李季洋，杜 勇，马丞君，李艳萍

（1.国网辽宁省沈阳供电公司，沈阳 110811；2.国网辽宁省丹东供电公司，丹东 118000；3.国网辽宁省铁岭供电公司，铁岭 112000）

0 引言

随着物联网时代的来临，电力设备逐渐与网络联系起来，其智能化的故障检测功能也为电力事业提供了较大的帮助。传统的电力设备故障信息采集系统存在效率较低、故障信息采集速度慢、信息采集不准确等问题，很难再适用于电力设备规模越来越大的物联网时代。对于电力企业来说，传统的采集系统大大浪费了资金[1]，而硬件系统与软件系统的维护问题也很难实现[2]，不能高效率和快速的对故障信息进行采集，严重影响了电力集团的运营状态[3]。如果出现信息采集不准确的问题，不但会危害工作人员的生命安全，也会给电力集团带来重创，其经济损失也会比较严重。

文献[4]中提出了基于SAN技术的故障信息采集系统，该系统利用监测功能对信息进行实时的监测，如果出现设备故障信息的时候，就可以依靠该功能进行报警，虽然该系统的实时性较高，但是缺少了实际运作的能力，并不适用于本系统的设计。文献[5]中提出了策略调度的电力设备故障信息采集的系统设计方法，该方法能够在负载均衡的条件下，对故障的信息进行采集，具有速度快的特点。但是该系统设计容易受到外界的干扰，并且系统设计的成本较大，缺乏实用性。

为了达到大量电力设备故障信息采集的目的，基于物联网的电力设备故障信息采集系统设计应运而生。根据故障信息采集系统设计的目的构建了系统的总体框架，并由此对电路复位图进行了设计；针对信息采集分布性强和范围广等特点构建出了软件函数模型，确保信息采集的准确性；设置参数并进行了对比实验。实验结果证明，基于物联网的电力设备故障信息采集系统具有高效信息采集效率与快速的信息采集速度，能够实现故障信息的大量采集与处理。

1 物联网下的电力设备故障信息采集系统总体设计框架

基于物联网环境下的电力设备故障信息采集系统设计的目的就是使故障信息采集的速度变快，提高故障诊断的效率。根据目的构建了系统的总体结构如图1所示。

图1 系统的总体结构

由图1可知，故障信息采集系统主要包括：接收机、故障模块1-m、接口适配器、主控计算机、转换器、双口器、芯片连接、控制设备。

在该系统的总体结构中，故障信息的采集是基于采集装置的基础上进行设计的。故障信息采集系统设计的总线路[6]与模拟[7]的线路共同构建了故障信息采集的区域，并将电力设备故障信息进行采集并传输到主控计算机之中，通过接收机对故障信息预处理的模块来实现电力设备故障信息采集系统的设计。故障信息采集系统设计模拟的路线主要是：将采集系统中故障信息通过接口适配器的调节传送到电力设备故障信息缓冲的区域，由此对系统设计进行准备工作。而故障信息采集系统设计的总线路为：故障信息缓冲区域的信号与接口适配器传输的信号相融合并输入到故障诊断器之中。根据信息采集的情况与故障诊断器的分析，将此分析与信息采集情况连接起来，使信息采集的功能增多，具体的功能主要有：将故障信息采集系统设计的总线路应用到外置式的系统采集器之中，并由此进行信息的缓冲；信息缓冲信号的芯片与外部采集器相连接，实现物联网与电力设备的智能检查；电力设备故障信息智能采集主要是通过主控计算机将信息分配到双口器、芯片连接、控制设备上，并使大量的信息稳定在一定的范围内，方便信息的采集[8]。

2 电力设备故障信息采集系统设计

2.1 故障信息采集系统硬件设计

基于总体构架的故障信息采集硬件设计的模块主要有：信息同步、电路复位、设备内部故障触发装置、采集器程序加载、故障信息接口。电力设备故障信息采集系统中信息的同步应选择8个采集信息的模块，并将调节电路的运行状态进行反馈采样，其线性动态可在-10～40db的范围内波动[9]。基于物联网环境下建立智能信息采集功能模块，并对采集的模块进行设计。

基于物联网环境下的故障信息采集离不开电路模块，电路复位图如图2所示。

在电力设备故障信息采集电路的端口放置电源低通滤波，确保输出的电压具有稳定性能。通过电路复位端口故障信息自定义的缓冲模块，使故障信息能够实时的向主控计算机通信。基于物联网环境下的故障信息采集电路复位模块可以设计出与外部电力设备接口能够直接相连的信息转换器。将8个信息接收通道改为16个信息通道，并且使用±30V的双极性[10]电源。针对系统设计中信息储存容量的扩展，需要使用转换序列代码来实现；针对设备外部接口电路的控制，需要采用智能增益的双向通道，并与采集器相连接，将外部设备电源与内置电源相连通，使大量采集的信息全部存储，从而使采集的信息具有一定的自适应能力。

