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徐立東?陳德兵?梁長春?岳?強?廖?渠?王?軍

（華北油田第四采油廠，河北廊坊  065600）

 

摘?要：物聯網技術作為一種創新的信息通信技術，正深刻改變著集輸電力設備的傳統維護模式。以往依賴人工定期巡檢和事后維修的模式已無法滿足現代電力系統對安全、效率及智能化的需求。本文探討了物聯網技術如何通過實時監控、數據分析與預測性維護等手段，重塑集輸電力設備的維護策略，為集輸電力設備維護帶來革命性的變化，推動電力行業智能化、高效化發展。

關鍵詞：物聯網技術；集輸電力設備；維護模式

中圖分類號：TP311.5；TP212 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2024）13-0005-03

 

1技術背景

物聯網技術（IoT）作為信息技術與通信技術融合的產物，其核心在于通過互聯網連接物理世界中的各類物體，實現數據的自動采集、傳輸、處理與應用^[1]。這一技術的發展，特別是在傳感器技術、云計算、大數據分析以及機器學習領域的進步，為傳統工業領域，尤其是集輸電力設備維護管理帶來了前所未有的變革機遇。在傳統模式下，集輸電力設備如變壓器、斷路器等關鍵電力設施的維護主要依賴定期人工巡檢和故障后的維修。這種模式不僅效率低下，而且難以及時發現潛在故障，增加了系統運行風險，影響電力供應的穩定性和安全性。隨著電網規模的擴大和對供電可靠性的更高要求，傳統維護方式已難以滿足現代電力系統的運維需求^[2]。

物聯網技術帶來的變革。（1）實時監控與遠程診斷。物聯網技術通過部署在集輸電力設備上的各種傳感器（如溫度、振動、電流電壓傳感器等），實時收集設備運行狀態數據，實現遠程監控。這些數據通過無線網絡傳輸至云端或數據中心，利用云平臺進行即時分析，快速識別異常狀況，減少人工現場檢查的需求^[3]。（2）預測性維護。結合大數據分析和機器學習算法，對歷史及實時數據進行深入挖掘，可以預測設備的健康狀況和潛在故障，提前采取維護措施，從被動響應轉變為預防性維護。這顯著降低了突發故障率，延長了設備使用壽命，同時優化了維護資源分配，減少了不必要的維護成本。（3）智能管理與決策支持。通過整合物聯網收集的數據與企業管理系統，可以實現維護計劃的自動化調度，優化維護流程，提升運營效率。同時，基于數據的洞察為企業決策提供了科學依據，助力管理層作出更加精準的戰略規劃。（4）能源互聯網集成： 物聯網技術也是構建能源互聯網的基礎之一，它促進了電力系統與其他能源系統的深度融合，實現跨系統數據共享與協調控制，為電網的靈活性、互動性及高質量發展奠定了基礎。

綜上所述，物聯網技術通過提高維護活動的智能化、自動化水平，顯著改善了集輸電力設備的維護效率與可靠性，推動電力行業向更加智慧、高效、安全的方向轉型。

2創新思路及制作

2.1創新思路

（1）智能感知與預測性維護。利用先進的傳感器技術，如溫度、振動、電流電壓傳感器等，實時監測集輸電力設備的運行狀態。這些傳感器不間斷地收集設備的各項參數，通過物聯網傳輸至云端平臺。結合大數據分析與機器學習算法，平臺能識別異常模式，預測潛在故障，從而從被動維護轉變為預測性維護。這意味著可以在故障發生前進行干預，減少突發停機，提高設備可用性和壽命。

（2）資產健康管理平臺。建立一個綜合資產健康管理平臺，整合來自不同集輸電力設備的數據，提供統一的視圖和分析工具。該平臺不僅能展示實時狀態，還能基于歷史數據和算法模型，生成維護建議、優化維護計劃，甚至自動調度維護資源^[4]。平臺還可支持移動應用，使現場工程師能快速訪問設備信息，接收任務指令。

（3）增強現實輔助維護。結合增強現實（AR）技術，為現場維護人員提供直觀指導。通過AR眼鏡或移動設備，工作人員可以看到設備的虛擬疊加信息，如故障部位標識、維修步驟動畫等，大幅提高維修效率和準確性，同時降低培訓成本。

（4）邊緣計算與即時響應。在靠近設備端部署邊緣計算節點，處理關鍵數據，實現即時分析與決策。這有助于快速響應緊急情況，減少數據傳輸延遲，確保關鍵操作的即時執行。比如在檢測到設備過熱時，立即啟動冷卻系統，避免事故擴大。

