基于5G 的火电厂电气二次设备状态故障信号传输系统设计

火电厂是支撑我国电力供应的重要支柱之一，其运行的稳定与否直接涉及到国家能源安全和社会经济的发展。电气二次设备在火电厂中扮演着保护，测量，控制，通讯等角色，继电保护装置，测控单元，自动装置等均属于此范畴，此类设备状况能否正确取得，并且能否快速传递故障资讯，对于电厂的故障诊断，解析以及检修来说非常关键。

一、电气二次设备与信号传输需求分析

（一）电气二次设备概述

电气二次设备属于火电厂电力系统里监测、控制、保护和通信的主要装置，包括继电保护装置、自动控制装置、测量仪表、信号设备以及通信终端装置等。它主要负责一次设备，如发电机组，变压器，断路器这些元件的运行状况，起到及时观察并实施保护控制的作用，保证电力系统的安全稳定。电气二次设备有收集电气量、判断故障、发出指令的功能，而且还要完成系统间的信息交流任务。它是火电厂实现自动化、智能化的关键环节。

（二）状态与故障信号类型

电气二次设备在运行时会产生许多状态及故障信号，主要有三种类型，分别是运行状态信号、报警信号以及故障信号。运行状态信号包含设备目前是否处于投运状态、待机状态、未投入状态还是发生异常的情况，电源的状态，通信状态等。报警信号表示设备当前有潜在的风险存在，过压预警、欠压预警，跳闸的预警等。故障信号是指发生实际故障状况，模块故障、回路断开或硬件损伤等 [1]。这些信号常常伴随着实时强、突发程度高、处理时间的要求严格等性质，要依靠可靠的输送渠道做到及时应对，远程控制的需求。为了减少软件故障，需要进行严格的软件测试和验证，定期更新和修补软件，以及建立健壮的异常处理和系统监控机制。

二、系统架构设计与关键模块分析

（一）系统总体架构

1.1 数据采集层

数据采集层是系统的基础，它要从火电厂的电气二次设备那里及时获取状态消息和故障警报。这个层借助于内嵌的感应器，智能终端和接口部分，把继电守护设备，测定调控装置，告警体系等种种信息源的数据加以汇集，数据采集层还要支撑各种各样的通信协议。从而保障不同种类设备之间数据的相容性和完全性，而且具备初步的数据预处理功能，可以执行信号滤波，格式转换，识别异常状况之类的工作，进而改善数据质量并加快数据传输速度。

1.2 边缘处理层

边缘处理层处在数据采集层与 5G 传输层中间地带，负责对数据做本地预处理和智能分析。在此部署边缘计算网关之后，就能及时对所采集的数据展开过滤、融合与压缩操作，削减多余信息，从而提升传输速率。边缘设备支持各种工业通信协议，能适应不同品牌和型号的电气二次设备，保证数据顺利接入。边缘处理层还有初步故障诊断和警报功能，可以马上察觉到异常状况，并且立刻给予回应，减小应答时间。经过本地化运作，既可减轻中心服务器的负担，又能加强整个系统的即时性与稳定程度，这是实现火电厂智能化运行的关键技术支撑部分。

1.35G 传输层

5G 传输层是整个系统的数据无线传输核心，要将边缘处理层筛选和处理过的状态及故障信号，快速且稳定地传输给中央监测平台。靠 5G 技术具有高带宽、低延迟以及大量连接的能力，这一层保证了海量设备数据的即时传输，并保持高可靠性，符合火电厂快速响应和准确检测的需求。5G 传输层用的是工业级的 5G 终端设备，有很强的抵制干扰能力，能够应对复杂的电厂环境。而且融合网络切片技术，做到不同业务的数据分离，给予其优先保障，从而保证重要故障信息迅速传达。

1.4 监控管理层

监控管理层属于系统的顶层，它是完成火电厂电气二次设备状态监测、故障分析和运维决策的关键平台。它通过接收 5G 传输层发出的实时数据，再利用大数据分析、人工智能等技术，全方位地对设备运作状况开展评估，故障预估等工作。而且具有可视化的界面，可以多方面地显示各种数据并给予警告，从而让运维工作人员可以快速地找到问题并制订对策。而且可以远距离操控和修理设备，改善设备运作的智能和自动化程度。而且能够通过融合企业信息系统，促使数据交流和业务合作，推进火电厂安全，高速，环保地运行。

（二）关键技术模块

2.15G 工业终端模块

5G 工业终端模块属于连接电气二次设备与 5G 网络的重要硬件产品，其负责采集数据后进行无线传送的任务，具有工业级别设计标准，适应火电厂复杂电磁环境、高温、振动与湿度变化的条件。可以做到长期稳定运行，支持多频段 5G 通信，具备高带宽、低时延特点，保障实时、高效的数据传输，该终端模块兼容多个工业通信协议，例如 Modbus、IEC61850 等，便于同各种电气二次设备实施无缝对接，该5G 工业终端还设有安全加密与身份验证功能，以保障数据传输的安全性和完整性。

2.2 边缘计算网关

边缘计算网关是系统里实施本地数据处理并执行智能分析的关键点，它处于数据采集层和5G 传输层中间部位，具备较强运算性能，能兼容许多协议。把收集到的电气二次设备状态和故障信号当即过滤，混合，缩减数据传送数量，改良网络工作效率。边缘计算网关支持 Modbus、IEC61850 等工业协议，可以同各类设备形成完美对接，它有着初步故障识别和异常警告能力，可以迅速反应现场出现的异常状况，减少对中心系统的依附[2]。靠当地智能化处理改进了整个系统的实时性，稳定性以及数据的安全性与抗干扰能力，成了打造高效，聪明火电厂监测系统的关键技术手段。

2.3 智能数据分析平台

智能数据分析平台属于系统核心软件部分，对所搜集并传来的电气二次设备状况和故障数据加以深度挖掘并智能处理。利用大数据技术以及人工智能运算算法，它可以做到设备健康度判定、故障预报、趋向分析以及异常之处的察觉等功效，从而让运维人员能快速察觉到隐患的存在，通过可视化界面显现设备运转情形及其过往的数据信息，给做出判断给予科学依照。并且智能数据分析平台可实现与企业的管理系统无间隙地融合起来，做到资源共享而且彼此协作，在推行运维自动化并提升精细程度等方面具有积极意义。

结论：基于5G 技术的火电厂电气二次设备状态故障信号传输系统显著提升了数据传输的实时性和可靠性，给火电厂智能化运维打下了基础。随着 5G网络普及以及工业互联网发展，这个系统将会应用得更为广泛并深度融入其中。系统结合人工智能，大数据这些技术之后，其故障诊断与预测能力会持续增强，从而推动火电厂朝着智能、高效并且安全的方向发展，有助于能源行业完成数字化转型和实现绿色发展目标。

参考文献：

[1] 钟志明 . 基于 5G 的变电站二次设备智能验收系统设计 [J]. 通信电源技术 ,2025,42(1):22-24.

[2] 孙阳盛 , 涂崎 , 黄震宇 , 等 . 基于 5G 的配网故障信息智能传输方法[J]. 电力系统保护与控制 ,2022,50(21):10.