泛在电力物联网--输变电设备物联网建设方案x

1、目录、工作背景1、目标和思路1三、顶层设计 2（一）感知层 3（二）网络层 3（三）平台层 4四、应用场景规划 5（一）变电设备应用场景规划 51. 变电设备状态智能感知 52. 变电设备异常状态监测 83. 变电设备状态智能研判预警 94. 倒闸操作一键顺控 1. 05. 变电主辅设备智能联动 1. 1（二）输电设备应用场景规划 1.11. 输电线路本体智能监测 1. 12. 输电线路通道环境监测预警 1. 33. 高压电缆隧道智能监测 1. 3（三）输变电设备智能巡检 1.4（四）输变电现场安全管控 1.5（五）人工智能图像识别技术应用场景规划 1.7.五、标准体系建立 1.8（一）标准体

2、系建立必要性 1.8（二）标准体系框架 1.8六、关键技术研究与装备研发 1.9（一）传感器关键技术研究与装备研发 1.9.1. 微功率无线通信技术研究 2. 02. 传感器能量收集技术研究 2. 03. 长寿命电池选型及测试技术研究 204. 全面感知智能传感器研制 2. 0（二）传感网系统、边缘计算关键技术研究与装备研发 211. 低功耗无线传感器网络技术研究 212. 物联网边缘计算技术研究 2. 23. 标准化网络节点设备研制 2. 2（三）输变电设备物联网安全防护体系 2.4.1. 感知层安全防护 2. 42. 网络层安全防护 2. 53. 平台层安全防护 2. 6（四）平台层关键技

3、术研究 2.71. 开放式接入网关技术研究 2. 72. 开放式算法扩展坞技术研究 2. 73. 流式数据分发及多引擎处理技术研究 27（五）物联网管理与应用平台研发 2.8.1. 可灵活扩展的数据接入与展示 282. 统一数据接口与算法快速部署 283. 面向基层创新的物联网管理模式 28七、方案实施计划 2.8（一）试点应用阶段（2019 年） 2.8.（二）推广实施阶段（2020 年） 2.9.（三）深化提升阶段（2021 年） 2.9.八、展望 2.9附录一：电力设备传感器微功率无线接入网通信协议 简要介绍3.1附录二：电力设备无线传感器网络节点组网协议简要介绍 .32、工作背景物联网

4、是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利用感 知技术、智能装备对物理世界进行感知识别， 通过网络传输互联， 进行计算、处理和知识挖掘，实现人与物、物与物信息交互和无 缝链接，达到对物理世界实时控制、 精准管理和科学决策的目的。 输变电设备物联网是物联网技术在输变电设备领域的融合应用， 具有智慧化、多元化、生态化的特征，是公司泛在电力物联网的 重要组成部分。2019 年中央经济工作会议明确提出， 将加强物联网等新型基 础设施建设作为本年度重点工作。 2019 年国网公司工作会议上， 提出了顺应能源革命和数字革命融合发展趋势，建设世界一流能 源互联网，打造“三型两网”企业的新时代战略目标。面对重

5、大 发展机遇，本方案通过开展输变电设备物联网的顶层设计、关键 技术研究、标准体系建设和试点应用验证，推动输变电设备运检 模式向更智能、更高效、更安全转变。二、目标和思路 为有序推动输变电设备物联网规模应用，提升设备状态管控 力和运检管理穿透力，国网设备部组织开展输变电设备物联网建 设工作，从总体架构设计、标准体系建立、关键技术研究与装备 研制、试点应用等方面有序推进，继承和发扬智能运检体系建设 成果，逐步建立开放、共享的物联网生态系统，变革生产管理模 式，提高运检效率效益。明确顶层设计。 研究确定输变电设备物联网的总体架构、通 信组网架构、边缘计算架构和标准体系，推动输变电设备物联网科学应用、

6、有序发展突破关键技术。 开展电力传感器、传感网、边缘计算等关键 技术研究，研发传感器、网络节点等装备，为输变电设备物联网 建设提供有力支撑。统一标准体系。建立涵盖通信协议规约和装备技术规范的物 联网标准体系，确保物联网各组件互联互通，构建资源共享、系 统稳健、应用高效的输变电设备物联网生态体系。稳步试点应用。推进输变电设备物联网建设试点，以规模化 应用带动产品技术的不断成熟，逐步扩大输变电设备物联网成果 在设备管理业务中的应用范围。三、顶层设计输变电设备物联网整体架构分为三个层次：感知层、网络层和平台层（如图1 ）。平台层affl届户-1网络层五）4纤网.石鼻粤网*巾&恳 二 虽

7、65;'-/_X微功率无输电运检物联网变电运松物联网图1输变电设备物联网整体架构图梅BSS（一）感知层 感知层由各类物联网传感器、传感器网络系统组成，用于实 现传感信息采集和汇聚，又分为传感器层与数据汇聚层两部分。传感器层： 传感器层由各类物联网传感器组成，用于采集不 同类型的状态参量，并通过传感器网络将数据上传至汇聚节点。 物联网传感器分为微功率无线传感器 （讪级）、低功耗无线传感器 （ mW 级）、有线传感器三类。数据汇聚层： 数据汇聚层由汇聚节点、接入节点等网络节点 设备组成，用于构成全覆盖的传感器网络，实现一定范围内传感 器数据的汇聚、边缘计算与上传。汇聚节点是微功率传感器的接

