摘要：本文针对当前物联网技术的高速发展与变电站过电压监测的需求，根据物联网的概念和体系结构，构建了基于物联网的电网过电压智能感知与信息交汇及分享系统，主要从过电压智能感知与信息交汇及分享系统的总体结构、功能要求等方面进行了论述。
关键词：物联网；过电压；监测；感知
0 引言
电力系统随时都会受到雷击过电压及操作过电压的侵袭，当变电站处于雷雨区或出线较多时，雷击过电压会随线路入侵，当系统进行切空载线路和变压器等操作时会产生内部过电压，系统出现接地故障时会产生弧光过电压。这些过电压幅值都非常高（系统电压的2～5倍）。当变电站保护系统配置不当或避雷器有缺陷时，雷电入侵或操作过电压暂态波形幅值会相当高，就会对一次变电设备造成危害，并且变电设备（如PT、CT变压器等）在长期运行中，由于绝缘油变质，纸绝缘受潮老化等，绝缘水平会大大降低，在较大过电压作用下，这些设备会进一步劣化，造成设备缺陷，在较高的过电压作用下会形成绝缘击穿，在工频作用下甚至可能会出现爆炸事故。因此，这些过电压对电力设备危害很大。
由于雷击及操作过电压产生的波形是一种速度很快的过电压波，持续时间在40μs～2000μs之间，频率从几十Hz到几百KHz，目前电力系统安装的常规保护记录装置（如故障录波器等）是从电压互感器获取过电压信号，只能记录工频的过电压信息，测量精度和频率响应差，对很多高频过电压不能监测。为了实现正确的绝缘配置，防止雷击过电压及操作过电压等暂态波形对电力运行设备的损害，或将损害减到最小，建立过电压监测系统是很必要的，使工程师能够对系统过电压损害状况、避雷器保护水平及残压是否有效等情况有清晰的了解。
1 物联网
物联网目前较为全面的定义是中国物联网大会提出来的：凡是有传感器和传感技术而感知物体的特性，并按照固定的协议，实现任何时候物与人之间、人与物之间、人与人之间互联互通，实现智能化识别，定位跟踪管理的网络就是物联网。物联网是信息化和工业化发展、融合的必然结果，是信息技术和传感、控制技术融合的产物。物联网可视为互联网的扩展，从人与人之间的联系扩展到物与物，物与人之间的信息交换[1]。
物联网的基本构架由三层组成，分别是感知层、网络层和应用层。感知层由物体的传感器如射频识别装置（EFID）、红外线感应器、激光扫描仪等及其他的控制、执行设备联网组成。我国在物联网领域的布局较早，中科院早在十年前就启动了传感网研究。在物联网这个全新的产业中，我国技术研发水平处于世界前列，中国与德国、美国、韩国一起，成为国际标准制定的四个发起国和主导国之一，其影响力举足轻重。当前，中国“十二五”规划已经明确提出，发展宽带融合安全的下一代国家基础设施，推进物联网的应用。
2 系统结构
过电压监测系统在变电站母线或输电线路上每相分别安装一只分压器[2]，从分压器低压臂得到的电压信号通过通信线路传输到信号处理单元。信号处理单元的主要功能是把分压器传来的信号进行二次分压，并产生触发信号。然后，二次分压后的信号和触发高电平信号同时输入到采集单元（即高速采集卡），采集单元接收到触发信号后进行模数转换和存储，最后传输到监控中心的服务器进行存储和处理。监控中心可以通过3G、4G或宽带网络向终端设备推送其需要的信息。系统结构如图所示：
图1 过电压监测系统结构图
3 系统要求
（1）前后记录时间可以设定；记录周期数可随采样速率降低倍数成比例增长。
（2）具备多个同步采样通道，可记录多段母线A、B、C三相波形。每通道独立工作，满足雷电、操作、谐振和工频过电压的记录要求。
（3）具有波形复原功能，可对波形进行操作（如拉伸、缩放、通道选择等），附带的两组光标使测量更方便、更准确，具有良好的可扩展性。
（4）可查询并显示过电压历史数据。
（5）采集过程中可对采样速率、采样深度、输入阻抗、参考位置及保存路径等参数手动或自动设置。
（6）系统运行过程实现自动化、智能化，可实现运行过程中无人值守自动进行。
（7）能够向移动设备推送信息，并提供访问、分析等基本的云服务功能。
（8）具备统计、评估和告警功能。
（9）能够自动生成故障定位策略
4 系统结构
过电压监测系统主要实现对过电压的在线监测、自动跟踪、存储和显示，对采集单元的控制及用虚拟仪器设计的多输入示波器实现对已保存过电压历史数据的查询、操作等功能。同时，其还能实现复杂的统计计算、综合评估、事故预警以及故障定位等功能。功能结构如图所示：
图2 过电压监测系统功能图
（1）采集模块
采集模块主要完成对采集过程的控制和对过电压的捕捉、存储的过程，并将捕捉到的过电压波形实时显示出来。采集模块包含了采集参数设置和实时采集。
相关于触发、采集的各个参数将被控制。触发方式、输入阻抗、参考位置、触发门槛、信号范围、采样速率、采样深度、过电压数据保存路径均可用鼠标、键盘进行设置。
同时，将按参数设置界面所设置的方式进行采集，当跟踪到过电压，就会实时显示被捕捉到的过电压波形，并显示与此次采集相关的信息（如采集速率、采集长度、保存路径等）。
（2）调用模块
数据调用部分相当于用虚拟仪器技术设计的多输入示波器的应用界面，完成对已保存数据波形的调用及实现对波形的各种操作。主要实现以下功能：
a、设置显示通道，可选择任意通道显示，单路或多路；
b、调用过电压历史数据，可重复调用；
c、设置光标参数，并显示光标的位置及对应光标的差值；
d、调用数据相关信息的显示，如这个数据的采集时间，采集速率等；
（3）分析模块
a、系统能够对海南电网变电站及输电网络的过电压特征和过电压传播规律进行统计计算，并向移动设备实时推送过电压信息；
b、系统能够对海南电网的过电压薄弱环节进行综合评估，制定针对性的过电压防护性能提升方案；
c、系统能够通过过电压及设备累积损伤规律进行事故预警，为关键设备的检修与更换提供支持；
d、系统能够根据多点检测信息，获得故障选线及定位策略。
5 结论
物联网作为智能电网末梢信息感知层和通信层的基础环节，在电力系统中具有广阔的应用前景，物联网已经渗透到了电力输送的各个环节，在电网建设、生产管理、运行维护、信息采集、安全监控、计量应用、用户交互等方面有着十分广泛的应用，通过物联网技术在变电站过电压监测过程中的应用，实现了实时、高效的变电站过电压防护，提高了变电站的管理水平。
参考文献
[1]陈海明,崔莉,谢开斌. 物联网体系结构与实现方法的比较研究[J]. 计算机学报,2013,(01):168-188.
[2]杜林,李欣,司马文霞,席世友,杨庆,袁涛. 110kV变电站过电压在线监测系统及其波形分析[J]. 高电压技术,2012,(03):535-543.
作者简介：莫柱强（1983-），男，本科，助理工程师，从事电力综合业务招标管理工作。E-mail：pzkenny@163.com
论文作者:莫柱强
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第7期
论文发表时间:2017/9/6
标签：过电压论文; 波形论文; 变电站论文; 系统论文; 设备论文; 操作论文; 电网论文; 《电力设备管理》2017年第7期论文;