张永武 1、黄毅 1、汪洋 1、王正国 2、王秋英 2

（1.国网天津市电力公司电力调度控制中心，天津；2.东方电子集团，山东烟台）

摘要：电力行业二次设备运维通常采用人工记录运行记录和携带纸质图纸进行二次设备资产管理和运维管理。 存在数据采集和传输实时性差、数据承载困难、设备和人工成本高等问题。 高、设备工作在恶劣环境下不易检测等问题。 针对以上问题，本文结合WSN和RFID的技术优势，在RFID电子标签和温度传感器的基础上，设计并实现了一种基于RFID技术与无线网络融合的分布式设备管理与管理系统。 . 环境检测系统实现了设备账、卡、物的一致性，运维工作可靠管理，设备运行环境实时检测。

0 前言

继电保护是保障电力系统安全的重要环节。 其对系统安全的重要性、设备数量之多、种类之多、逻辑之严密、信息量之大，充分说明继电保护管理是一项复杂而庞大的系统工程。 随着电网规模的迅速扩大和各项技术的快速发展，国家电网公司对继电保护的专业化管理提出了越来越高的要求。 “四个现代化”。 为满足管理需要，需要不断加强规划设计、设备选型、施工调试、运行维护、人员管理等全过程管理。

专门从事电网继电保护的管理人员需要对二次设备进行全生命周期的跟踪管理，在采购、施工、运维、检修、退货、报废等关键环节全面掌控二次设备的相关信息，以及实现各种管理环节的有效衔接和信息的及时更新，实现对二次设备实物的快速、高效、准确的管理。 因此，有必要构建基于RFID识别和物联网技术的二次设备全生命周期管理软硬件平台，实现二次设备统一集中管理，促进设备资产管理的标准化和精益化。 ，有效提高设备资产利用率。

针对以上管理难点，本文提出了基于WSN和RFID技术的变电站二次设备全生命周期运维管理系统。 基于WSN和RFID技术的变电站二次设备全生命周期运维管理系统应用RFID技术，采用超高频RFID标签，存储保护设备的唯一标识信息和出厂信息，与保护设备关联，实现保护设备唯一标识，实现保护设备资产信息的快速、高效、准确的采集，提供保护设备信息和保护插件信息的查询，实现设备运行前的验证功能，杜绝误操作的发生，并提供设备巡检和设备检测功能管理，为设备检测和校准提供标准化模板和规范。 基于RFID技术的二次设备全生命周期管理系统对防护设备的资产管理和运行管理具有重要意义。

变电站内运行的二次设备均为高精度电子产品，对运行环境要求严格。 基于该技术的无线传感器网络温湿度检测系统可以无线分布式方式自由安装在需要的检测点上，无需布线。 条件有限，自由灵活，调节方便，可与空调系统联动，自动调节空调温度，确保二次设备在恒温环境下运行，确保二次设备可靠运行设备 [1-4]。

1 技术背景

射频识别技术（Radio）是一种非接触式自动识别技术。 阅读器通过接收电子标签发出的无线电波来接收和读取数据。 其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。 RFID读卡器可以高速识别物体，可以同时识别多个标签，是物联网最重要的终端之一[4]。

最常见的射频系统是无源射频系统。 读写器通过发射天线发送加密后的数据载体信号，在其周围形成电磁场； 电子标签进入发射天线的工作区域后，从电磁场中获取能量激活标签中的芯片电路，芯片将电磁波进行转换，然后发送给阅读器，阅读器转换成相关数据。 计算机应用系统可以对这些数据进行处理，进行管理控制。

利用物联网识别等技术完成二次设备全生命周期管理的软硬件平台建设，对二次设备进行集中管理，建立一套科学完整的二次设备全生命周期管理流程规范. 系统应用物联网技术存储二次设备唯一标识和运行信息，实现二次设备唯一标识，快速、高效、准确采集，提供二次设备信息和保护插件管理，进行设备工作验证、防止错间隔，提供设备全生命周期管理功能，实现二次设备全生命周期管理中任意环节的可追溯。