2.2制作實施步驟

（1）需求分析與規劃。確定關鍵集輸電力設備的維護痛點，制訂物聯網解決方案的目標和預期效益。

（2）技術選型與設計。選擇合適的傳感器、通信協議、云平臺服務和數據分析工具設計系統架構，確保數據安全與隱私保護^[5]。

（3）原型開發與測試。開發系統原型，包括硬件部署、軟件編程和云端平臺搭建，進行實驗室和現場測試，驗證系統的功能和性能。

（4）集成與部署。在實際環境中集成系統，進行大規模部署，確保所有設備與系統順暢對接。

（5）培訓與優化。對維護團隊進行系統使用培訓，收集反饋并持續優化系統性能，根據實際運營數據調整預測模型和維護策略。

（6）持續監控與維護。持續監控系統運行狀況，定期評估維護效果，不斷迭代升級，以適應電網變化和新技術發展^[6]。

通過上述創新思路和技術實施步驟，物聯網技術不僅能夠顯著提升集輸電力設備維護的效率和智能化水平，還能從根本上改變傳統的維護模式，推動電力行業的數字化轉型。

3應用效果及效益評價

3.1應用效果

（1）效率提升。物聯網技術的應用顯著提高了集輸電力設備維護的效率。通過實時監控和預測性維護策略，維護團隊能夠在故障實際發生之前采取行動，減少了不必要的現場檢查次數，降低了維護成本，同時確保了電力供應的穩定性和可靠性^[7]。

（2）成本節約。預測性維護減少了因突發故障導致的緊急停機和維修，這不僅減少了直接的維修費用，還避免了因停電造成的生產損失。長期來看，設備的生命周期得以延長，整體運營成本降低。

（3）安全性增強。物聯網系統能夠實時監測集輸電力設備的安全指標，如過熱、漏電等，及時預警，有效防止安全事故的發生，保障人員安全和設備完好。

（4）決策支持優化。通過收集和分析大量設備運行數據，管理層可以獲得更加精確的設備性能評估，為資產投資決策、設備升級換代等提供數據支持，實現資源的最優配置。

3.2效益評價

（1）經濟效益。物聯網技術通過預防性維護減少非計劃停機時間，增加生產效率，直接轉化為企業經濟效益的提升。同時，優化維護計劃和資源分配可以減少維護成本。長期而言，整體運維成本的下降將為企業帶來顯著的經濟回報。

（2）社會效益。在公共事業領域，物聯網技術的應用確保了電力供應的穩定可靠，提升了社會公眾的生活質量，減少了因電力中斷帶來的不便和社會成本支出。

（3）環境效益。更高效的設備運行和維護意味著能源使用更加合理，有助于減少能源消耗和碳排放，符合高質量發展的要求，對環境保護產生積極影響。

綜上所述，物聯網技術在集輸電力設備維護模式中的應用，不僅帶來了直接的經濟效益，還提升了設備安全性，增強了決策科學性，同時產生了積極的社會和環境效應，是傳統維護模式向智能化、高效化轉型的重要推動力^[8]。

4面臨的挑戰

物聯網技術在改變傳統集輸電力設備維護模式的過程中，雖然帶來了諸多便利和效率提升，但也面臨著一系列技術挑戰。

（1）實時監測與響應速度。物聯網通過傳感器實時監測集輸電力設備狀態，但確保數據傳輸的低延遲和系統對異常情況的即時響應是一大挑戰，這要求高度可靠的網絡連接和高效的事件處理機制。

（2）預測性維護的精確性。利用大數據分析和機器學習技術預測設備故障，提高了維護的主動性。然而，確保算法模型的精確性，減少誤報和漏報，需要高質量的數據集和不斷優化的算法模型。

（3）能源效率與續航能力。物聯網設備，尤其是部署在偏遠地區的集輸電力設備上的傳感器，其能源供應和續航能力是一個重要考量，太陽能收集技術等可持續能源解決方案的集成與優化是一大挑戰。

（4）環境適應性。集輸電力設備通常在惡劣環境中工作，如極端溫度、濕度、電磁干擾等。物聯網組件需要具備高度的環境適應性和耐用性，確保在各種條件下穩定運行。

（5）成本與投資回報。物聯網技術部署初期涉及較高的硬件、軟件及運維成本，合理規劃投資，確保技術升級帶來的長期效益（如降低維護成本、提高設備可用性）超過初期投入，是企業必須考慮的問題。

（6）技術培訓與人員轉型。物聯網維護模式要求操作人員掌握新的技能，如數據分析、智能平臺操作等。組織內部的技術培訓和人員轉型計劃的制訂與實施，對于成功過渡到新維護模式至關重要。