图2 故障信息采集电路图

2.2 故障信息采集系统软件设计

基于总体构架的故障信息采集系统软件设计的目的就是使采集到的信息具有准确性。在物联网环境下软件部分的信息采集具有分布性强和范围广等特点，因此，软件部分的设计需要分成不同的层次分别是：储存层、访问层。储存层：能够储存一定的电力设备故障信息，进行信息采集后，对采集器下达命令，并将采集的信息与逻辑思维相结合，准确的判断出电力设备故障的位置，通过位置信息的确定，将指令下达到访问层，从而实现物联网环境下的故障信息的采集；访问层：访问层的功能主要对信息采集、读取、更新、确认与删除。

故障信息采集系统软件设计中算法也扮演着重要的角色。解决正常情况下信息问题可以用式(1)来表示：

而故障信息采集的函数可以用式(2)来表示：

式(2)中：k1,L,km∈ 2m为m 个信息的向量；为信息的损失数量；y表示的是函数的系数；δ表示的是共轭函数；a表示的是原始信息变量；b表示的是故障信息函数的变量；t≥0为函数参数。

每一个信息变量ci对应着一个储存变量的Di，当：

由式(3)可以得到约束性的软件函数模型：

其中：F属于n项故障信息的矩阵；t＞0是信息约束的参数。

3 实验结果与分析

为了验证基于物联网的电力设备故障信息采集系统设计的合理性，进行了实验。

3.1 实验步骤

1）首先基于总体构架的故障信息采集系统设计框架设置实验参数，为实验提供数据；

2）选择某公司，并让公司员工同时将电力设备故障信息上传，及时记录该系统中信息采集速度，由此进行数据分析；

3）将传统电力设备故障信息采集设计与本文系统进行对比，并得出实验结果；

4）根据上述实验内容与实验结果得出实验结论。基于总体构架的故障信息采集系统设计框架，其系统的参数设置如表1所示。

表1 参数设置

3.2 数据分析与结果

选择某公司，并让公司员工同时将电力设备故障信息上传，及时记录该系统中信息采集速度的变化，如表2所示。

表2 信息采集速度速度变化数据

由表2可知，两个员工的将电力设备故障信息上传，其系统采集的速度与5个、10个、50个、100个员工的上传信息，并采集的速度相差不大。

根据表2中的对信息采集的速度来检测电力设备系统设计中采集故障信息量的大小如图3所示。

图3 电力设备系统设计中采集故障信息量的折线图

电力设备系统设计中采集故障信息量时，其信息量的大小并不影响信息采集的速度，随着时间的流逝，信息采集量的涨幅稍微将低。

传统的电力设备故障信息采集效率较低，对故障信息的采集量较少，速度也相对较慢，目前随着电力设备故障现象出现的越来越频繁，传统的系统已经很难再适用，为此，设计了基于物联网环境下的电力设备故障信息采集系统，该系统能够快速的融入到现代社会发展之中。将传统的故障信息采集系统与基于物联网环境下的故障信息采集系统的效率进行对比，其对比结果如图4所示。

图4 两种采集系统效率对比

由图4可知，基于物联网的电力设备故障信息采集系统具有较好的故障信息判断性能，能够提高故障信息采集效率，随着时间的增加，其故障信息采集效率可接近99%，与传统的系统相比，本文系统的设计更具有合理性与价值性。

而传统的故障信息采集系统与基于物联网环境下的故障信息采集系统的采集的速度大小对比如图5所示。

图5 两种故障信息采集系统的速度对比

由图5可知，基于物联网的电力设备故障信息采集系统具有较快的采集速度，与传统的系统相比，能够更快的对故障信息进行采集，从而保障信息采集的准确性。基于物联网的电力设备故障信息采集系统具有高效信息采集效率与快速的信息采集速度，能够实现故障信息的大量采集与处理，为日后的信息采集系统设计奠定了坚实的基础。

4 结束语

物联网时代的来临使电力设备逐渐与网络联系起来，其智能化的故障检测功能也为电力事业提供了较大的帮助。传统的电力设备故障信息采集系统存在效率较低、故障信息采集速度慢、信息采集不准确等问题，很难再适用于电力设备规模越来越大的物联网时代。对于电力企业来说，传统的采集系统不仅大大浪费了资金对于硬件系统与软件系统的维护问题也很难实现，而本文设计的方法不但能够提高采集效率、速度，并且对故障信息采集的也比较准确，提高了电力集团整体的运营状态。

总之，基于物联网的电力设备故障信息采集系统的设计提高了采集的速度，增强了采集的效率，从而确保了信息采集的准确性。通过电路复位模块对硬件系统进行设计可以调节采集系统的控制力度，保证信息采集的有效性，通过对比传统的系统设计可以分析出，本文设计的系统具有良好的故障信息采集能力，并且采集的效率较高，为我国电力事业的扩展提供了有力的帮助。

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