无线传感器网络（ ，WSN）是由部署在监测区域内的大量廉价的微型传感器节点组成，这些传感器节点可以实时采集网络分布区域内各种检测对象的信息，并形成多跳网络。通过无线通信的自治网络。 组织网络系统，将这些信息发送给网关节点和观测器，实现指定范围内的复杂目标检测和管理。 互联网()构成了逻辑信息世界，改变了人与人之间的交流方式，而无线传感器网络则将逻辑信息世界与客观物理世界融为一体，改变了人与自然世界的交互方式。 它是一个全新的信息获取平台[3]。

无线传感器网络广泛应用于环境检测、气象预报、安全监控等领域，发展应用前景十分广阔。 无线传感器网络系统集采集、传输、融合分析于一体。 对于复杂庞大的网络测控系统，如果线路连接过多，系统成本高，维护难度大，尤其是现场监测点多、复杂的场合。 无线传感器技术可以很容易地解决。

技术是一种新兴的无线通信技术，常用于构建能够自组网的传感器网络（WSN）。 在网状网络拓扑结构中传输数据的情况下 [2]。

它是基于.15.4标准制定的应用于无线监控应用的全球无线通信标准，在联盟的推动下在网络层和应用层进行标准化[5]。 该技术的核心是运行在单片机内部的一套软件，也称为软件协议栈。

在网络中，按网络角色可分为中心节点（协调器）、路由节点（中继器）和终端节点（收集器）。 这些类型的节点可以形成具有不同拓扑结构的网络，有星型结构、树型结构和网络结构，如图1所示。

本系统采用（C）网络结构（即MESH网络）构建变电站内的传感器网络。 系统各终端节点由RFID读写器、温度传感器、终端节点组成[6]。 到达设备管理工作站。

2 系统架构

本文设计的基于WSN和RFID技术的变电站二次设备全生命周期运维管理系统应用无线传感器网络技术和RFID技术实现唯一标识、实时获取设备信息、温度、在线运行监控功能，系统结构如图2所示。

根据功能，系统可分为二次设备运维管理功能和二次设备环境检测功能。 从网络上看，它由无线传感器网络、变电站综合数据网络和管理系统服务网络组成。 基于WSN和RFID技术的变电站二次设备全生命周期运维管理系统解决方案主要包括：二次设备识别电子标签、RFID手持管理终端、温湿度标签、无线路由器、无线网络协调器、应用服务、管理工作站和其他设备。 RFID手持机读取RFID标签的ID信息，并将关联的数据信息通过网络传输至后台数据库，实现信息数据共享。 无线传感器网络通过协调器连接到基于WSN和RFID技术的变电站二次设备全生命周期运维管理系统，与数据库服务器和管理工作站进行数据交互。 本系统主要实现以下功能。

(1)基于电子标签技术的二次设备信息数据采集管理系统，通过对设备资产全生命周期的识别，建立实时的设备管理信息。

（2）二次设备统一集中管理，实现设备资产管理规范化、精益化。

(3)与继电保护系统进行信息交互，实现设备资产信息管理与实物管理的统一，与变电站保护运行系统实现数据共享。

(4) 实现设备运行前验证功能，对设备资产进行快速、准确的运行管理，防止误操作的发生，保证人员到岗工作，对人员进行监督。

(5) 建立资产管理系统，可以管理台账，记录和追溯资产事件。

(6)实时监测二次设备运行环境温度变化，实时调节空调温度，保证设备运行环境温度恒定。

3 变电站二次设备全生命周期运维管理

变电站二次设备全生命周期运维管理系统，应用物联网RFID技术，首次为电网二次设备建立“电子名片”，提供有效的独特二次设备资产管理标识码，实现设备全生命周期管理过程中的唯一身份标识，提高信息维护的便利性，实现设备信息全生命周期的查询和追溯。 在设备资产管理过程中，制定标准化的信息规范标准，通过标准接口直接导入导出数据，实现数据共享，减少人工信息维护的工作量，减少人工数据维护的失误量，提高准确性信息、实时性、完整性。

实现设备精细化管理，首次将二次设备信息管理深入设备板层级，对设备板信息进行全生命周期跟踪，如图3所示。记录设备板更换情况信息可实现板卡缺陷及更换统计分析功能，为企业决策提供数据依据。 此外，还可以查询退回设备中未达到使用寿命的可重复使用板卡信息。 作为二次利用，节省了设备投资成本，具有巨大的经济效益和社会效益。

