1 方案背景

信息通信技术的快速发展为电力系统的可靠、安全、经济、高效运行提供了强有力的技术支撑，这也是智能电网在世界各国获得广泛重视和应用的技术基础。智能电网以传统物理电网为基础，融合了传感测量技术、通信技术、控制技术和信息处理技术，为电网与用户的双向互动提供了桥梁，大大提升了新能源的接入和消纳能力，保障了电网的安全可靠运行。

作为能源流、信息流和业务流承载体，智能电网是一个极具典型特征的信息物理系统，电力设备广域分布，采集终端规模庞大，通信网络多样异构，运行信息实时交互，具备应对负荷时变和突发事故的高度自适应调整和自愈能力，信息系统与物理系统深度融合。在这个环节众多、广域分布的信息物理系统中，如何感知和传输电网中广域分布设备的运行数据，实现设备故障在线诊断与安全预警以及与调度等业务协同应用是亟待解决的行业难题。

2 方案设计

基于物联网的智能电网全域状态监测系统，通过将基于WIA（Wireless Networks for Industrial Automatiion）的传感器网络与电力专网、宽带移动通信网融合，提出并实现了面向智能电网输变配用环节的全域状态监测的物联网体系架构（如图1所示）。该架构以WIA传感器网络作为底层监测网络，基于多模式感知技术实现智能电网输变配用环节不同应用场景的状态信息收集和传输，采用电力专网或公网作为智能电网全域状态监测的骨干网，将底层电力专用终端和智能传感监测装置与上层的生产和营销数据中心连接，实现对智能电网输变配用设备的安全监控、用电信息采集与互动。

图1 基于物联网的智能电网全域状态监测系统架构

基于物联网的智能电网全域状态监测系统主要包括以下4个部分（如图2所示）：

图2 基于物联网的智能电网全域状态监测系统组成

（1）输电线路在线监测装置包括基于物联网的输电线路导线温度监测装置、输电线路导线拉力倾角监测装置、输电线路振动监测装置以及杆塔倾斜振动监测装置。输电线路监测装置与输电线路监测系统网关共同构成输电线路在线监测子系统，可完成线路及铁塔周围环境监视，实现对杆塔横向倾斜、纵向倾斜等的在线监测并实现远程数据传输，为导线负荷、导线覆冰分析提供实时数据。

（2）变电站在线监测装置包括基于物联网的母线测温装置、SF6监测装置、铁芯接地电流监测装置、避雷器监测装置以及油色谱监测装置，与变电站在线监测系统软件共同构成变电站在线监测子系统。系统的通信稳定可靠，室外一般条件下无线装置通信距离可以达到100米~200米，数据周期最快为1秒，周期性数据时延小于1秒，报警数据时延小于100毫秒。各监测装置间可以自动形成网络，数据传输成功率高于99%。

（3）配电环节在线监测子系统包括基于物联网的故障指示装置、故障指示系统网关和故障指示系统软件。基于物联网的配电线路故障指示系统通过对线路的负荷电流进行实时监测，判断线路是否发生故障。

（4）用电环节的用户用电信息监测子系统包括基于物联网的智能电表通信模块、智能电表数据采集器和智能电表数据集中器。智能电表通信模块可方便地安装于用户智能电表内，实现对用户用电数据的采集和传输。智能电表数据采集器通过RS485总线连接到多个智能电表，实现集中式数据采集。智能电表数据集中器的作用是通过WIA无线通信网络汇聚来自智能电表的数据并实现远程传输。

3 方案创新性

方案的主要创新包括：

（1）提出了面向智能电网全域状态监测的物联网体系架构，形成了针对智能电网输变配用环节状态监测的整体解决方案；

（2）提出了面向智能电网输变配用环节的多模式自组织传感网技术，能够满足智能电网在线安全监测、能源计量等多种传感应用要求；

（3）针对智能电网输电线路监测、变电站设备状态监测、配电线路状态监测以及用户用电信息采集的实际需求，开发了系列化的通信装置；

（4）研发了输变电设备状态监测系统，实现了输变电设备的安全预警，并将设备状态信息与电网调度相结合，为生产管理提供信息支持，全面提高运维水平。

4 用户效益

在辽宁电网建成了覆盖电网输电、变电、配电和用电过程的全域状态监测系统，为智能电网安全运行提供了新的技术手段和控制模式，应用成效显著：

（1）成功预报多起输电线、变电站故障隐患，减少了现场维护费用。成功预报多起输电线路异常，包括杆塔变形及倾斜、线路覆冰及不均匀脱冰等严重隐患，人工巡查劳动量降低30%；成功对几十起包括变压器油色谱异常在内的严重故障进行了预警，发现变压器油中溶解气含量异常（增长率）和铁芯接地电流数据异常多起，设备故障率降低75%，主变的大修周期从5年延长至9年，综合维修费用减少50%；在用电信息采集方面，电网通行的周期（15分钟）抄收成功率达到100%，节省了大量人力。

（2）准确定位配电网故障，降低了停电损失。实现了配电网接地短路故障的快速区段定位，提高了故障查找效率，故障排除时间由2小时降为1小时。

（3）运营监测（控）信息支撑系统，降低了平台运营成本。首次将设备状态信息系统融入D5000调度系统。通过全面掌控电网设备运行状态，提高了设备运行状态的可控和在控能力，实现了“大运行”与“大检修”之间的协同。

5 方案意义

本方案紧密结合国家电网公司智能电网投资建设政策，面向电力系统实际需求，利用物联网技术，构建基于物联网的智能电网全域状态监测系统，建立涉及智能电网输、配、变、用等环节智能监控、计量及电网与用户交互的应用验证系统，研制开发一系列具有自主知识产权的先进装置和系统，推动了电力物联网技术产业的发展，提高了电网的智能化水平和自动化水平，有力支撑了智能电网的建设。

摘自《自动化博览》2020年5月刊