8、 入装置，具有数据中继传输、数据回程传输以及简单边缘计算功 能；用于小范围内的数据汇聚和设备控制。接入节点是传感器和 节点设备的整体接入装置，具备复杂边缘计算功能和设备管理功 能，用于各级感知、节点设备的汇聚和控制。传感器网络包括微功率 / 低功耗无线传感网、有线传输网络。 其中， 微功率无线传感网 应遵循输变电设备物联网微功率无线 网通信协议，用于实现微功率传感器数据上传至网络节点； 低功 耗无线传感网 应遵循输变电设备物联网节点设备无线组网协议 用于实现低功耗无线传感器数据上传和节点设备间的无线组网， 同时节点设备对传感数据实现边缘计算。（二）网络层 网络层由接入控制器和接入网关等设备组成

9、，用于实现感知 层与平台层间广域范围内的数据传输。网络层通常采用电力无线 专网、电力 APN 通道、 电力光纤网等成熟技术， 为输变电设备物 联网提供高可靠、高安全、高带宽的数据传输通道。（三）平台层 平台层是输变电设备物联网管理应用平台，分为平台管理层 与平台应用层。平台管理层 由输变电设备物联网管理系统组成，主要用于对 物联网各类传感器及节点设备进行管理、协调与监控，具备物联 网边缘计算配置功能，可实现网络节点设备边缘计算算法远程配 置。平台应用层 由输变电设备物联网数据应用系统、各业务管理 系统等组成，用于数据高级应用与运检业务管理。针对传感数据 类型多、诊断算法多样化业务需求，平台应用

10、层部署开放式算法 扩展坞，建立统一算法 I/O 接口，实现神经网络等算法模块标准 化调用，为电网运检智能化分析管控系统和全业务数据中心等平 台提供业务数据和分析结论（如图 2 ）。23电网运检智能分析管控系统烹其他业务管理系统kLw»r|.| CTft ITT - ' ." I" I支據输变电设备物联刚平台Q应用场景边缘计算配置移旅鑰（L-y _输电 变电 遍缆 坏境智能巡检Q秦汇聚 状态感知电石fr w图2输变电设备物联网平台定位图四、应用场景规划通过电力传感器、无线传感网、人工智能、边缘计算等技术 手段的应用，构建输变电设备物联网，实现设备立体感知、数

11、据 云边处理、状态辅助预判、安全智能管控、运检效益提升。（一）变电设备应用场景规划1. 变电设备状态智能感知采用传感器对变电站环境量、物理量、状态量、电气量、行 为量进行实时采集，并全面融合运检专业多源系统数据，实现设 备本体及运行环境的深度感知、风险预警和全景展示，主动触发 多参量和多设备间的联合分析并推送预警信息，有效提升设备状 态感知的及时性、主动性和准确性。场景一：变电设备的状态感知。利用在线监测传感器，实现 变电设备状态的全方位自我实时感知，根据阈值初步判断状态量 是否正常。当状态量异常时，汇聚节点或接入节点主动调用管理 平台带电检测、不良工况、运行信息和停电试验等多状态量，并 实时

12、获取同类设备的信息，实现历史数据纵向分析、各相设备和 同类同型设备横向比较， 通过边缘计算对设备状态进行初步诊断， 实现设备状态的自主快速感知和预警。对于异常设备，及时向运 行人员推送预警信息，调整状态监控策略，并上传至平台层进行 更精确的诊断和分析。（ 1）变压器。 安装高频局部放电、超声局部放电、红外、振 动和套管压力等智能传感器，并利用现有油色谱和铁芯接地电流 在线监测装置，实时采集数据进行阈值判断，如异常则调用平台 层的负荷、油温、带电检测、停电试验、不良工况等数据以及同 厂同型设备信息，进行综合分析，对设备缺陷严重程度和类型进 行初步诊断，主动推送预警信息。（2）断路器（ GIS ）

13、设备。 安装特高频局放、 SF6 微水、机 械特性等智能传感器，实时采集数据进行阈值判断，如异常则调 用平台层存储的操作次数、带电检测、停电试验、不良工况等数 据以及同厂同型设备信息，进行综合分析，对设备缺陷严重程度 和类型进行初步诊断，主动推送预警信息。（ 3）避雷器。 安装泄漏电流在线监测传感器， 实时监测阻性 基波电流、三次谐波电流以及相位角等信息，实时采集数据进行 阈值判断，如异常则调用平台层存储的计数器动作次数、红外测 温、停电试验等数据以及同厂同型设备信息，进行综合分析，主 动推送预警信息。（ 4）电容型设备。 安装介损及电容量监测传感器， 实时采集 数据进行阈值判断，如异常则调用

14、平台层存储的带电检测、不良 工况、停电试验等数据以及同厂同型设备信息，进行综合分析， 主动推送预警信息。（ 5）开关柜。 安装触头温度、超声局放、特高频局放、暂态 地电压和 SF6 微水（充 SF6 开关柜）等智能监测传感器，实时采 集数据进行阈值判断，如异常则调用平台层存储的带电检测、不 良工况、停电试验等数据以及同厂同型设备信息， 进行综合分析， 主动推送预警信息。场景二：运行环境的状态感知。 通过变电站视频监控系统， 结合气象、温湿度、水位、有害气体、烟雾等参量，进行综合分 析，实现变电设备运行环境状态自我感知，及时推送设备安全运 行风险预警。主要场景包括：一是根据温度、水量传感器以及天

