DOI:10.13882/j.cnki.ncdqh.2020.09.001
EnergyInternet泛在电力物联网能源互联网基于NB-IoT的智能接地线系统
在变电站的应用
王靖晖，黄建林
（长园共创电力安全技术股份有限公司，广东珠海519085）
摘要：NB-IoT网络能力持续增强，应用范围越来越广泛并发挥重要作用。基于NB-IoT的智能接地线管控系统，可防止变电站临时接地线误操作，可缩短无线通信网络的建设周期及减少后期维护量，可实现集控模式下临时接地线的全生命周期管控。关键词：NB-IoT；接地线；变电站；防误中图分类号：TM76随着云计算、人工智能及5G通信技术的发展，造成的错挂、漏拆等误操作问题。无线专用网络需可以满足各类设备间的实时通信及大数据处理要求，要考虑的因素较多，比如位置及周围信号影响，且万物互联的智能时代即将到来，窄带物联网(NB-已在智能家居、智能电能表、智慧城市等领域得到广泛的应用[1-2]。临时接地线作为变电站日常检修工作的必备设备，是保证检修工作人员安全的生命线，其误挂、漏拆等误操作严重影响电网的安全稳定运行。基于NB-IoT的智能接地线管控系统，可防止变电站临时接地线误操作现象的出现，可缩短无线通信网络的建设周期及减少后期维护量，可实现集控模式下临时接地线的全生命周期管控。
需要后期的持续维护量比较大，存在网络搭建及维
IoT)具有深度覆盖、超低功耗、海量连接等特点，护成本高的问题[4-5]。
2窄带物联网
窄带物联网(narrowbandinternetofthings,NB-IoT)是一种支持低功耗设备在广域网内蜂窝数据连接的无线通信技术。它属于低功耗广域网（lowpowerwidearea，LPWA），采用授权频谱技术，具有广覆盖、低功耗、大连接、低成本等特点。为了延长电池使用寿命，采用功率节省模式，即PSM（powersavingmode）模式，此时，终端设备关闭收发信号机，处于休眠状态，不监听网络侧寻呼，无法接收下行数据，只有定时器在工作；当终端设备主动发送数据或者定时器超时后，退出PSM模式进入连续态，连续态可以发送和接收数据，无数据交互超时后进入空闲态；空闲态可收发数据，当接收到下行数据时进入连续态，无数据交互超时后进入PSM模式，如图1所示。
1现有接地线管理系统
的接地线管理系统，由地线控制器、地线柜、地线夹、闭锁桩等组成。系统中每条临时接地线安装有唯一标识的地线夹，地线桩安装于地线柜内，可闭锁地线夹，并通过数据线与地线控制器连接，系统实现了临时接地线的存取规范化管理。
纳入防误的接地线管理系统，的接地线管理系统通过接口与微机防误系统连接，在微机防误系统中建立临时接地线与图形接地点的一一对应关
RURALELECTRIFICATION系，模拟开票时对应接地点的临时接地线会自动解锁，实现了临时接地线存取与倒闸操作票的关联，将临时接地线的操作纳入强制防误闭锁管理[3]。
实时接地线管理系统，通过搭建无线专用网络，实现了实时监控和跟踪临时接地的存取、挂拆状态，从技术手段上有效解决了临时接地线管理使用不当
图1NB-IoT工作三态关系
NB-IoT有个明显的优势是不需要网关，通过物联网卡连接至移动网络，基于云服务的CoAP（con-2020年第9期总第400期
52009第5页共158页CMYK2020-09-0116:00:37
能源互联网EnergyInternetstrainedapplicationprotocol）协议，数据采集后可直接上传到云端，NB-IoT基站由运营商建设并维护，确保网络通信质量和安全。
3系统架构
管理临时接地线的最根本目的是杜绝“带电挂地线”“带地线送电”事故发生的可能，从而保证人员生命及设备安全。“带电挂地线”可以通过防误系统软件的逻辑判断或挂接前的验电操作来有效杜绝；而“带地线送电”事故的发生，是由于对接地线是否真正拆除没有有效的监控手段。以往通过GPRS及Zigbee方式实现了接地线挂拆的实时监控，但上述方案存在一定的局限性，不是构建无线网络成本高就是信号易被干扰，如何快速有效的实现接地线挂拆状态的实时回传，是供电企业急待解决的难题。
临时接地线的操作经历开列操作票、地线柜的存取、现场挂拆、归还于地线柜、结束操作票等几个过程，从现场挂拆到结束操作票需要一段时间，因此对接地线挂拆动作的实时性要求不是太高；而且只须回传接地线的状态及位置信息，对数据量要求也不高。NB-IoT具有信号覆盖深度广、建设及维护成本低、功耗低使用年限长等特点，成为供电企业解决接地线挂拆状态实时回传的不二选择。
