智能电能表质量数据采集与质量监控技术研究

智能电能表质量数据采集与质量监控技术研究

吴丽云

杭州炬华科技股份有限公司      浙江杭州      311121

摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，电力系统越来越完善。电能表作为电力系统计量采集电量数据的关键设备，数据采集的准确度关系到用户与企业的利益。当前的电能表容易出现断电无法工作、开关跳闸等情况，通过分析电能表生产企业的信息化系统和生产过程数据，发现企业信息系统分割严重，导致数据在不同的数据仓库中的内部分布，数据分散。必须对企业采集装置的采集功能进行定制化对接，基于边缘计算技术的业务系统可以更加切合采集终端，开展数据处理。本文首先分析智能输电技术发展现状，其次探讨架空线智能输电关键技术及应用场景，为智能输电的发展指明了方向。

关键词：架空线路；城市电缆；智能输电

引言

智能电能表运行质量状态涵盖表计全寿命周期，应该充分挖掘全寿命周期内各种可用信息用于表计运行质量状态评价。 近年来，国家电网构建了营销业务应用系统、用电信息采集系统、计量生产调度平台信息数据、拆回分拣数据库，收集了量测设备大量可靠性数据与信息。 这些数据包含了表计健康状态信息、性能退化信息和寿命信息，应当开展融合技术研究用于表计运行质量状态评价。

1智能输电技术发展现状

我国在2010年左右提出了智能电网发展规划，随后陆续启动了包含智能输电在内的智能电网研究、规划、建设工作。在国家层面，启动了“智能电网技术与装备”国家重点研发计划等重大课题研究，在智能装备国产化、故障诊断与调度一体化、输变电设备智能监测与全寿命周期管理等方面取得了研究成果，并开展示范应用。国家电网公司于2010年提出了智能输电的重点建设内容：柔性输电和输电线路环境与运行状态监测。2011年左右，陆续成立了相关研究实验室，开展智能输电专项研究。2011—2021年，国家电网公司从线路状态实时感知与智能诊断、自然灾害全景感知与预警决策、空天地多维融合与协同自主巡检、线路检修智能辅助与动态防护和高压电缆全息感知与智能管控五大方面开展了智能输电新技术、新方案的技术攻关和应用工作，取得了显著成果。南方电网公司在智能输电方面的建设共经历了三个阶段：第一阶段为2013—2016年，实施“人巡为主、机巡为辅”智能巡检策略，建成“在线监测为主、人工观冰为辅”的覆冰监测体系和覆盖全网的雷电监测体系；第二阶段为2017—2018年，实施“机巡为主、人巡为辅”智能巡检策略；第三阶段为2019年至今，以“无人机为主、直升机为辅、人巡补充”，逐步实现无人机自动巡检全面覆盖，并启动灾害监测预警系统建设。总的来看，虽然我国已经出台了一系列智能输电建设方案，但由于政策、资金和技术等原因，相对于调度和变电环节，智能输电的整体发展较慢，线路信息化、自动化和智能化的程度较低，离智能电网的要求还有一定的距离。

2架空线智能输电关键技术及应用场景

2.1采集系统架构设计

高部署密度和成本费用之间的平衡是满足工业控制器、远程控制网络需求等目的的主要方案。为了实现数据采集功能，本文为电能表设计了一种数据采集系统，该系统的功能包括数据采集、数据处理、数据流转、应用程序的云端下发、边缘部署功能等，并且还可以确保全过程质量数据采集装置的安全、可信。在实际应用中，智能电能表的质量数据可根据数据来源分为四类:生产制造、研发设计、材料供应、出厂供货。这些信息由采集器传输给各种类型的通信网络，包括GPS/CDMA无线网络、SMS无线网络、光网络。无线网络是公共的，而光纤网络是独立创建的。在转换数据信息并通过路由器和防火墙后，来自不同网络的前端计算机到达光终端，然后经过交换机到达服务端平台。

