中國(guó)報(bào)告大廳網(wǎng)訊，2025年，變電站行業(yè)朝著智能化、高效化、安全化方向加速轉(zhuǎn)型，電網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)展與電力負(fù)荷的多元化增長(zhǎng)，對(duì)變電站設(shè)備監(jiān)控的實(shí)時(shí)性、可靠性提出了更高要求。據(jù)行業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前我國(guó)220kV及以上變電站數(shù)量已突破1.2萬(wàn)座，二次設(shè)備作為變電站監(jiān)控、保護(hù)、控制與通信的核心載體，其運(yùn)行狀態(tài)直接關(guān)乎電網(wǎng)整體穩(wěn)定性，傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸速率、時(shí)延控制、異常檢測(cè)精度等方面的不足逐漸凸顯，難以適配新時(shí)代智能電網(wǎng)的發(fā)展需求?；诖耍诤?G通信超低時(shí)延、高帶寬特性與邊緣計(jì)算分布式處理優(yōu)勢(shì)的新型監(jiān)控技術(shù)，成為破解行業(yè)痛點(diǎn)、推動(dòng)變電站技術(shù)升級(jí)的關(guān)鍵路徑，相關(guān)系統(tǒng)的研發(fā)與部署對(duì)提升變電站運(yùn)維管理水平具有重要現(xiàn)實(shí)意義。以下是2025年變電站行業(yè)技術(shù)分析。
變電站二次設(shè)備承擔(dān)著監(jiān)測(cè)、控制、保護(hù)、通信等核心職能，是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行的關(guān)鍵支撐。一次設(shè)備負(fù)責(zé)電能的轉(zhuǎn)換、輸送與分配，二次設(shè)備則專注于信息采集、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障分析與遠(yuǎn)程調(diào)控，由測(cè)控裝置、繼電保護(hù)裝置、自動(dòng)化系統(tǒng)、遠(yuǎn)動(dòng)終端、通信設(shè)備等構(gòu)成完整的監(jiān)控體系，助力調(diào)度中心精準(zhǔn)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)采取調(diào)控措施，降低電網(wǎng)故障風(fēng)險(xiǎn)。隨著智能化需求的不斷增長(zhǎng)，變電站二次設(shè)備正朝著高集成度、智能化、遠(yuǎn)程可控方向快速發(fā)展，傳統(tǒng)分層控制架構(gòu)逐步被高效的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式所取代，系統(tǒng)響應(yīng)速度與運(yùn)行可靠性得到顯著提升。通過(guò)優(yōu)化數(shù)據(jù)采集方式，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)設(shè)備間的信息交互能力，提升異常檢測(cè)精度，推動(dòng)二次設(shè)備迭代升級(jí)，助力變電站管理水平邁上新臺(tái)階。
在變電站現(xiàn)場(chǎng)，需結(jié)合各類二次設(shè)備的物理布局與運(yùn)行特性，精準(zhǔn)部署具備高效狀態(tài)感知能力的數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)。采集節(jié)點(diǎn)的布點(diǎn)核心圍繞斷路器、互感器、保護(hù)裝置與遠(yuǎn)動(dòng)單元等關(guān)鍵設(shè)備展開，選用具備強(qiáng)抗干擾能力的多通道傳感模塊，全面采集設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中的電參量及環(huán)境量數(shù)據(jù)。在采集終端外部集成計(jì)算單元，提前完成原始數(shù)據(jù)的壓縮與預(yù)篩選處理，有效剔除無(wú)效信息，避免冗余數(shù)據(jù)進(jìn)入后續(xù)通信環(huán)節(jié)，從而減輕系統(tǒng)整體帶寬壓力。傳輸鏈路采用5G工業(yè)模組，根據(jù)任務(wù)類型動(dòng)態(tài)調(diào)整通道參數(shù)，為高頻數(shù)據(jù)設(shè)置獨(dú)立帶寬保障傳輸效率，常規(guī)參數(shù)則采用統(tǒng)一緩發(fā)模式，提升鏈路通暢率。各采集節(jié)點(diǎn)內(nèi)部預(yù)設(shè)多組任務(wù)觸發(fā)條件，調(diào)度邏輯通過(guò)硬件級(jí)指令直接執(zhí)行，最大限度降低因算法沖突導(dǎo)致的延時(shí)波動(dòng)，保障數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性與穩(wěn)定性。
數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)接入是實(shí)現(xiàn)變電站二次設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程交互的核心環(huán)節(jié)，依托5G通信的超低時(shí)延特性與邊緣計(jì)算的分布式處理能力，可構(gòu)建高效穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸鏈路。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)需精準(zhǔn)匹配二次設(shè)備的信號(hào)傳輸模式，針對(duì)不同類型數(shù)據(jù)流采用分層接入策略，使關(guān)鍵監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與一般運(yùn)行數(shù)據(jù)按照優(yōu)先級(jí)實(shí)現(xiàn)獨(dú)立傳輸，保障核心數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)效。狀態(tài)采集節(jié)點(diǎn)在本地完成信號(hào)采集后，數(shù)據(jù)首先傳輸至邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)處理，隨后再接入核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行后續(xù)傳輸。傳輸過(guò)程中，實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)流量，優(yōu)化信道利用率，提升網(wǎng)絡(luò)資源使用效率。5G網(wǎng)絡(luò)接入采用異構(gòu)架構(gòu)，使低時(shí)延需求任務(wù)通過(guò)高速信道傳輸，大數(shù)據(jù)量信息通過(guò)穩(wěn)定信道傳輸，確保各類數(shù)據(jù)傳輸需求均能得到滿足。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)搭載智能調(diào)度算法，依據(jù)實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整資源分配方案，引導(dǎo)不同類型數(shù)據(jù)通過(guò)最優(yōu)路徑傳輸，進(jìn)一步提升傳輸效率與穩(wěn)定性。
