关于物联网技术方面论文范文文献与物联网技术在现代变电运维工作中的应用方面论文如何写-毕业论文网

本文是一篇关于物联网技术论文范文，可作为相关选题参考,和写作参考文献。

物联网技术在现代变电运维工作中的应用

姜凌霄1,霍圆方2

（1. 国家电网山西省电力公司检修公司,山西太原 030001；2. 国家电网晋城供电公司,山西晋城 048000）

摘要：本文从500 kV超高压变电站运行维护实际出发,应用现代传感技术和物联网技术,从原理、方法、设计、维护等方面,对基于物联网技术的传感器在线监测系统进行了系统研究分析；详细说明了物联网技术给变电站运行维护工作带来的帮助；阐述了本技术在组网方式、编程语言、抗电磁环境干扰等方面的应用难点.

关键词：物联网技术；传感器；无线传感器；抗电磁干扰

中图分类号：TM93；TP391.44 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2017.03.103

“物联网”就是“物物相连的互联网”,其英文名称为“the Internet of Things”,包含两方面的意思：一是物联网技术的主体是互联网,它是在互联网基础上的延伸和扩展；二是物联网的两端,一面是面向用户的客户端,另一面是依靠于物体的传感终端[1].依托信息通信领域的前沿技术,基于物联网的现代化智能电网是针对电网后期建设和运行的实际需求而建立的物联网传感器网络体系,可以实现协同感知、实时监测、信息采集、故障诊断、辅助作业等功能.

1　物联网概念及电力系统物联网研究现状

1.1　物联网概念的提出

可以这样理解物联网：各类传感器在现场采集数据,按约定的协议把采集到的数据上传至物联网信息平台进行中转和显示,手机、平板电脑、办公电脑等终端设备通过登录物联网信息平台,来实现数据的远程实时查看与控制[2].

传感器获得的数据具有及时性、准确性、实时性,工作人员可以自行设定时长,周期性地采集环境信息,用以不断更新数据[3].可以在物联网上部署海量的不同种类的传感器,如温湿度传感器、红外感应器、烟雾传感器、射频识别（RFID）标签、全球定位系统（GPS）、辐射传感器等,而每个传感器都是一个信息源,这些海量信息源通过处理器中转、交换、处理,当用终端设备登录相应的服务器时,就可以方便地获取这些信息.物联网技术不仅提供对传感器信息的支持,其本身也具有智能处理、中转、交换信息的能力,而且能够实现对物体的实时智能控制（例如通过控制继电器实现）[3].

1.2 电力系统物联网研究现状

国家电网公司信通公司总工程师李祥珍认为,国家电网今后80%的业务都跟物联网相关,从发电环节的接入和检测,到变电环节的生产管理,再到配电环节的自动化以及用电环节的采集等方面都需要物联网的支撑[4].2015年7月29日,国家电网公司在河南鹤壁召开了国家智能电网管理物联网应用示范工程验收会.此工程历时2年,总投资2.2亿元.工程包含了输电设备及线路状态监测、分布式发电及微电网接入控制、电动汽车充换电设施等多个应用领域[5].

2 变电运维工作与传感器技术应用

2.1 新时期变电运维工作的转变

2014年5月,国家电网公司运检部下达了《关于变电运维一体化工作指导意见的通知》,此通知明确了今后变电运行人员维护检修的职责范围.同时,随着国家电网“三集五大”的全面推行与落实,以及500 kV变电站少人、无人值守变电站（简称无人站）的推行,运维人员将会面临更高的劳动强度、更多的维护项目.新时期变电运维工作的转变迫切要求建立物联网传感器网络监控体系,以实现协同感知、实时监测、信息采集、故障诊断、辅助作业,使智能化监控管理更进一步.

2.2 传感器技术应用实例

物联网能有效整合通信基础设施资源和电力系统基础设施资源,提高电力系统信息化监控水平,改善现有电力系统基础设施的利用效率[6].对于现场实际运维检修类项目,许多工作可以用现代信息技术取代人员实际劳动.可以通过传感器技术与物联网技术的结合,将现场各种情况远程传输给后台进行查看,当发生异常时,还会向手机等终端监控设备发送报警信息（微博、微信、电子邮件、短信4种方式）,大大降低了工作人员的劳动强度并提高了工作效率.在实际工作中的案例如下.

案例一：检查机构箱、端子箱、汇控柜等柜体中加热器的时候,可以使用温度传感器将柜体的实时温度上传,这样,运维人员在手机或者电脑网页上就可以实时观测到每一个柜体加热器的温度,而无需再履行五防解锁程序,要打开每一个柜子,用手感知加热器的温度来判断加热器的好坏,大大提高了工作效率,降低了劳动强度（此项发明已在某变电站作为试点投入使用,取得了较好的效果）.这种装置安装PT100绝缘温度探头后还可监测电缆接头和低压开关触指的温度,应用范围极广.