2.2基于电能计量设备全生命周期多源信息构建可靠性质量指标体系

在全生命周期内梳理出稳定性指标、可靠性指标、异常与事件指标三类顶层指标，既考虑了母体样本的统计特征、又兼顾个体的质量特征，既考虑了静态指标、又兼顾了指标的动态变化特征，既兼顾了历史产品可靠性信息、又兼顾当前产品可靠性信息。

2.3安全机制

根据数据接口访问过程中的应用场景、数据传输方式等，采用其对应的可信认证方式，采用轻量级证书、分布式授权终端认证接入、可信快速验签机制、分布式可信授权认证管理模型技术等可信认证方法。智能电能表数据收集过程中，以确保数据读取和记录的安全性。数字密码加密广泛应用于数据读写传输，从而确保数据安全。应用加密系统，可以对数据进行加密，避免数据被不法分子窃取，保障信息的可靠性、完整性、安全性。传统的方法是创建防火墙以防止非法用户的入侵，但最完整的防御技术总是有一些漏洞。因此，本文采用了入侵检测和模拟攻防系统，出现危险应用程序时实现了检测和模拟漏洞信息的主动提取和定位，然后将其删除。除了数据安全保护，还需要科学和健全的管理来改善整个系统的运行。

2.4构建能够给出故障风险的电能表运行质量状态概率评价方法

不仅能够动态实时给出电能表质量状态估计，而且可以给出设备发生故障的风险概率，使得评估结果更具有概率意义。对工程管理人员决策电能表是否拆换具有重要参考价值。

2.5典型应用场景

结合高压电缆隧道视频监控、井盖智能监控、温湿度、水位、有害气体、烟雾、隧道通风、隧道结构震动、消防装置动作等参量进行综合分析，实现电缆隧道运行环境状态快速感知。将高压电缆隧道运行环境各类感知信息上传至应用层，及时推送电缆隧道外部侵入、隧道火灾、隧道有害气体、隧道结构防坍塌以及隧道积水等安全运行风险预警信息，并将风险预警信息同步发送到移动 APP 中，为电缆隧道缺陷、隐患的及时发现、及时处置提供保障。

2.6智能输电线路缺陷目标检测技术

人工智能基于计算机对图像、语音等数据的自动学习，已经在图像识别、语音识别、自然语言处理方面获得成功应用。随着无人机巡检技术的广泛应用，搭载拍摄装置近距离拍摄线路、获取航拍图像和缺陷部位成为常态。架空输电线路缺陷目标检测方法常用的卷积神经网络里面主要分为两类，一类是以FasterR-CNN为代表的两阶段法，该方法结合了区域候选框和卷积层两部分的优点。另一类是以YOLO和SSD为代表的单个卷积层的单阶段法。

2.7采集规范

采集服务器平台上的采集模块以两种方式直接采集设备质量数据 (一种或多种实际用途) ①: 应用终端连接到边缘采集终端，边缘采集终端将采集命令发送给设备之后，由设备向边缘采集终端发送数据，边缘采集端向应用终端发送数据。主动设备通知方法: 应用终端连接到边缘检索终端，设备向边缘检索终端报告数据后，边缘检索终端向应用终端实时发送数据。数据采集方法主要有自动采集、接口导入、手动采集。

结语

综上所述，对于智能电表来说，关键数据采集技术非常重要。它不仅可以确保数据收集的有效性，还可以保持工作质量。因此，有必要合理利用智能电能顺利开展。本文分析了输电智能化转型发展的趋势，结合架空线及城市电缆各自的特点梳理了国内外智能输电研究现状，归纳了智能输电的关键技术及典型应用场。

参考文献

[1]李德海，何红太.低温环境输电线路在线监测装置可靠性分析及提升[J].黑龙江电力，2020，42(3)：224-228.

[2]宋亮亮，杨毅，范栋琛，等.基于改进学习矢量量化神经网络输电线路故障识别技术[J].科学技术与工程，2021，21(2)：583-590.

[3]刘雪锋，尹泓江，李阳斌，等.输电线路在线监测管理平台设计与系统开发[J].电子制作，2020(22)：83-84.