实现设备的智能化巡检校准管理，制定电力系统二次设备标准巡检校准操作规程，由二次设备全生命周期管理系统制定巡检或校准任务，通过USB离线传输巡检任务，巡检工作指南下载到移动终端，由移动终端完成检查或验证工作。 在具体巡检工作中，工作人员以移动终端为载体，扫描安装在设备上的RFID电子标签，对设备进行读取识别，系统自动弹出巡检操作说明书，并提示巡检内容项目被检查的设备，工作人员根据提示完成设备的检查验证工作，检查工作完成后，将检查结果或验证结果上传至客户端系统。 巡检任务运行显示图如图4所示。

4 变电站二次设备工作环境监测

系统实现了二次设备环境的温湿度监测和报警功能。 首次采用无线自组网技术，实现对二次设备室内环境的无线监控，并提供超限温湿度信息报警和空调实时调节功能。 利用有源温湿度标签检测区域环境的温湿度信息，将检测信息转发给路由器，再上传到二次设备生命周期管理系统。 采用无线自组网技术，实现二次设备环境温湿度监测报警功能，实现温湿度上下限信息设置功能，如图5所示，以及提供超限报警功能和空调自动调节功能。 降低了系统投资成本和现场环境布线的复杂性，使现场更加整洁美观。

5 温度采集终端节点

温度采集终端节点主要由传感器模块、处理器模块、无线通信模块、电源模块、外围电路模块组成，用于采集待测点的温度，并发送采集到的温度数据通过无线通讯网络设备传输到网络。 处理器模块是温度采集终端节点的核心模块，用于数据访问、数据处理、通信协议的执行、节点调度管理； 传感器模块用于感测温度数据并进行A/D转换； 无线通信模块由无线射频电路和天线组成，用于完成无线通信任务； 电源模块为节点中的其他模块提供电源，是所有电子系统的基础，电源模块的设计直接关系到节点的寿命[7]； 外围电路包括电源检测、低电量本地报警等功能。 温度采集终端节点框图如图6所示。

(1) 传感器模块

系统采用的温度传感器采用本公司数字温度传感器，可编程分辨率为9～12位，对应温度测量分辨率为0.5、0.25、0.125、0.062 5℃。 具有全数字温度转换输出、抗干扰能力强、功耗低、精度高等特点[8]。 其测量范围为-55～+125℃，精度可达0.1℃，适用于精密测温场合。 采用单总线工作方式，通过单线接口发送或接收数据，与微处理器连接时只需一根信号线即可实现通信。 不需要外部电源，因为数据线本身可以为设备提供寄生电源。 每台设备在出厂时都被分配了一个唯一的 64 位序列号，因此可以连接多个设备。

(2) 处理器和无线通信模块

处理器模块的作用主要是将温度传感器采集到的温度数据读出并进行处理，然后按照一定的时序发送给无线通信模块，无线通信模块再将温度和地址数据发送出去无线地。 TI的芯片用在处理器和无线通信模块上。 它结合了高性能 2.4 GHz DSSS（直接序列扩频）射频收发器内核和工业级紧凑高效的 8051 控制器。 它是一个真正的系统芯片（SOC）CMOS 解决方案[9]，该解决方案可以提高性能并满足基于 2.4 GHz ISM 频段的应用，以及低成本和低功耗的要求。

(3) 电源模块

获取电能的方案有两种：一种是电源线电流通过电流互感器和整流滤波电路获取电能，另一种是使用电池供电。

考虑到以下两点，采用锂电池供电。

(1)电源的稳定性和耐用性是温度采集终端节点稳定运行的重要因素。 如果是从电力线上获得，电源获得的能量会随着电力线负载的变化而变化，而且变化幅度比较大，所以经常会出现供电不足的情况。

(2) 芯片采用0.18μCMOS工艺生产，工作时消耗电流为27mA； 在接收和发射模式下，电流消耗分别小于27 mA和25 mA； 在睡眠模式下，电流特性仅为0.9 μA，外部中断或RTC可以唤醒系统； 待机电流消耗小于0.6μA，外部中断可唤醒系统。 系统的休眠模式和向活动模式的过渡具有超短周期的特点，特别适合电池供电[10]。