綜上所述，物聯網技術在傳統集輸電力設備維護中的應用雖充滿潛力，但需克服從技術實施到人員培訓等多方面的挑戰，以實現維護效率與設備可靠性的顯著提升。

5展望未來

物聯網技術在改變傳統集輸電力設備維護模式方面展現出巨大潛力，其未來展望主要集中在以下幾個方面。

（1）智能化與自動化程度加深。隨著AI、機器學習技術的不斷進步，物聯網系統能更精準地預測故障，自動調度維修資源，甚至實現部分維護任務的自主執行，進一步減少人工干預，提高效率。

（2）全面集成與優化。未來的集輸電力設備維護體系將更加集成化，不僅限于單個設備或系統，而且將跨越整個電網，形成智能電網生態系統^[9]。這種全網視角的管理將使資源分配更合理，應急響應更迅速。

（3）邊緣計算與高效數據處理。邊緣計算技術的應用將使數據處理更靠近數據源，減少數據傳輸延遲，提高決策速度。這對于需要即時反應的集輸電力設備維護至關重要，尤其是在處理大量傳感器數據時更加突出。

（4）增強安全性措施。面對日益增長的網絡安全威脅，物聯網技術將整合更先進的加密技術和安全協議，確保數據傳輸和設備控制安全，防止非法入侵和數據篡改。

（5）可持續性和綠色維護。未來物聯網維護模式將更加注重環保和能源效率，利用物聯網技術監控能耗，優化運行策略，減少資源浪費，并促進可再生能源的集成使用。

（6）用戶參與透明度。消費者和企業用戶將通過對用戶友好的界面獲取更多關于電力消耗和設備健康狀況的信息，增加用戶參與度，促進資源的合理使用^[10]。

（7）標準化與互操作性。推動行業標準的建立和完善，確保不同廠商的設備和服務能夠無縫對接，簡化系統集成和維護過程，降低總體應用成本。

總之，物聯網技術在集輸電力設備維護領域的未來應用將朝著更智能、更高效、更安全和更可持續的方向發展，深刻改變電力行業的運維模式。

 

參考文獻

[1] 李毓英.工業互聯網智能網關的研究與實現[J].無線互聯科技,2021(17):13-14.

[2] 王田.移動智能網的過負荷控制機制研究[D].重慶大學, 2002.

[3] 胡章宇,壯而行,王杰.基于智能網關和云平臺的變頻器遠程控制系統設計[J].電子技術,2021(11):112-113.

[4] 邵向陽,尹劍侖,孟令浩,等.基于邊緣計算的電力智能網關模型開發框架[J].電工技術,2023(12):116-118.

[5] 程立,陳桂友,丁浩川,等.基于電力物聯網的配電房智能網關研制[J].湖北電力,2021(5):91-97.

[6] 張文.智能網關及其在變電站監控中的應用研究[D].安徽理工大學,2018.

[7] 程棟橋.高壓電氣設備維檢策略探討[J].科技與創新, 2021(24):56-57.

[8] 楊鵬.高壓電氣設備的維護對策分析[J].電子技術,2021 (7):266-267.

[9] 劉建超.高壓電氣設備檢修試驗中的問題與對策探討[J].內蒙古煤炭經濟,2023(17):175-177.

[10] 唐福勇,清科.新能源、智能網聯成并購突破口[N].中國經濟時報,2017-06-02(4).

 

作者簡介：徐立東（1968—），男，江蘇鹽城人，中石油集團技能專家，首席技師，研究方向：油氣集輸，智慧油田建設，設備運維等。

 

How the Internet of Things Technology Changes the Traditional High-voltage Equipment Maintenance Mode

XU Lidong,CHEN Debing,LIANG Changchun,YUE Qiang,LIAO Qu,WANG Jun

(Fourth Oil Extraction Plant, North China Oilfield Company, Langfang  Hebei  065600)

Abstract:Internet of Things (IoT), an innovative fusion of information and communication technologies, is significantly revolutionizing conventional maintenance regimes for high-voltage equipment. The traditional practices of manual inspections on fixed schedules and post-failure repairs are proving insufficient to satisfy modern power systems' stringent requirements for safety, operational efficiency, and smart management. This paper investigates how IoT, leveraging real-time surveillance, advanced data analytics, and predictive maintenance techniques, is restructuring the preservation strategies for high-voltage assets. This transformation introduces a new era in maintenance, driving the electrical power sector towards higher levels of automation, intelligence, and overall performance optimization.

Key words:IoT technology;high-voltage equipment;maintenance paradigm