15、 气预报信息，对大风、洪涝、雷电等自然灾害进行预警；二是根 据烟雾、视频监控，结合设备温度监测数据，实现变电站站房火 灾隐患的监测和感知，并与灭火装置形成智能联动，实现自动触 发、及时灭火；三是利用气体传感器，感知变电站站房内有害气 体含量；四是利用图像自动识别技术，监控变电站内小动物活动 情况；五是通过水浸传感器，监测电缆沟道积水情况。场景三：变电站整体状态展示及风险定位。 研发手机搭载的 变电设备状态全景感知 APP ，与节点设备实现信息互通，开发变 电设备及站内环境风险扫描、展示和预警功能，当自我感知出现 异常时，快速定位隐患设备，触发高级分析功能，并推送预警信 息至运行人员，实现“人物

16、互联” 、“物物互联” 。2. 变电设备异常状态监测 根据缺陷等级及设备重要程度，在感知层提高在线监测状态 量获取频次，并临时加装更高精度或更多类型的智能传感器，对 各种状态量进行边缘计算，诊断设备当前状态；在平台层结合设 备历史负荷曲线、温度曲线及状态评价信息，基于机器学习等大 数据分析技术，预测设备状态变化趋势，生成设备状态预告警信 息并推送至设备运行人员。场景四：变压器异常状态监测。 变压器设备发生油中溶解气 体含量超过注意值、铁芯接地电流超标或油温油位不符合标准曲 线等情况， 经分析未达到立即停电的程度， 根据变电站重要等级、 变压器当前负载及未来负载预测、时期重要性、历史缺陷故障和

17、当前状态评价结果等因素，增加已装油中溶解气体含量监测、铁 芯接地电流监测、 油温监测数据的获取频次； 根据设备异常状态， 选取变压器特高频局放、贴附式超声局放、振动信号传感器进行 加装；增加站内现有的智能巡检机器人和视频监控的调用频次， 或临时调配智能巡检机器人，对设备外观、油温油位表读数、红 外图像、紫外图像进行实时巡视和监测，并与同组其他相别的巡 视和监测数据进行对比分析，对异常状态及时预告警，并每日生 成分析报告推送至设备运行人员。场景五：断路器（GIS ）异常状态监测。 断路器（GIS）设备 出现局部放电异常信号时，经分析未达到立即停电的程度，根据 变电站重要等级、 断路器 （ G I

18、 S ）当前负荷电流及未来负荷电流预 测、时期重要性、历史缺陷故障案例和当前状态评价结果，增加 超声及特高频局放、 SF6 微水、声学指纹等监测数据获取频次， 增加站内现有的智能巡检机器人和视频监控的调用频次，或临时 调配智能巡检机器人，对设备外观、压力表计、分合闸指示器、 红外图像、紫外图像及异常声响进行实时巡视和监测，并与同组 其他相别的巡视和监测数据进行对比分析，对异常状态及时预告 警，并每日生成分析报告推送至设备运行人员。3. 变电设备状态智能研判预警 在设备状态信息数据库及设备缺陷、故障案例样本数据库的 基础上，基于声音识别、图像识别、设备状态大数据分析等智能 分析技术，建立多个设备

19、状态与缺陷之间的关联规则，实现变电 设备状态实时预警、设备缺陷自动分析、处理策略主动推送等功 能，形成基于多物理量感知的变电设备状态智能研判预警机制。场景六：变压器状态智能研判。 对变压器异常高频接地电流 幅值、油色谱分析结果、红外测温数据、特高频或超声局放幅值 及相位等状态量，进行多源数据融合计算分析；同时通过与现有 的设备风险管控平台、 PMS 、状态监测等系统进行信息交互，获 取变压器设备信息、历史试验数据及巡检数据等信息，与上述状 态量计算分析结果进行纵向比较，进一步验证分析结果是否可靠 合理，从而实现对变压器主要缺陷的主动识别，对变压器套管、 电缆接头等部件发热、各类绝缘缺陷等进行智

20、能研判并主动推送 预警。场景七：断路器（GIS ）状态智能研判。 对断路器（GIS ）异 常 SF6 微水含量、开关分合闸线圈电流幅值、超声局放幅值及相 位等状态量进行多源数据融合计算分析；同时将通过与现有系统 进行信息交互所获取的断路器（GIS）设备信息、历史试验数据及带电检测结果等信息， 与上述状态量计算分析结果进行纵向比较， 进一步验证分析结果是否可靠合理，从而实现对断路器 （GIS）缺陷的主动识别， 对内部支柱绝缘子、 绝缘盆子等部件的绝缘缺陷、 开关机械缺陷等进行智能研判并主动推送预警。场景八：开关柜状态智能研判。 对开关柜异常暂态地电压幅 值、红外测温数据、特高频 / 超声局放幅值

21、及相位、高频接地电流 幅值、 SF6 微水含量、开关分合闸线圈电流幅值等状态量进行多 源数据融合计算分析；同时通过与开关柜设备信息、历史试验数 据及巡检数据等信息进行纵向比较，进一步验证分析结果是否可 靠合理，从而实现对开关柜缺陷的主动识别，对穿柜套管、电缆 出线接头等部件发热、各类绝缘缺陷、开关机械缺陷等进行智能 研判并主动推送预警。4. 倒闸操作一键顺控 基于传感监测、边缘计算、智能判别及自动控制等手段，转 变以现场操作为主的传统倒闸操作模式，实现自动顺序执行的一 键顺控，减少无效劳动，降低误操作风险，提升运检效率效益。场景九：倒闸操作一键顺控。 通过位置接点、互感器、压力 传感器、监控视

