智能變電站輔控系統(tǒng)在電網(wǎng)巡檢中的應(yīng)用

熊 玲,熊信恒

(國網(wǎng)南昌供電公司,江西 南昌 330069)

0 引言

變電站巡檢工作對電站設(shè)備運行安全性、穩(wěn)定性等方面具有重要影響。以往電站設(shè)備巡檢工作主要依賴于人工方式,存在成本高、巡檢工作成效無保障等問題。以信息化技術(shù)為代表的現(xiàn)代科技得到廣泛認(rèn)可與應(yīng)用,由此基于信息化、自動化的智能巡檢系統(tǒng)出現(xiàn)。智能巡檢系統(tǒng)實際運行過程中具備內(nèi)容智能檢索、自動匯總設(shè)備運行狀態(tài)信息、報告設(shè)備缺陷信息等功能,可以顯著提升設(shè)備巡檢工作效率,同時具備低成本投入、操作便捷、工作成效有保障等優(yōu)勢,這也使得其成為電力行業(yè)內(nèi)重點研究內(nèi)容之一。

1 智能變電站輔助系統(tǒng)巡檢功能概述

智能變電站輔助系統(tǒng)主要功能在于提升變電站運行以及維護工作穩(wěn)定性,切實保障電網(wǎng)調(diào)控安全可靠,并在此基礎(chǔ)上推動變電站智能化管理水平進一步提升,而電力設(shè)備巡檢是輔助系統(tǒng)重要功能之一[1]。在當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的支持下,輔助系統(tǒng)巡視功能可細分為現(xiàn)場巡視與自動巡視兩部分。

1.1 現(xiàn)場巡視

在RFID技術(shù)支持下,通過對變電站內(nèi)的設(shè)備進行編碼,可以高效地完成對設(shè)備本體和位置的綜合識別,通過使用移動終端,可以對設(shè)備的狀況進行實時查詢,從而達到資產(chǎn)互動化、可視化的目的[2]。

現(xiàn)場巡視人員利用移動終端中內(nèi)置讀寫器對應(yīng)巡視設(shè)備中RFID標(biāo)簽進行讀取,終端會將應(yīng)巡視設(shè)備包括未消缺的歷史巡視數(shù)據(jù)在內(nèi)的各種信息羅列出來,還提供圖像化的界面,直觀地顯示設(shè)備歷史數(shù)據(jù),巡查人員可以根據(jù)圖像化界面和現(xiàn)場實際數(shù)據(jù)進行判斷,從而更好地了解設(shè)備運行狀況。

1.2 自動巡視

電站工作人員可通過三維模擬場景開展設(shè)備巡視工作,系統(tǒng)會在相應(yīng)功能模塊支持下設(shè)計巡視路線并對相關(guān)設(shè)備狀態(tài)信息進行實時展現(xiàn),工作人員還可通過回放巡視路線對特定設(shè)備進行重點巡視[3]。

依托三維模擬場景開展巡視工作可以在顯著降低工作人員工作負(fù)荷的同時提升巡視頻次,通過融合視頻錄像方式開展巡視工作可以提升巡視過程直觀化程度,進一步提升巡檢工作質(zhì)量。

在三維模擬場景巡視工作過程中,系統(tǒng)可以在傳感器設(shè)備支持下采集設(shè)備運行溫度、殼體變形等數(shù)據(jù)。同時,自動巡視系統(tǒng)可以利用巡檢設(shè)備周邊攝像頭、燈光等開展視頻圖像采集工作,接受其他系統(tǒng)設(shè)備運行狀態(tài)信息并形成統(tǒng)一巡檢報告。在三維模擬場景中,工作人員可執(zhí)行巡檢以及歷史重現(xiàn)操作,在對接生產(chǎn)管理系統(tǒng)(PMS)后,可實現(xiàn)基于PMS內(nèi)信息生成設(shè)備信息、工作內(nèi)容等巡檢任務(wù),同時也可以上傳巡檢結(jié)論、巡檢起始與終止時間等巡檢結(jié)果[4-5]。