案例二：在运维检修中,需要定期检查电缆沟内电缆的情况,尤其以保护小室为主.可将MQ-2类烟雾传感器安装在电缆沟内,如电缆沟内发生短路或火灾,可第一时间在手机上得到通知.同样,在端子箱和断路器机构箱中也可安装相应的装置,当回路或接线排发生短路及其他任何产生烟雾的异常发生时,均可实现实时报警功能.

案例三：在电缆沟或低压配电柜中安装红外传感器,当老鼠、蛇等小动物出现时,红外传感器被触发,可第一时间在手机上得到通知.同样,红外传感器还可运用在防外力入侵方面,如在围墙、主控楼等处可大量布置红外传感器,有外力入侵时,可第一时间获得相关信息并及时处置.

案例四：可将位移传感器和倾角传感器安装在GIS设备的伸缩节位置,这样便可实时、精确传回GIS设备的位移情况.当设备偏移量超出规定范围,可第一时间在手机等终端设备上得到通知.

案例五：对于无人站,可以利用先进的物联网技术,将无人站的天气、设备、主控楼等情况通过图片形式实时传输回来,以便及时、全面掌握变电站的各种信息,为防汛、抢修提供服务.

案例六：在电缆沟中布置一定数量的水浸传感器,能全方位监视电缆沟的积水情况,防止局部积水造成电缆、光缆等设备的绝缘损坏.当电缆沟进水超出设定值时,可以第一时间在手机等终端设备上得到通知.

案例七：对于检修工作现场,可以在所布置的安全围栏上设置传感器（隐形电子围栏）,当检修工作人员误入带电间隔或不允许进入的场区设备间隔时,现场会发出报警给予警告,同时可将现场情况上传至物联网平台,通知运维人员.

以上所有功能的实现都依赖于各种传感器和物联网技术.以前都依靠人工巡视来发现,现在物联网技术的应用实现了实时数据采集和信息获知,可以更全面、更及时地发现和解决问题.

3 物联网技术的应用难点

3.1 传感装置组网方式的选择难点

物联网技术在变电站的应用过程中,首先面临的问题是已经建成的变电站如何再安装这些传感器终端.如果场地重新开挖走电缆,或将电缆安装在电缆沟中,不仅工程量巨大,而且还有可能发生误碰运行设备的风险.因此在设计传感器终端时,使用更多的是无线信号模式.经过研发和改进,开发出了一套自己的无线组网模式,即Zigbee模块与ESP8266 Wi-Fi模块相结合来满足大容量组网方式,在没有外网的情况下,通过SIM900A的GPRS流量将数据发出,用蓝牙和miniUSB数据线来实现现场装置的调试检查和数据下载.

3.2 物联网编程语言的编写难点

各种传感器采集到的各种模拟量信号需上传至物联网平台,在传感器与物联网平台接入的过程中,需要特定的语言编码来实现数据的识别,否则将无法正常读取.下面以Yeelink物联网平台为例,详细说明语言编程方面的具体应用.

1）连接无线路由器程序.传感器测量模块需要连接上指定的无线路由器才能将数据上传至互联网.无线路由器的名称为“Tenda_xxx”,为“0000+aaaa”,连接无线路由器的程序及说明如下.

send_1ascii（"AT+CWJAP等于\"Tenda_xxx\",\"0000+aaaa\"\r\n"）；//解释说明：在此处修改Wi-Fi名称和

while（1）//

{

DelayMs（10）；

js_num++；

If（js_num>3000）{js_num等于0；CLR_Buf（）；WDT_CONTR等于0x30；while（1）；}

if（strstr（Rec_Buf,"OK"）！等于NULL)）//解释说明：表示连接成功

{

CLR_Buf（）；

js_num等于0；

Break；

}

else if（strstr（Rec_Buf,"ERROR"）！等于NULL）//解释说明：表示失败再连

{

CLR_Buf（）；

js_num等于0；

send_1ascii（"AT+CWJAP等于\"Tenda_xxx\",\"0000+aaaa\"\r\n"）；//解释说明：在此处修改Wi-Fi名字和

}

2）传感器通过制定编号接入物联网平台（以温度测量传感器为例）.传感器接入物联网平台后,需要对应“传感器编号”才能实现数据的实时显示.因此需要在单片机编程过程中,提前将传感器编号烧录单片机中.