22、频、姿态传感器等传感设备，实时采集设备状态 信息，传输至集控装置，通过边缘计算，利用阈值判断、模式识 别等方法，判别设备分合闸状态和带电状态，判别结果实时传输 至监控主机，监控主机根据判别结果分析操作条件是否满足及操 作是否到位，替代传统操作中的人工现场确认，最终实现倒闸操 作的远方自动顺序执行。当顺控程序执行异常时，监控主机还可 通过集控装置下达指令，调动异常设备附近监控视频或巡视机器 人，分析异常原因，提供决策依据。5. 变电主辅设备智能联动 目前变电站主设备状态感知与辅助设备控制系统均为独立配 置，在发生异常情况时，主、辅设备不能有效联动，主设备实际 运行状况不能立体呈现，还要依赖人员到

23、现场查看和反馈，亟需 利用物联网技术实现主辅设备联动，快速处置设备异常情况。场景十： 变电主辅设备智能联动。 如发生预警、 异常、故障、 火灾、暴雨、雷电、等情况，系统通过物联网设备感知研判后， 主动启用机器人、视频监控、灯光、环境监控、安防、消防等辅 助设备，立体呈现现场的运行情况和环境数据，实现主辅设备物 物互联、智能联动、协同控制，为设备异常判别和指挥决策提供 信息支撑。（二）输电设备应用场景规划 利用高质量、低成本、模块化、易于大面积推广的覆冰、舞 动、微气象等各类新型传感器，对重要输电线路、高压电缆等本 体及通道环境（线路“三跨” 、密集输电通道区段、一级和二级电 缆隧道等）开展状态

24、监测，及时获取本体及通道的动态信息，提 高输电线路状态感知的智能化水平。1. 输电线路本体智能监测场景十一：输电线路覆冰监测预警。 按照各省公司输电线路 覆冰区域分布图， 选取中、 重冰区的典型位置 （迎风山坡、 垭口、 风道、大水面附近等易覆冰特殊地理环境区）部署覆冰在线监测 终端，及时获取输电线路导线覆冰动态信息、微气象数据和图像 数据。结合近区的自动气象站、观冰点 / 站，获取区域的气象和覆 冰数据，对目标杆塔覆冰、气象和图像数据进行边缘计算，实现 覆冰预警。场景十二：输电线路舞动监测预警。 按照各省公司输电线路 舞动区域分布图，选取二级及以上舞动典型区域，部署输电线路 加速度原理舞动监

25、测终端，通过加速度传感器感知线路振幅和频 率信息，结合气象和图像信息进行预警；部署新型北斗舞动监测 终端，基于北斗差分定位原理， 计算导线舞动幅值、 频率等信息， 发送到平台层，平台层结合气象及图像数据对舞动进行预警。场景十三：输电线路连接金具温度监测预警。 在输电线路耐 张线夹、接续管、引流板处部署自取能无线测温传感器，实时监 测连接金具发热情况，对重要交叉跨越、满载 / 重载线路等大负荷 线路进行监测，相关监测数据通过汇聚节点传输到平台层。在需 要提高现有输电线路输送容量的线路上，结合输电线路动态增容 感知设备，实现线路动态增容的准确监测。场景十四：输电线路地质灾害在线监测。 在线路地质灾

26、害风 险较高区段的杆塔塔基安装位移传感器和雨量监测仪，监测塔基 位移和降水情况并传输至后台，后台通过数据综合分析，提前预 测杆塔潜在的细小位移，并分析其变化趋势，实现对杆塔塔基位 移变化的实时监测。场景十五：输电线路振动监测预警。 在线路跨越通航江河、 湖泊、海峡等大跨越、大档距风振易发区段，部署输电线路微风 振动监测传感器采集导地线微风振动波形、弯曲振幅等数据，通 过汇聚节点计算出导地线监测点处的弯曲振幅、频率、动弯应变 等，结合气象监测信息进行预警；在大风区特高压线路杆塔杆件 上，部署输电线路杆塔振动监测传感器采集振动、气象、图像视 频等数据信息并接入到汇聚节点进行边缘计算，通过振动、气象

27、 和图像视频的智能联动，实现对杆塔振动的预警。场景十六：输电线路杆塔倾斜监测预警。 在采空区、 沉降区、 土质松软区、淤泥区、易滑坡区等不良地质区域部署输电线路杆 塔倾斜监测终端，采集杆塔倾斜倾斜角和倾斜度等信息，通过汇 聚节点接入到后台，对杆塔倾斜进行监测预警。2. 输电线路通道环境监测预警 场景十七：输电线路通道可视化监控。 在输电线路“三跨” （跨越高速铁路、高速公路和重要输电通道）等重要交叉跨越区 段、外力破坏多发区段以及线路高风险区段，安装部署可视化监 控装置，采用定时拍照、召唤拍照、现场短视频录制或实时视频 等方式并在节点设备进行边缘计算，结果上传至平台层，实现对 输电线路通道防护