2 智能變電站巡檢模塊設(shè)計

2.1 總體設(shè)計思路

在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度不斷提升背景下,現(xiàn)代高新技術(shù)在電力行業(yè)中得到較為廣泛的應(yīng)用,電力設(shè)備巡檢對變電站運行穩(wěn)定性具有重要影響,由此有技術(shù)人員提出基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)建立標(biāo)準(zhǔn)化巡檢流程,定義統(tǒng)一缺陷數(shù)據(jù)庫并構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化智能變電站巡檢系統(tǒng)[6]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù):依托射頻識別技術(shù)(RFID技術(shù)),將監(jiān)控過程和損失庫相結(jié)合,并與設(shè)備進行綁定。RFID技術(shù)是一種無接觸的、自動的識別技術(shù)。該技術(shù)在實際應(yīng)用過程中主要是利用無線電波來自動地識別出目標(biāo)對象并獲得有關(guān)信息,無需人為介入,能夠適應(yīng)多種苛刻的工作條件。與常規(guī)條形碼相比,RFID條形碼具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離長等顯著優(yōu)點,并能實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的加密。

油菜葉片在不同生育時期呈現(xiàn)不同的形態(tài)，主要包括長柄葉、短柄葉和無柄葉3種類型。選用3種類型油菜葉片在室內(nèi)和戶外環(huán)境下的圖像，如圖2(a)4幅圖像所示。利用本文方法所提取的結(jié)果(為便于觀察，將葉脈圖像作求補運算)如圖2(b)4幅圖像所示。

移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù):巡檢員可將平板電腦作為移動終端,并構(gòu)建Pad-Server的軟件體系結(jié)構(gòu)。其中,服務(wù)端提供面向用戶、變電站設(shè)備以及巡檢標(biāo)準(zhǔn)對照的管理功能。移動端從服務(wù)器下載最新巡視規(guī)范后,巡視人員攜帶其開展工作中,即可在RFID技術(shù)支持下,依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求開展設(shè)備精準(zhǔn)巡檢工作。巡檢人員發(fā)現(xiàn)的設(shè)備問題和運行異常問題,都會被保存到移動終端中,并在巡檢完成之后上傳到服務(wù)中。隨后,系統(tǒng)會基于巡檢結(jié)果,通過服務(wù)器端對有關(guān)的數(shù)據(jù)進行匯總,最終形成一份完整的巡檢報告與圖表分析報告,對裝置運行的決定給予必需的支持。

標(biāo)準(zhǔn)化巡查流程:一切巡檢工作都要根據(jù)《220 kV變電站設(shè)備巡視標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書(范本)》中的規(guī)定,按照規(guī)定的線路和內(nèi)容進行。根據(jù)此指令,制定出一套規(guī)范化的巡視程序,并納入制度中。

規(guī)范的缺陷數(shù)據(jù)庫:盡管國家電力公司發(fā)布《輸變電一次設(shè)備缺陷分類標(biāo)準(zhǔn)(試行)》,其中涵蓋6 000多個方面,但是目前還沒有針對二次設(shè)備和通信設(shè)備發(fā)布的任何一方面的缺陷。在引入標(biāo)準(zhǔn)化的管理概念之后,需要對各個廠商、每種機型裝備制定對應(yīng)巡視標(biāo)準(zhǔn),并將各種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行了匯總并固化到巡視體系中,確保本體系中的全部工作人員都按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)開展工作,以此來解決巡視標(biāo)準(zhǔn)不明確、不完整、不統(tǒng)一問題。

2.2 巡檢模塊設(shè)計實現(xiàn)

2.2.1 軟件模型設(shè)計

(1)巡檢周期:管理人員可以通過后臺服務(wù)器設(shè)置巡檢周期,并發(fā)送至移動終端上。移動終端會按照預(yù)定周期進行循環(huán),計算巡檢時間并提示工作人員。

(2)巡視規(guī)范:組織專人針對各變電站、設(shè)備、組件進行編制,充分滿足巡視工作現(xiàn)場的實際需要。

(4)記錄與分析:現(xiàn)階段系統(tǒng)后臺具備一定自動分站、分時段、分設(shè)備對設(shè)備缺陷進行統(tǒng)計分析功能,并在此基礎(chǔ)上形成故障趨勢圖及消除發(fā)展趨勢圖。能夠自動生成設(shè)備操作參數(shù)的操作曲線,并對缺陷發(fā)展進行總結(jié)、分析、判斷?？蓪γ總€月的巡視工作完成情況進行自動統(tǒng)計,并可對巡視工作進行跟蹤。

(5)檢查線路:基于向?qū)讲僮髁鞒绦纬深A(yù)設(shè)巡檢路線,并嚴(yán)格依照路線開展巡檢工作。

(6)缺陷判定,分析:基于設(shè)備缺陷智能輔助判定功能,值班人員工作效率得到顯著提升。與此同時,以缺陷管理標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù),系統(tǒng)可以完成對設(shè)備缺陷的統(tǒng)計。在維修人員開展工作前,只需要將待維修設(shè)備的缺陷輸出并打印即可,此工作方法可以大幅提升缺陷的匯總統(tǒng)計效率。

