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基于物联网的智能厂站位置服务系统

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资料介绍

根据目前变电站、电厂传统巡检方式存在的弊端,提出了一种可以实时定位人员位置,并根据不同位置提供多种服务的解决方案.比较了国内外多种定位系统,并总结了基于无源超高频电子标签定位的优势.系统根据物联网网络层次划分为感知层、网络层、应用层3层,分别阐述了感知层无源超高频电子标签的安置方案,网络层手持终端预处理感知对象数据,完成本地服务并将人员空间位置信息实时通过无线网络传递到应用层位置服务器,可以与厂站监控系统、智能变电站全景数据平台之间实现数据共享和智能联动.系统已实际应用于500 kV智能变电站低压开关柜室和水电站廊道中,显著提高了人身安全性和厂站自动化水平.

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No· 16

Aug．25，2013

Vol· 37

第37卷第16期

2013年8月25日

电力系统自动化

Automation of Electric Power

Systems

DOI：i0．7500／AEPS201211012

基于物联网的智能厂站位置服务系统

廷1，黄进1，邓晓勇3

彭

彬1，于浩1，苏韵挈2，苏

(1．国电南瑞科技股份有限公司，江苏省南京市210061；2．四川大学电气信息学院，四川省成都市610064；

3．江西省电力公司基建部，江西省南昌市330077)