28、区的远程监控和通道隐患的智能识别。场景十八：基于环境监测的输电通道预测预警。 结合输电通 道现场巡检、微气象在线监测、自动气象站等现场数据，并考虑 雷电、覆冰、山火、台风、地质灾害、舞动、气象等 7 大中心集 成的预警数据，构建统一数据模型，实现跨专业多系统海量数据 融合，应用人工智能技术，建立基于输电通道环境监测信息的通 道预测预警模型，实现输电通道大尺度预警和重点通道精细微观 化预警定向推送。3. 高压电缆隧道智能监测 场景十九：高压电缆隧道智能监测。 根据电缆通道的重要程 度分级，安装相应传感器，实现电缆本体监测参量（高频局放、 测温、接地环流）、电缆隧道环境参量 （水位、 气体、隧道内

29、温度、 通风、视频监控、井盖监控、火灾报警、重点区域自动灭火、隧 道结构震动监测）的实时监测，实现电缆本体及隧道环境参量全 面感知，并将数据通过实时上传至具备边缘计算功能的接入节点， 接入节点将监测数据通过网络层上传至平台层， 实现各业务系统、 个人移动终端、 APP 、智能巡检机器人的共享，为缺陷、隐患的 及时发现、处置提供保障。（三）输变电设备智能巡检 利用电力物联网，基于“移动化” 、“标准化”、“规范化”改 造传统作业模式，实现输变电巡检现场作业的电子化、信息化、 规范化和智能化，最大限度减少漏检、错检，提高巡检现场作业 的质量和效率，保证设备长期高效稳定运行。场景二十：输变电巡视流程

30、智能管控。 运维人员将变电站或 输电线路的巡视方案录入位于物联网平台层的后台管理系统。巡 视前工作人员将方案下载至移动作业终端，按照方案要求开展巡 视。巡视时利用作业终端读取设备的 “实物 ID ”，获取设备台账、 巡视项目等信息。完成巡视后，后台将此次巡视数据与历史巡视 数据对比，如有异常可主动预警并提示工作人员开展相关工作。 检测过程中， 移动作业终端随时提醒工作人员未完成的检测项目， 避免漏项。场景二十一：输变电检修流程智能管控。 检修人员使用移动 作业终端读取输变电设备的“实物 ID ”，获取设备相应的检修项 目、作业流程等信息，按照标准化流程要求逐条执行检修任务。 作业人员将检修前、

31、中、后的图片数据传输到平台层，检修作业 完成后，检修人员提交工作结束申请，系统智能分析判断所有流 程是否全部执行，作业质量是否符合标准，实现对输变电设备和 作业人员的全方位监视，对作业过程和作业质量的全过程管控。场景二十二：变电站机器人巡检智能管理平台。 目前，站内 智能机器人多采用“点对点”的单独管理模式，机器人接入物联 网后，可在物联网平台层建立机器人巡检智能管理平台，集中管 控所有机器人。平台根据巡检方案，结合站内气象传感器传回的 天气信息，安排机器人开展巡视工作。利用站内汇聚节点/ 接入节点的边缘计算能力，就地计算分析大部分机器人巡检数据，部分 重要数据传回管理平台进行分析并储存，为其

32、他决策分析提供数 据支撑。发现数据异常后，平台主动发出预警、自动读取异常设 备的 PMS 台账信息并通知工作人员组织带电检测、 停电检修等相 关工作。场景二十三：无人机巡检。 通过无人机搭载可见光镜头、红 外镜头、雷达等传感器，采取人工操作、航迹规划或自动驾驶技 术，将采集的图像、视频以及雷达数据等信息进行边缘计算，并 将计算结果传输至监控中心，实现输电线路杆塔本体和通道的周 期性巡检和精细化巡检，及时掌握输电线路各部件运行情况及沿 线情况，实现输电线路的安全稳定运行。（四）输变电现场安全管控 在巡视、操作、检修过程中，输变电运检人员存在不规范使 用安全工器具、随意使用解锁钥匙、误入带电间隔、

33、误登杆塔、 误挂（拆）漏拆接地线、失去工作监护等问题，极易造成人身伤 害和误操作事故，给人身和设备安全带来较大隐患。亟需借助物 联网技术，加强安全用具管控，强化防误入带电间隔、防误登杆 塔措施，实现作业现场的有效管控。场景二十四：安全用具智能化管控。 基于输变电运行操作人 员的手机或者手持终端 APP ，配备具有近场通讯功能传感器的安 全用具以及动态授权功能智能锁具的存储柜 （箱），通过操作人员 身份识别授权、安全用具与存储柜（箱）存用捆绑组网、操作人 员与安全用具取用捆绑组网等物联网技术，实现操作人员、安全 用具、智能锁具的人物互联、物物互联和安全用具的使用管理信 息化、规范化、智能化，避免

34、人身伤害和误操作事故的发生。场景二十五：变电运检人员作业行为智能管控。 应用变电运 检人员的手机或者手持终端 APP ，配备具有位置信息和近场通讯 传感器的设备间隔边界、 现场视频监控、 移动云台等物联网技术， 通过边缘计算进行作业人员入场检测、 分组定位、 电子围栏布设、 作业范围划分、区域检测、运动检测、作业监控、违规告警，实 现运检人员、设备间隔、作业范围的人人互联、人物互联，避免 运检人员误入带电间隔或失去工作监护情况发生，确保运检人员 人身安全。场景二十六：输电线路接地线智能管控。 将接地线通过北斗 进行定位，实时监控接地线挂设位置，实现输电运检人员与接地 线互联、接地线与后台互联，