(7)移動終端、手機客戶端:在發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重或危急缺陷之后,系統(tǒng)可以立即將缺陷信息通過程序傳遞到管理人員手中,同時移動客戶端也可以立即從變電站接收缺陷信息,大幅減少上報過程所需時間,從而顯著提升工作效率。

(8)周期性測試和切換:周期性測試和切換的流程化、規(guī)范化和可視化,大大減輕了操作者的訓(xùn)練工作量,操作者只要根據(jù)圖片和說明,就可以完成周期性測試和切換,大幅降低誤判率。

2.2.2 軟件架構(gòu)設(shè)計

該系統(tǒng)的后臺采用了J2EE三層體系結(jié)構(gòu),將整個業(yè)務(wù)應(yīng)用分為:表示層(UI)、業(yè)務(wù)邏輯層(BLL)和數(shù)據(jù)存取層(DAL),具有以下先進性。

易于使用:前端平臺上使用JSP、Jquery等技術(shù)體系結(jié)構(gòu),其控件和組件非常簡單,并且布局非常靈活。

安全性:Spring Security擁有嚴(yán)密的驗證系統(tǒng),該系統(tǒng)使用者訪問許可是由訪問決策管理器確定的,具備精確與流程簡便等優(yōu)勢,而MySQL為系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供了可靠的數(shù)據(jù)備份保障。

可擴展性:該系統(tǒng)不僅深入融合Spring技術(shù),還融合Spring MVC、Hibernate、JBPM等多個優(yōu)秀開放源碼項目。該架構(gòu)覆蓋整個系統(tǒng)架構(gòu)的全部功能,并且可以便捷地進行安裝和卸載,具備較強的可拓展性。

穩(wěn)定性:J2EE體系結(jié)構(gòu)基于Java的魯棒性以及對虛擬機器運行的一致性。將J2EE部署到WIN-DOWS環(huán)境中,用戶還可以使用Linux操作系統(tǒng),可以進一步提升系統(tǒng)實時性。

2.2.3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

第一,RFID藍牙電容讀寫設(shè)備。該設(shè)備在實際應(yīng)用過程中可以通過藍牙與RFID技術(shù)分別實現(xiàn)與移動終端與電子標(biāo)簽進行通信功能,還可作為電容筆在終端上進行流暢書寫。其具體優(yōu)點主要包括如下幾方面:(1)相較于傳統(tǒng)手指操控方式,藍牙電容讀寫設(shè)備可以實現(xiàn)更為靈敏、便捷操作移動終端電容屏幕;(2)相較于自帶RFID讀寫器的終端設(shè)備,藍牙電容讀寫設(shè)備掃描效率更高,更適應(yīng)長時間巡檢操作;(3)通過對藍牙通信連接算法進行優(yōu)化,可顯著降低電量消耗程度,超長續(xù)航方便開展長時間巡檢工作。

第二,主動式電子標(biāo)簽感應(yīng)技術(shù)。相較于傳統(tǒng)被動式及半被動式標(biāo)簽,主動式標(biāo)簽具備內(nèi)置電源支持IC發(fā)出對外信號,能實現(xiàn)更長的讀取距離與更大的記憶體容量,可以有效存儲讀取器接受的附加訊息。智能巡檢系統(tǒng)中運用該技術(shù)可以支持變電站使用技術(shù)更加先進、記憶體容量更大的RFID技術(shù)。

第三,RFID中間件。RFID中間件(RFID Code)是RFID技術(shù)在RFID硬件與應(yīng)用系統(tǒng)間進行數(shù)據(jù)交換、過濾與轉(zhuǎn)換的中介過程,是RFID技術(shù)的應(yīng)用操作中心。RFID中間件位于讀寫器模塊與應(yīng)用系統(tǒng)之間,中間件設(shè)備在實際運行過程中會自動對所讀取數(shù)據(jù)信息進行解密、過濾以及格式轉(zhuǎn)換處理,之后將其導(dǎo)入管理服務(wù)器,并通過應(yīng)用系統(tǒng)反應(yīng)在程序界面上,供操作者瀏覽、選擇、修改和查詢。