基于NB-IoT的智能接地线管控系统主要由接地线集中管控平台、IoT云平台、数据库服务器、web服务器、智能无线地线头组成，其中，智能无线地线头通过NB-IoT网络将地线实时数据上传至IoT云平
图2系统网络架构
时反馈接地线挂拆状态信息，主要由MCU微控器、读码模块、NB-IoT模块、无线充电模块、定位模块、安全模块、时钟模块、电源管理，模块、显示模块组成，如图3所示。其中，MCU微控器是智能无线地线头装置运算、处理及控制的核心；NB-IoT模块负责接地线相关信息的数据通信，接地线相关信息包括接地桩及地线头唯一身份标识码、接地线的位置信息、接地线挂拆时间、接地线挂拆状态等；定位模块提供地线头的地理位置信息，系统可实时
台，IoT云平台通过网线与接地线集中管控平台通信。监测接地线的移动轨迹；无线充电模块通过无线电微机防误系统可通过接地线集中管控平台提供的网络磁感应方式进行充电；时钟模块通过NB-IoT网络校接口通信，将接地线纳入微机防误系统，实现接地线防误操作，具体的系统网络架构如图2所示。
智能地线柜与接地线集中管控平台通过网络方式连接，实现接地线的智能存取管理，与微机防误系统的操作票关联，实现接地线存取操作的联动及RURALELECTRIFICATION闭环管理。同时，用户可通过手持终端App实时监管接地线的操作和查看接地线信息。
4系统实现
4.1智能无线地线头
智能无线地线头采用NB-IoT网络通信方式，实
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图3智能无线地线头的模块结构
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EnergyInternet泛在电力物联网能源互联网准时钟，同步定位模块时钟以确保定位精度；读码模块用于读取现场地线桩的唯一身份标识码，供系统确定接地线的挂接位置；安全模块采用ESAM安全模块，实现接地线数据的安全存储、传输、识别与认证；电源管理模块管理及控制各模块的供电；显示模块控制各指示灯的显示。
接地线归还信息后，结束当前操作票，具体控制流程如图4所示。
5结束语
随着智能城市、大数据时代的来临，国家的大力支持，NB-IoT网络能力持续增强，应用范围越来越广泛并发挥重要作用。基于NB-IoT的智能接地线系统可缩短无线通信网络的建设周期及减少后期维护量，可实时反馈接地线的挂拆状态，接入微机防误系统可有效防止接地线的误操作，实现集控模式下接地线的全生命周期管控。
参考文献
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汤晓石,周刚,徐浩,张捷,胡滨.变电站智能地线管理系统的研制与应用[J].科技与创新,2016（07）:73-74.
图4接地线挂拆流程图
4.2接地线的实时挂拆
微机防误系统开列操作票时，从接地线集中管控平台获取可供使用的接地线，通过防误校核后下发操作票至智能操作终端，同时给接地线集中管控平台下发操作票中待解锁的接地线信息。接地线集中管控平台接收到待解锁的接地线信息后，给智能地线柜下发对应接地线的解锁指令。操作人员从智能地线柜中取出已解锁的接地线，并携带至现场进行接地线的挂拆操作，操作人员将对应的智能无线地线头插入现场地线桩，智能无线地线头通过NB-IoT网络实时将该接地线的挂接信息反馈至接地线集中管控平台，微机防误系统从接地线集中管控平台获取到地线挂接信息后，更新图形信息并锁定图形。操作人员进行现场作业后，将对应的智能无线地线头从接地桩拆除，智能无线地线头通过NB-IoT网络实时将该接地线的拆除信息反馈至接地线集中管控平台，微机防误系统从接地线集中管控平台获取到地线拆除信息后，解锁图形并更新图形信息。操作人员将智能操作终端的操作记录回传至微机防误系统，再将接地线归还至智能地线柜，智能地线柜自动识别是否对应接地线，将接地线归还信息反馈给接地线集中管控平台并启动该接地线无线充电功能。微机防误系统从接地线集中管控平台获取到
（责任编辑：张峰亮）
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来源：《南方电网报》
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