35、在误挂（拆） ，漏挂（拆）接地线后 对运检人员进行警告，确保人员设备安全。场景二十七：变电运维检修智能管控。 应用变电运检人员的 手机或者手持终端 APP ，配合具有动态授权、近场耦合供电及通 讯功能的智能锁和智能钥匙等物联网设备，通过边缘计算技术、 智能锁和智能钥匙之间近场耦合供电通信技术、防破解功能的动 态授权加密技术、锁的开闭状态实时监测技术，实现对于电气箱 等设备的安全管控。被授权的运检作业人员可在授权的时间及范 围内对智能锁进行开（闭）锁作业，在作业时使用智能钥匙对智 能锁进行充电并实现开（闭）锁，并将执行结果及运维作业内容 上传到动态安全管控系统，运维数据可服务于电力设备的全寿命

36、周期管理，提高运维效率并提升运维作业人员的行为安全和设备 本质安全。（五）人工智能图像识别技术应用场景规划 随着生产现场设大量的视频监拍图像装置布设， 以及无人机、 直升机、移动终端等智能装备的应用，将采集到的视频图像数据 传送到具有边缘计算能力的接入节点， 通过有线 / 无线网络在上送 到平台层，辅助识别生产现场环境风险、设备异常和人员作业行 为违章，及时发现和预警隐患风险，切实提高电力生产作业现场 的管控能力。场景二十八：变电站立体安全防护。 为提高防范等级，在传 统电子围栏等安防传感器基础之上，加装高清视频装置，实现对 变电站周界环境全面感知。将安防传感器、高清视频等数据传送 到边缘计算

37、节点， 具备全景可视、 越界智能分析、 视频跟踪预警、 声光爆闪、语音警告等功能，实现站内安防设备之间互联互通、 智能联动，及时向运维人员推送预警信息，到达全方位的变电站 立体安全防护目标。场景二十九： 输变电巡视中设备缺陷 / 隐患风险及时发现和消 缺。 将无人机、直升机、视频图像装置在输变电巡视作业采集到 的巡视图像， 在边缘计算接入节点对输变电设备缺陷 / 隐患进行初 步分析和判断， 再将数据上送至平台层， 及时发布缺陷 / 风险识别 , 指挥协调智能装置和运检人员精细化作业，及时消除缺陷，保障 电力安全生产。五、标准体系建立（一）标准体系建立必要性 在应用合法性方面， 各厂家传感器所采

38、用的私有协议不符合 国家正在规范的“微功率短距离无线电发射设备和技术”相关法 规要求，存在违反国家相关法律法规的风险。在协议统一性方面， 各厂商产品私有协议间无法相互兼容， 形成各自封闭体系，导致传感网系统大量重复建设，无线频谱资 源无序利用。在技术先进性方面， 通用无线通信协议无法完全适应电力行 业长距离、多态组网、低功耗等业务需求，需要针对电力业务需 求进行有针对性的网络协议优化设计。在装备可靠性方面， 传感器、网络节点等设备的技术参数要 求与检测方法标准尚不统一，无法对其可靠性和运行寿命进行有 效评估。（二）标准体系框架 从提升输变电设备物联网的“互联互通”能力与系统可靠性 两个方面入手

39、，将输变电设备物联网标准体系分为 通信协议与规 约和 装备技术规范 两部分，如图 3 所示。传感器数据通信规约微功率无线网通信协议节点设备组网协议边缘计算应用软件接口技术标准系统网络管理协议微功率无线传感网模组技术规范I* 云»!节点设备技术规范IK f 传感器技术规范物联网管理与应用平台汇聚节点汇聚节点（中继）信号编码/ 解码信号发射/: 接收 弓! V IV信号解码/ 编码-11信号发射/信号发射/接收1接收_边缘计算jr:信号接收信号发射/ 接收边缘计算网络层链路微功耗 传感器信号解码/ 编码低功耗传感器 -+信号采集微功耗无线链路威* 甲专.信号编码低功耗无线链路I信号发射/

40、 接收图3输变电设备物联网标准体系框架通信协议与规约， 包括输变电设备物联网微功率无线网通 信协议、输变电设备物联网节点设备无线组网协议、输变电设备物联网传感器数据通信规约、输变电设备物联网边缘计算 应用软件接口技术标准、输变电设备物联网系统网络管理协议装备技术规范，包括输变电设备物联网传感器通用技术规 范、输变电设备物联网微功率无线传感网模组技术规范、输变电设备物联网节点设备技术规范。六、关键技术研究与装备研发（一）传感器关键技术研究与装备研发为实现设备管理对象全面感知，提高物联网传感器的可靠性、 经济型、有效性，重点从微功率无线通信技术、传感器能量收集 技术、高寿命电池选型技术等方面开展研

41、究，并全面研制系列输 变电设备物联网传感器。1. 微功率无线通信技术研究 研究面向输变电设备物联网的标准化微功率无线网通信协议 技术（详见附录一） ，优化设计微功率无线通信模组， 实现 20mA 以下峰值脉冲电流的无线通信，满足电池供电、自取能类传感器 的微功率通信需求。建立微功率协议一致性检测平台，确保微功 率无线传感器与通用网络节点设备“互联互通” 。2. 传感器能量收集技术研究 研究电流感应、电压感应、温差取能等能量收集技术，优化 设计传感器取能模块，提高微功率无线传感器长时间运行能力。3. 长寿命电池选型及测试技术研究 研究传感器电池选型及测试技术，形成物联网传感器电池选 型方法，建立