摘要：根据目前变电站、电厂传统巡检方式存在的弊端，提出了一种可以实时定位人员位置，并根

据不同位置提供多种服务的解决方案。比较了国内外多种定位系统，并总结了基于无源超高频电

子标签定位的优势。系统根据物联网网络层次划分为感知层、网络层、应用层3层，分别阐述了感

知层无源超高频电子标签的安置方案，网络层手持终端预处理感知对象数据，完成本地服务并将人

员空间位置信息实时通过无线网络传递到应用层位置服务器，可以与厂站监控系统、智能变电站全

景数据平台之间实现数据共享和智能联动。系统已实际应用于500 kV智能变电站低压开关柜室

和水电站廊道中，显著提高了人身安全性和厂站自动化水平。

关键词：智能电网；智能厂站；超高频射频识别；无源电子标签；位置服务；物联网

WiFi定位系统，其原理为利用专用无线路由器

引言

的强度信号来计算接人Mesh网的设备位置，各个

厂站智能化是智能电网的重要组成部分。其中

无线接入点(AP)之间可以采用无线方式连接。但

厂站设备的可靠运行，直接影响到整个电网的安全

生产和社会效益，影响着智能电网的稳定性，因此，

为保证厂站设备处于健康状态，必须要对设备进行

定时维护、检修和管理。但当操作人员进入现场后，

靠近高压设备等危险区域或者临时工作区域时，并

没有装置主动安全告警，目前只能依靠悬挂提示牌、

拉设临时工作线等方式，或者当靠近某间隔设备操

作箱时，也没有一种有效的手段来快速告知操作人

员该间隔设备的基本状态信息，且巡检仪仅能完成

基本的巡检功能，而且对操作人员携带的电力设备

物资的跟踪和管理也不尽有效。因此，需要一种可

以实时定位操作人员位置，并且根据不同位置提供

多种不同服务的系统，以克服上述安全风险，提高厂

站自动化水平口。2]。目前的厂站操作人员定位方法

可以分为：携带有定位功能的巡检仪、WiFi定位系

统、室内网络报警定位系统、超宽带(UWB)定位系

统和国外变电站射频定位系统等5类。

系统需要现场铺设电源线，布点设备体积大，安装位

置不能灵活选取，易受遮挡，且位置需要后台计算机

计算，不能实现当地实时告警。

室内网络报警定位系统是在小室内各点布置网

络报警通信终端，终端之间采用RS一485组网，可实

时对各个小室的状态进行检测，以及时发现系统中

各类人员的所在位置。但系统需要网络交换机、布

置大量网线等，各个报警通信终端通过RS-485总

线连接到集中器，再由集中器转成局域网络信号传

递到网络告警主机，布线复杂、施工量大，且仅能在

室内使用。

UWB是一种无载波通信技术，利用非正弦波

窄脉冲传输数据，具有抗干扰性能强、传输速率高、

带宽极宽、发送功率小等优势，主要应用于室内通

信、高速无线网络、位置测定等领域。但目前成熟的

UwB定位方案主要掌握在国外厂商手里，设备价

格昂贵、布线复杂，而且所用的电子标签均为有源标

签，后期维护量大。

传统巡检仪具备对设备的定期巡视、记录和检

查功能，带有全球定位系统(GPS)功能的巡检仪通

过嵌入式GPS模块可以实现操作人员的实时定位。

但是GPS正常平面定位误差较大，在5～10 m之

间，不能搜星或者搜星慢情况时常发生，并且在室内

也无法实现定位。

国外变电站射频定位系统，是在场地各个入口

处安装无线射频读写器及天线等设备，在人员安全

帽上安置超高频电子标签，当人员经过入口处，后台

计算机可以实时监护到进入现场工作的操作人员。

但系统需要铺设电源线，且对于进入场地内的其他

带电间隔失去了监护作用。

收稿日期：2012-1卜02；修回日期：2013-05—09。

本文结合物联网技术，利用超高频无源电子标

一114一

万方数据

· 工程应用·

彭彬，等基于物联网的智能厂站位置服务系统

签成本极低和后期维护量少的优势，提出一种不同

于已有厂站的人员定位模式，即在室内和场地中的

各操作设备上安装无源定点式电子标签，在随身携

带的电力物资上安装移动式电子标签，操作人员携

带便携式位置服务器，可做到实时的连续定位和对

电力物资的管控，并且根据不同位置提供多种服务。

2系统设计

2．1

结构设计

系统以500

kV智能变电站为例，按照智能电

网的物联网网络层次划分为感知层、网络层和应用

层3层‘7|，系统设计如图2所示。

目前系统已应用于变电站低压开关柜室和水电厂廊

道中，为变电站、水电厂和其他厂站人员定位系统开

拓出了一套全新的模式，具有重要的参考和推广价

值。

圈全，嗡缓糯瓢，

～一俨二．

～

位置服务系统分析

护一卜卜

圈便禚纂置留乍；司

1．1

位置服务系统结构

iF板电脑

本系统采用无线超高频射频识别技术用于厂站

空间位置的识别和定位，通过ZigBee网络实现便携

式位置服务器和应用层位置服务器之间数据的无线

传输，位置服务器和监控系统、智能一体化监控平台

之间通过IEC 61850实现数据的共享。定点式电子

标签是由安装在变压器、断路器、刀闸、地线桩等一

次设备，以及主控制室、保护室等安全门禁上的超高

频电子标签组成，同时危险点电子标签用于靠近危

险区域警示服务，移动式电子标签用于对物资的管

控服务。位置服务系统结构如图1所示。

超高频射频识别

变压器、断路器、

刀闸、地线桩等

‘次设备操作箱

(安装定点式

电子标签)

高压设备危险

区域、保护

电缆、工具、安全帽、

地线等电力

小室、，卜控奄标

识牌(安装危险点

电子标签)

物资其他对象

(安装移动式电子标签)

图2面向智能电网的物联网网络层次划分

Network

of internet

Fig．2

layers’division

for

smart

things

grid

2．1．1

感知层

在不同的感知对象上分别安装定点式电子标

签、危险点电子标签和移动式电子标签，电子标签均

选择低成本超高频无源电子标签。

1)定点式电子标签：由安装在变压器、断路器、

刀闸、地线桩等一次设备以及主控制室、保护室等安

全门禁上的智能传感单元(无源超高频电子标签)组

成，作为定位点，用于对操作人员的实时定位。

2)移动式电子标签：固定在可移动的电力物资

材料上，如地线、电缆、安全帽、操作仪器及工具等，

用于对电力物资的跟踪和管理。

j，枷、端

D定点』℃电J：标档：口移动．r℃IU

▲危险点IH，杯铃：●住携-℃似惯服务器

图l 位置服务系统结构

Structureof location based service

Fig．1

1．2物联网技术简介

3)危险点电子标签：安装在高压设备危险区域

入口处、临时工作区域，或者保护小室、主控室等门

禁标识牌处，用于对进入这些区域的人员提供自动

安全警示。

物联网技术是通过射频识别、红外感应器、

GPS、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，

将任何物品与互联网连接，进行信息交换和通信，以

实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网

络技术[3．4]。传感网技术实现了信息的感知和获取，

是物联网发展的基础技术之一。国内研究人员对物

联网信息服务的研究较发达国家稍晚，但不乏创

2．1．2

网络层

当人员靠近感知对象时，感知对象自动将设备

信息、危险区域信息或者电力物资信息等传递给网

络层的便携式位置服务器或者平板电脑(嵌入超高

新口书]。本系统就是利用新兴的传感网技术，除在厂

站实现完善的音、视频一体化联动功能以外，还在场

地内的操作流程上实现了基于位置服务的操作督导

和实时数据通信。

频射频识别功能)。同时，服务器终端或平板电脑分

析数据，将操作人员空间位置坐标点等信息通过

ZigBee无线通信网络或智能单兵系统通信网络把

数据传递到应用层主机。其中便携式位置服务器由

一115～

万方数据

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