變電站二次設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)評(píng)估，離不開高頻率、低延遲的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支撐。每個(gè)采集節(jié)點(diǎn)按照設(shè)定的時(shí)間片連續(xù)獲取設(shè)備輸出量值，并通過(guò)濾波模塊有效去除周期噪聲干擾，保障原始數(shù)據(jù)質(zhì)量。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的信號(hào)進(jìn)入邊緣計(jì)算單元后，按照電氣量種類進(jìn)行分流處理，對(duì)于高速突變信號(hào)，采用連續(xù)小波變換方法提取時(shí)間-頻率交叉特征，構(gòu)建局部能量密度曲線，精準(zhǔn)標(biāo)記異常上升段與多點(diǎn)頻移段等關(guān)鍵異常特征。在計(jì)算過(guò)程中，對(duì)各特征窗口執(zhí)行穩(wěn)定性判值，結(jié)合預(yù)設(shè)閾值判斷設(shè)備是否存在異常趨勢(shì)。完成局部分析后，節(jié)點(diǎn)執(zhí)行一次性數(shù)據(jù)整編，僅保留具備分析價(jià)值的數(shù)據(jù)塊進(jìn)入傳輸隊(duì)列，進(jìn)一步規(guī)避冗余內(nèi)容占用通信鏈路，減少網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力。該數(shù)據(jù)分析機(jī)制能夠在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)設(shè)備復(fù)雜狀態(tài)變化的預(yù)判與篩分，既提升了異常判斷精度，又壓縮了上傳數(shù)據(jù)體量，為后續(xù)集中處理提供精準(zhǔn)、高效的前置數(shù)據(jù)支撐。
故障檢測(cè)過(guò)程以時(shí)序信號(hào)分析為核心，結(jié)合歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)構(gòu)建精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)模型，使系統(tǒng)能夠在故障發(fā)生前完成預(yù)警決策，提升變電站運(yùn)維的主動(dòng)性。邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)接收實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，采用動(dòng)態(tài)故障特征提取方法，對(duì)電流、電壓、頻率等關(guān)鍵信號(hào)進(jìn)行短時(shí)傅里葉變換。
選取某220kV變電站作為實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景，該變電站二次設(shè)備涵蓋測(cè)控裝置、繼電保護(hù)裝置、遠(yuǎn)動(dòng)終端、智能通信單元等多種類型，設(shè)備數(shù)量龐大，狀態(tài)參數(shù)復(fù)雜，具備較高的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需求。該變電站當(dāng)前所使用的監(jiān)控系統(tǒng)依賴傳統(tǒng)SCADA(數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng))架構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸采用有線方式，部分遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)依賴光纖通信。由于設(shè)備分布廣泛，傳統(tǒng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集頻率受到限制，時(shí)延問(wèn)題較為突出，無(wú)法快速響應(yīng)突發(fā)異常，導(dǎo)致設(shè)備狀態(tài)評(píng)估滯后，增加了故障處理難度，為新型監(jiān)控系統(tǒng)的性能測(cè)試提供了理想的對(duì)比基礎(chǔ)。
《2025-2030年中國(guó)變電站行業(yè)運(yùn)營(yíng)態(tài)勢(shì)與投資前景調(diào)查研究報(bào)告》指出，本次變電站二次設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試圍繞數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算性能、智能分析能力三大核心維度展開，選取五個(gè)關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建全面的評(píng)估體系，涵蓋數(shù)據(jù)采集效率、通信穩(wěn)定性、計(jì)算資源利用率、智能診斷精度等多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
在上述實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景下開展多次重復(fù)試驗(yàn)，分別在正常運(yùn)行、突發(fā)異常干擾以及高負(fù)荷運(yùn)行三種典型工況下，對(duì)傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)與基于5G和邊緣計(jì)算的新型變電站二次設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)估。