42、传感器电池性能测试平台。4. 全面感知智能传感器研制 研制输变电设备物联网系列传感器，满足电力设备、设施等 管理对象全方位感知需求，包括：架空线路设备感知装备： 微气象传感器、导线电流传感器、 温度传感器、倾斜角度传感器、对地距离传感器、微风振动传感 器等；电缆线路感知装备： 局部放电传感器、气体传感器、光纤测 温传感器、接地环流传感器、水浸传感器等。变电设备感知装备： 接头温度传感器、环境温湿度传感器、 伸缩节长度传感器、电容器形变传感器、 SF6 气体密度传感器、 特高频局放传感器、超声波局放传感器、暂态地电波传感器、断 路器机械特性传感器、振动传感器、避雷器泄漏电流传感器、铁 芯电流传感

43、器、油色谱监测装置、声波传感器等。辅助设施传感器： 水浸传感器、环境温湿度传感器、安防红 外传感器、气体传感器等。（二）传感网系统、边缘计算关键技术研究与装备研发 为实现传感器网络全业务场景覆盖和前端感知层就地运算， 提高感知层的统一性、可靠性、经济性及智能化水平，从传感器 网络组网技术、边缘计算技术两方面开展研究，并研制系列网络 节点设备。1. 低功耗无线传感器网络技术研究 研究面向电力设备管理业务现场的网络节点设备无线组网协 议（详见附录二） ，实现自适应调制、自动组网与路由、防冲撞多 址、时间同步等功能：自适应调制： 针对不同电力设备管理业务现场组网需求，通 过自适应调制技术选择合适的调

44、制解调方式，保证网络设备和低 功耗传感器的无线传输能力及无线电抗干扰能力。防冲撞多址机制： 针对海量异构数据接入需求，通过随机接 入和轮询接入的混合多址方式，分别支持小数据量的突发传输和 大数据量的连续传输，有效避免无线通讯相互冲撞。时间同步机制： 针对避雷器泄漏电流、局部放电等需要时间 同步的电力传感器应用，在协议中建立基于无线通信协议的同步 机制，实现相对时间坐标系下的传感器自同步。2. 物联网边缘计算技术研究针对海量传感器接入与运算需求，研究面向设备管理业务的边缘计算框架技术，建立标准化边缘计算 APP化就地搭载和远程配置机制，实现“数据就地计算、算法远程配置、接口标准统一”边缘计算体系

45、各部分功能定位如图4所示3. 标准化网络节点设备研制研发标准化网络节点设备，包括汇聚节点和接入节点，实现 感知数据就地边缘计算，并建立 6种典型的传感器和节点设备组 网方案，满足设备管理现场不同业务应用需求：（1）在变电站组网方面，采用标准化的汇聚节点和接入节点， 根据不同的应用需求建立 4种组网方式，如图5（a）所示： 方案1 :针对电池供电、自取能的微功率传感器，采用双层 组网方式，传感器通过微功率无线传感网与汇聚节点连接，汇聚 节点、接入节点间采用低功耗无线传感网组网，通过接入节点对接网络层方案2 :针对局部放电、泄漏电流等 采样频率低、单次采集 功耗大的低功耗传感器，采用低功耗传感网进

46、行组网。低功耗传 感器直接与接入节点连接，或经由一个或者多个汇聚节点与接入 节点连接，通过接入节点对接网络层。方案3 :针对传统的在线监测传感系统无线化改造需求，将 传统有线传感器（或者 IED）与汇聚节点进行有线连接或内部集 成。汇聚节点、接入节点间采用低功耗无线传感网组网，通过接 入节点对接网络层。方案4 :针对室内环境等具备有线网络布线条件的情况，将 汇聚节点采用有线方式与接入节点连接，降低无线网络结构复杂 度。汇聚节点向下可接入有线传感器、低功耗传感器、微功率传 感器。微功率无线传感网方案i:脅方案2方案3方案4图5传感器网络拓扑结构（a ）变电站组网方案（2）在线路组网方面，采用标准

47、化汇聚节点、接入节点，根 据不同应用需求建立 2种组网方式，如图5（ b）所示：方案5 :针对线路传感器逐塔配置的链状分布情况，采用双 层组网方式，传感器通过微功率无线传感网、低功耗传感网或有 线电缆等方式与就近的汇聚节点或接入节点连接，汇聚节点、接 入节点间采用低功耗无线传感网进行链状多跳组网，最终通过接 入节点对接至网络层。方案6 :针对传感器零星部署的线路传感器，通过微功率无 线传感网、低功耗传感网或有线电缆等方式直接与接入节点连接， 并通过接入节点对接数据至网络层。有线传感器微功率接入协议低功耗MESP协议有线通讯协议微功耗无线传感器 O 低功耗无线传感器 II接入节点 汇聚节点图5传

