能骨干节点等，同时需要泄露电流传感器节点设置在高压杆塔上，与通信骨干节点进行组合，形成一个完整的智能电网输电线路在线监测系统（见图1），以对上述各种危害因素进行监控与预警。

3.2 关于输电、变电、配电巡检系统配置的分析

从实际情况来看，输电、变电、配电巡检系统涵盖的因素很多，所以相关维护工作也较有难度。将RFID标签与无线传感器结合，可以实现实时观察和记录。例如，设备的实际运行状态、异常状态、破坏情况以及性能降低等，都可以及时被记录与观察[4]。同时，输电、变电、配电巡检系统能够处理数据，并智能化评估可能存在的隐患。输电、变电、配电巡检系统的实际部署，见图2。

基于RFID射频识别技术和传感器网络技术，能够监控巡检人员是否达到现场、是否按照预定路线进行巡视等，加之融入了状态监测传感器和环境信息，从而可以对设备工作状态与环境、巡检人员的实际工作状态信息进行精准确认，提升巡检工作的效率与质量。

图1 智能电网输电线路在线监测系统

图2 输电、变电、配电巡检监测系统

4 结 论

电力物联网建设过程中会涉及很多传感器、终端以及系统的研制与完善，从而为各方面数据采集提供便捷的平台，一方面降低电力物联网感知方面的成本，另一方面可以为智能电网各类数据开发及应用奠定坚实的基础。随着电力物联网技术的发展，后续研究与建设应该着力于跨专业融合，从而为电网生产、经营以及管理提供更加科学、智能的支撑。