從測(cè)試結(jié)果可以看出，在三種實(shí)驗(yàn)工況下，新型監(jiān)控系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)均顯著優(yōu)于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)傳輸速率方面，正常運(yùn)行狀態(tài)下，新型監(jiān)控系統(tǒng)達(dá)到95.18 Mbit/s，明顯高于傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)的54.19 Mbit/s;突發(fā)異常干擾場(chǎng)景下，新型監(jiān)控系統(tǒng)速率為75.96 Mbit/s，傳統(tǒng)系統(tǒng)僅為42.17 Mbit/s;高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，新型監(jiān)控系統(tǒng)速率為82.17 Mbit/s，高于傳統(tǒng)系統(tǒng)的49.94 Mbit/s，展現(xiàn)出穩(wěn)定的高速傳輸能力。
網(wǎng)絡(luò)時(shí)延控制方面，正常運(yùn)行狀態(tài)下，新型監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)延為38.99 ms，相比傳統(tǒng)系統(tǒng)的80.24 ms減少約51.41%;突發(fā)異常干擾場(chǎng)景中，新型系統(tǒng)時(shí)延69.92 ms，傳統(tǒng)系統(tǒng)142.87 ms，改善幅度達(dá)51.06%;高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，新型系統(tǒng)時(shí)延66.26 ms，較傳統(tǒng)系統(tǒng)的101.14 ms減少34.49%。新型系統(tǒng)借助邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的本地?cái)?shù)據(jù)預(yù)處理能力，大幅縮短了數(shù)據(jù)傳輸距離，有效降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，確保在突發(fā)事件發(fā)生時(shí)能夠快速響應(yīng)，減少故障處理滯后性。
邊緣計(jì)算負(fù)載率表現(xiàn)上，高負(fù)荷條件下傳統(tǒng)系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)間負(fù)載分配不均，導(dǎo)致資源使用率攀升至91.57%，多數(shù)任務(wù)集中在少數(shù)模塊處理;新型系統(tǒng)運(yùn)行期間各節(jié)點(diǎn)負(fù)載分?jǐn)偢鼮榫猓w計(jì)算資源使用率穩(wěn)定維持在72.56%，避免了關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)過(guò)載停滯。常態(tài)運(yùn)行狀態(tài)下，新型系統(tǒng)調(diào)度機(jī)制主動(dòng)剔除冗余計(jì)算分支，負(fù)載率降至52.14%;異常干擾環(huán)境中，節(jié)點(diǎn)響應(yīng)機(jī)制及時(shí)調(diào)整數(shù)據(jù)調(diào)度比例，維持64.83%的計(jì)算占比，較傳統(tǒng)系統(tǒng)下降近三分之一，展現(xiàn)出優(yōu)異的動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)節(jié)能力，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)行效率與穩(wěn)定性的同步提升。
異常檢測(cè)準(zhǔn)確率方面，新型系統(tǒng)依托小波域瞬變特征提取與支持向量機(jī)判別機(jī)制構(gòu)建信號(hào)圖譜，將電流、電壓變化軌跡轉(zhuǎn)化為可分類數(shù)據(jù)向量，使異常事件映射至多維特征空間。常態(tài)工況下檢測(cè)準(zhǔn)確率達(dá)到96.79%，擾動(dòng)工況下保持在81.42%，負(fù)載極限狀態(tài)下仍有88.84%的準(zhǔn)確值，較傳統(tǒng)系統(tǒng)平均提升超30%。該算法結(jié)構(gòu)結(jié)合歷史狀態(tài)與實(shí)時(shí)輸入構(gòu)建狀態(tài)分布模型，能夠有效識(shí)別邊界特征異動(dòng)，使系統(tǒng)在復(fù)雜負(fù)載條件下仍能維持較高的識(shí)別置信度。
故障預(yù)警響應(yīng)時(shí)間維度，新型系統(tǒng)依托本地計(jì)算模型完成多參數(shù)條件同步判值，判定邏輯直接嵌套于邊緣節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，無(wú)需等待中心回傳反饋，大幅縮短了響應(yīng)周期。突發(fā)擾動(dòng)場(chǎng)景下，系統(tǒng)首次觸發(fā)響應(yīng)所需時(shí)間為3.41 s;高負(fù)荷場(chǎng)景下，響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)控制在4.43 s以內(nèi);日常運(yùn)行中最低響應(yīng)記錄為2.13 s，均顯著短于傳統(tǒng)系統(tǒng)采用的中心識(shí)別-傳輸-回調(diào)流程所需周期。
基于5G通信與邊緣計(jì)算的變電站行業(yè)二次設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)傳輸速率、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、邊緣計(jì)算負(fù)載率、異常檢測(cè)準(zhǔn)確率以及故障預(yù)警響應(yīng)時(shí)間等核心維度均展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性能。在正常運(yùn)行、突發(fā)異常干擾、高負(fù)荷運(yùn)行等多種工況條件下，該系統(tǒng)均能保持高效運(yùn)行狀態(tài)，可有效支撐變電站二次設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控任務(wù)的順利開展。該系統(tǒng)依托5G通信的低延遲特性與邊緣計(jì)算的就地處理架構(gòu)，在實(shí)際部署中具備較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，不僅能夠滿足當(dāng)前變電站智能化升級(jí)的需求，還可推廣至智能電網(wǎng)全場(chǎng)景及相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域，為提升電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)分析精度與運(yùn)維響應(yīng)效率提供有力技術(shù)支撐，對(duì)推動(dòng)電力行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。
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