{

send_1ascii（"POST/ v1.0/ device/ 233704/ sensor/754351/datapoints HTTP/1.1\r\n"）；//解释说明：第一个数字串233 704,表示传感器设备编组,账户下每设定一个编组都对应一个数字串；第二个数字串754 351,表示温度传感器ID,也就是说每添加一个温度传感器就有一个对应的ID；

send_1ascii（"Host: api.yeelink.net\r\n"）；//解释说明：连接到物联网服务器,使用的是Yeelink的物联网平台

send_1ascii（"Accept: */*\r\n"）；

send_1ascii （"U-ApiKey： 4e61cc9270d4b2584541-

dc9270d4b f99b3b705b0\r\n"）；//解释说明：U-ApiKey为账户钥匙,每一个账户都会对应一个专属于自己的U-ApiKey；如果这个ApiKey发生变化,则所有终端模块必须重新下载程序,重新下载新的ApiKey；

send_1ascii（"Content-LengthP：15\r\n"）；

send_1ascii（"Content-Type：application/x-www-form-urlencoded\r\n"）；

send_1ascii（"Connection: close\r\n\r\n"）；

send_1ascii（"{\"value\"："）；

}

3.3 在变电站电磁干扰环境中的应用难点

500 kV变电站超高压、大电流的强电场环境存在各种干扰源,电磁环境极为复杂,测量终端很容易受到高频噪声、强电磁辐射、谐波干扰等影响,导致装置可靠性降低[7].在进行模块测量实验中发现无线数据在传输过程中受到很大干扰,出现了传输距离近、丢包率高等各种问题.究其本质,一是场区设备众多,对通信信道形成了阻挡；二是场区各种超高压设备产生的电磁干扰对通信产生了影响.因此,采取有效的抗电磁环境干扰措施是物联网技术应用于变电站的一个重要措施.

3.3.1 抗干扰措施

在电子电路设计及制作过程中,一般有以下3种抗电磁环境干扰措施.

1）接地技术.在低频电路中,当信号工作频率低于1 MHz时,接地电路形成的对地环流对信号影响较大.在本设计中,测量终端发射信号频率为2.4 GHz,远远高于1 MHz,所以采用多点接地,可以显著提高系统的抗干扰能力[8].

2）屏蔽技术.电磁屏蔽的作用是切断电磁波的传播途径,从而消除干扰[9].因为电磁波在穿过屏蔽体后能量会发生衰减和损耗.

3）印刷电路板抗干扰措施.微控制器将一个门的输出端通过一段长线引到输入阻抗相当高的输入端,反射问题就很严重,会引起信号畸变,增加系统噪声[10].在可能的条件下,应使印刷板上布线电路之间的连线尽可能短,以减弱因连线引起的干扰[8].图1为批量生产的无线传感器底板.

3.3.2 数据传输实验

接收灵敏度是指接收机能够正确地把有用信号拿出来的最小信号接收功率.无线温湿度测量终端的通信距离和接收灵敏度是衡量Wi-Fi网络传输质量的重要指标[11].当标称的接收灵敏度大于接收端的信号能量时,接收端根据实验目的将不会接收任何数据,也就是说接收灵敏度是接收端能够接收信号的最小门限值,其计算表达式为

式中：PR为接收灵敏度；Pmin为在给定误比特率的条件下,接收设备能接收到的最小平均功率.此处需要说明,误比特率是在数据通信中,在一定时间内收到的数字信号中发生差错的比特数与同一时间内所接收到的数字信号的总比特数之比,误比特率是衡量数据在规定时间内传输精确性的指标.

图2为改进前后接收端接收灵敏度与传输距离之间的比较关系图.由图2可知,传输距离在30 m内,改进前后的接收灵敏度并没有太大区别；当传输距离增加至100～400 m时,接收灵敏度越来越小（左侧接收灵敏度为负值,值越小灵敏度越低）.但通信距离相同时,改进后的接收灵敏度要高于改进前的,这是改进电路后得到的明显效果,说明通过电路改进装置具有了较强的抗干扰性.

４　数据的实时查看

以温度实时在线监测系统为例,探讨数据的实时查看功能.除了通过网页对数据进行查看,还可通过手机客户端实现对数据的实时查看.首先在手机上下载Yeelink客户端,同电脑网页版一样可以看到传感器列表.点开任意一个传感器名称,就能看到现在的温度或者湿度数据,同时显示一段时间内的数据曲线.点击页面右上角的“日期”,就可以根据自己的需求,查看不同时间段的数据曲线,以及测量数据在一段时间内的变化趋势,通过分析迅速判断出设备工作是否正常.

在日常工作中,运行维护人员可通过手机客户端对所有端子箱进行查看,判断每个端子箱的加热器工作是否正常,当某一个加热器突然发生故障时,关联的新浪微博会在手机上弹出一条提示,点开后就能知道具体哪个端子箱发生了异常.

5 应用前景展望

物联网技术在电力系统的应用代表了电力系统信息化水平的提高,同时也是变电站智能化水平提高的重要体现.随着科技的进步,变电站运维工作将会更加依赖于物联网技术,而物联网技术也将会大大提高工作效率、降低劳动强度.

物联网技术论文范文结:

适合物联网技术论文写作的大学硕士及相关本科毕业论文，相关物联网技术开题报告范文和学术职称论文参考文献下载。