48、感器网络拓扑结构（b）线路组网方案（三）输变电设备物联网安全防护体系按照电力监控系统安全防护规定（2014年第14号令）、电力监控系统安全防护总体方案（国能安全201536号）的要求，遵循全业务泛在电力物联网（SG-elOT ）顶层设计规范，从感知层、网络层、平台层三个层级，对输变电设备物联网进行 安全防护。1. 感知层安全防护2!感知层通过传感器的网络接入认证、安全芯片、算法加密、 传输数据加密等关键技术，保障输变电设备物联网的底层接入安 全。在加密芯片方面， 研发国密 SM7 微功耗加密芯片， 芯片待机 功耗不高于1卩W可实现窄带传感网数据的认证加密。在微功耗传输协议加密方面 ,采用基于国

49、密 SM7 算法的单向流加密模式， 通信双方使用内置密钥对报文进行加密，实现微功率协议的业务 和控制信道加密。在节点组网协议加密方面，采用基于国密 SM7 算法的动态密钥加密模式，实现节点设备间、节点设备与低功耗 传感器间的高安全性动态加密。2. 网络层安全防护 设置安全接入区，使输变电设备物联网接入节点在接入管理 信息大区内网网络时，在各自专用通道上使用独立的网络设备组 网，实现区域物理隔离。接入节点采用国网公司 APN 虚拟专网、 电力无线专网、本地无线接入和本地有线内网四种方式，通过网 络层向平台层传输数据。（1 ）APN 虚拟专网： 在接入节点绑定安全 TF 卡或安全芯 片、安装 SI

50、M 卡，经过运营商 APN 虚拟专网，通过安全接入网 关和信息网络隔离装置接入信息内网。（2）电力无线专网：在接入节点绑定安全 TF卡或安全芯片， 安装专用 SIM 卡，经过电力无线专网，通过安全接入网关和信息 网络安全隔离装置接入信息内网。（ 3）本地无线接入： 接入节点通过信息网络安全接入网关 （ III 型）就地安全接入站内信息内网，再通过有线方式与主站服务端25通信。(4)本地有线内网：在确保接入设备通过国网公司选型测试 和安全检测，接入业务系统通过安全防护方案评审、公司安全测 评和等级保护测评前提下，接入节点通过光纤/网线等有线方式直 接接入站内内网与主站服务端通信。3. 平台层安全

51、防护遵循国网公司信息安全防护总体框架体系、国家信息系统安 全等级保护要求和国家电网公司管理信息系统安全防护技术要 求(Q/GDW 1594 2014)，按照“分区分域、安全接入、动 态感知、全面防护”的安全策略，制定平台层应用安全防护等级。 从物理安全、边界安全、应用安全、数据安全、主机安全、网络 安全及终端安全等方面对系统进行安全防护设计，最大限度保障 平台层的安全、可靠和稳定运行。输变电设备物联网安全防护体图6输变电设备物联网安全防护体系25（四）平台层关键技术研究 为解决物联网系统多协议数据接入、前端设备远程管控、海 量异构数据运算、算法灵活多变的应用需求，开展 开放式网关技 术 、 开

52、放式算法扩展坞技术 、流式数据分发及多引擎处理 技术的 研究，建立物联网管理与应用平台。1. 开放式接入网关技术研究 针对物联网平台系统数据协议多元化接入难题， 采用基于 CTI 的开放式 VoIP 网关驱动等技术， 实现 MQTT 、Modbus 、OPC 、 BACnet 、 HTTP 等主流物联网协议的无缝接入，各类传感设备、 传输节点、诊断系统间的数据共享，以及跨传感器数据的融合智 能诊断。2. 开放式算法扩展坞技术研究 针对物联网传感数据类型和诊断算法多样化的特征需求，开 展开放式算法扩展坞技术研究，建立统一的算法 I/O 接口定义， 实现专家算法、神经网络等算法程序的标准化调用，为

53、物联网数 据智能诊断提供统一平台。3. 流式数据分发及多引擎处理技术研究 针对物联网后台异构数据计算需求多元化的问题，基于 Stream MapReduce 等技术构建高可用、低延迟、高扩展、高吞 吐的流式分发引擎，针对实时计算、离线计算、流式计算、机器 学习计算，自适应调用相应计算引擎，确保系统快速响应海量数 据计算需求。（五）物联网管理与应用平台研发 在上述平台层技术应用基础上，开发输变电设备物联网管理 与应用平台，区别于传统的有中心化集中监控与应用平台，主要 具备以下特点：1. 可灵活扩展的数据接入与展示 通过开放式接入网关、可配置传感器数据表、智能图表等技 术，支持新型传感器数据快速配

54、置、接入与界面展示，应对不断 涌现的新型物联网传感器类型。2. 统一数据接口与算法快速部署 平台提供包括物联网感知数据在内的全业务数据接口，通过 公式编辑器、算法扩展坞等技术，实现数据算法的快速部署与应 用。3. 面向基层创新的物联网管理模式 平台向一线班组提供传感器数据、网络接口、分析与计算等 功能，形成以需求带动创新、以平台服务一线的管理模式，充分 发挥基层单位物联网应用的创造力和积极性，促进末端业务改进 提升。七、方案实施计划（一）试点应用阶段（ 2019 年） 结合输变电设备物联网研究基础、应用现状及发展趋势，以 设备类型为维度，以专业需求为导向，开展输变电设备物联网建 设顶层设计，编制工作方案，明确实施计划，制定感知层通信协 议及标准，完善传感器设备技术规范及检测方式，开展 20 站、 20 线输变电设备物联网试点建设。（二）推广实施阶段（ 2020 年）完成输变电设备物联网标准体系建立，在