6 设备管理工作站

网络终端节点将读取的设备信息和温度传感器采集的设备环境温度通过网络传输到服务器系统，运行在工作站上的设备管理软件将业务处理后的数据显示给变电站管理人员和提供相应的Query和管理操作，系统的操作流程如图7所示[11]。

系统采用B/S结构，变电站管理人员可以通过IE等浏览器，根据设定的时间段、RFID读写器数量、传感器数量查询历史数据。 当温度超过设定值时，发送报警信息，并提供报警设备的位置信息。

系统方案已在某220 kV变电站进行搭建和试验，采集到的系统某终端节点温度曲线如图8所示。

7 结论

本文提出了一套基于WSN和RFID技术的变电站二次设备全生命周期运维管理系统。 有组织、高可靠的在线采集监控，采用RFID（射频识别，俗称电子标签），具有全球唯一编码、多目标、远距离快速识别、信息存储、环境适应性好等突出优点。 ，通过RFID技术实现变电站二次设备全生命周期运维电子化管理和信息实时更新，使二次设备管理更加精细化，可以及时监控二次设备资源的使用和流向，跟踪管理设备全生命周期，确保二次设备在新购置、建设运营、设备升级改造、运行管理、检修维护、技改检修、报废处理等关键环节的信息有效衔接和及时更新。 ，可以快速、高效、准确地管理二次设备实物。

参考

[1] 柯伟． 基于RFID的电力企业巡检管理应用研究[J]. 科技情报，2009（3）．

[2] 周瑞双，王纯新，王焕娟，李朝峰． 基于传感技术的变电站设备温度在线监测系统[J]. 电力科学与工程，2012（7）．

[3]张婷婷． 基于协议的电力无线传感温度监测系统设计济南：山东大学，2011．

[4] 孙立民，李建中，陈宇，等． 无线传感器网络[M]． 北京：清华大学出版社，2005。

[5] 李斌，李文峰． WSN与RFID技术融合研究[J]. 计算机工程，2008(5)．

[6]梁龙． 基于RFID和网络的分布式考勤系统设计[J]． 制造自动化, 2012, 34(7).

[7] 李金峰． 基于RFID+技术的井下无线跟踪系统[J]. 科学技术与工程, 2011(8).

[8] 周林, 夏连双． 无线传感器网络温度监测系统设计[J]． 信息技术, 2012(5).

[9] 褚彦伟运维管理系统，杨博，刘恒． 基于技术的高压开关柜智能无线测温系统[J]. 电器, 2013(6).

[10] 郭锐． 基于RFID技术的设备管理系统设计[J]． 测控技术, 2011, 30(5).

[11] 李晓波, 黄新波, 陈少英, 等. 基于网络的智能变电站设备温度综合监测系统[J]. 高压电器, 2011(8).

一次二次融合装备带来新机遇，控制软件价值有望凸显。 在配电端，一次设备和二次设备是电网设备的两翼，是智能驱动的双驱。 初级是次级的躯干，次级是初级的大脑； 首要的是可靠性，这是保证电网设备可靠运行的基石； 次要侧重于自动化和智能化，这是保证电力系统故障快速响应的根本。 一、二次设备分离，存在一、二次设备型号不匹配等问题，导致安装困难。 随着电网对供电稳定性和可靠性要求的不断提高，一二次一体化（即在设计时将一次设备和二次设备的功能进行整合）成为行业发展趋势。 在响应速度、诊断准确率和智能化水平上具有明显优势，逐渐成为配电端两网的选择。 以杆上断路器为例，我们可以看到，近年来，国家电网在配网断路器招标中逐渐倾向于选择一二次融合设备。 公司是配电自动化行业的先行者电力信息化，拥有成熟的技术和市场基础，多项产品已处于行业领先水平，配电业务对公司业绩贡献巨大。 同时，公司一二次聚变产品品类齐全，技术性能雄厚，尤其是在二次设备端。 公司积累了丰富的管控经验，并以软件的形式嵌入到一二次聚变设备中。 在配电领域的主要发展方向上，未来有望在一二次融合的大趋势下获得更大的市场份额，继续引领配电网自动化发展。