第四,數(shù)據(jù)同步技術(shù)。在異構(gòu)系統(tǒng)解決方案中,設(shè)備終端與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)同步功能為關(guān)鍵環(huán)節(jié),實際操作中不僅要讓終端設(shè)備與服務(wù)器同步巡檢數(shù)據(jù)結(jié)果,同時也要確保服務(wù)器為終端設(shè)備同步巡檢內(nèi)容資料。這就要求采用Pervasync中資料同步機制。該技術(shù)特征在于:同時構(gòu)造“弱聯(lián)結(jié)”與“子集合”。借助于Pervasync所提供的客戶機可視化配置界面,可以在該終端設(shè)備上設(shè)定服務(wù)器中心數(shù)據(jù)庫(CenterDataBase)服務(wù)器地址、被中心數(shù)據(jù)庫授權(quán)所用的使用者名稱以及口令,從而設(shè)定數(shù)據(jù)庫同步參數(shù)。

在異構(gòu)系統(tǒng)解決方案中,最重要環(huán)節(jié)是實現(xiàn)設(shè)備終端和服務(wù)器間數(shù)據(jù)同步,既要滿足二者間巡檢結(jié)果數(shù)據(jù)同步要求,同時也要滿足巡檢內(nèi)容資料同步要求。為達到該目的,必須在Pervasync中使用數(shù)據(jù)同步機制。其特點表現(xiàn)為:“弱聯(lián)結(jié)”和“子集合”同時構(gòu)建。通過Pervasync所提供的客戶端可視化配置接口,可以將服務(wù)器中心數(shù)據(jù)庫(Center Data Base)服務(wù)器地址,由中心數(shù)據(jù)庫授權(quán)使用的消費者名稱和密碼設(shè)置到終端裝置上,進而設(shè)置數(shù)據(jù)庫同步參數(shù)。一旦完成此設(shè)置,具體設(shè)置內(nèi)容會被系統(tǒng)儲存起來,后續(xù)任何操作都不需要重復(fù)進行設(shè)置。

3 智能巡檢系統(tǒng)應(yīng)用成效

就實際應(yīng)用角度分析,智能巡檢系統(tǒng)投入使用后主要解決如下幾方面問題:(1)在“標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)流程”支持下,巡檢人員工作行為得到有效規(guī)范,各項操作要求得到充分落實。(2)“設(shè)備巡檢標(biāo)準(zhǔn)庫”有效解決以往巡檢工作中缺陷巡檢針對性不足、巡檢標(biāo)準(zhǔn)不健全以及標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一問題,有效提升巡檢工作成效。(3)“圖文并茂標(biāo)準(zhǔn)”可有效幫助巡檢人員快速掌握設(shè)備缺陷及運行異常表現(xiàn)以及相關(guān)判斷標(biāo)準(zhǔn)。(4)“設(shè)備缺陷庫”可以幫助巡檢人員快速界定缺陷定義,規(guī)避以往判斷不準(zhǔn)確影響后續(xù)運維工作開展情況。(5)“四大方法”有效推動巡檢工作充分落到實處,保障巡檢工作達成預(yù)期目標(biāo)。

智能巡檢系統(tǒng)的實際成效包括以下方面。

第一,在“四大方法”支持下,巡檢人員工作負(fù)荷大幅降低同時,巡檢質(zhì)量得到顯著提升。通過將技術(shù)手段將巡檢標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行流程融入智能巡檢系統(tǒng)中后,后臺軟件會自動執(zhí)行相關(guān)流程,有效降低巡檢工作負(fù)荷,同時智能系統(tǒng)可以保障巡檢工作質(zhì)量?！八拇蠓椒ā敝饕复缦聨追矫?“一鍵上傳”功能大幅縮短數(shù)據(jù)后期整理時間;“優(yōu)化巡檢流程”功能提升巡檢效率;照片及缺陷自動關(guān)聯(lián)功能大幅降低工作量;“實時缺陷提醒”功能保障設(shè)備缺陷識別效率并對其發(fā)展情況進行實時跟蹤監(jiān)視。其具體成效如表1所示。

表1 智能巡檢系統(tǒng)與常規(guī)巡檢方式效果對比

第二,有效降低管理人員負(fù)擔(dān)。在智能巡檢系統(tǒng)支持下,系統(tǒng)會結(jié)合實際情況自動安排工作計劃,系統(tǒng)中缺陷實時匯報功能方便管理者對設(shè)備運行狀態(tài)進行掌握,同時智能系統(tǒng)中缺陷智能統(tǒng)計分析及管理功能可以保障管理者輕松掌控變電站運行整體情況。

4 結(jié)語

當(dāng)前,智能變電站發(fā)展水平不斷提升,智能巡檢系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中取得較好成效,受到國家電網(wǎng)公司以及各地區(qū)電網(wǎng)公司的高度重視。結(jié)合其實際發(fā)展經(jīng)驗可知,將移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入巡檢系統(tǒng)中可以有效提升巡檢工作效率,幫助工作人員熟知精準(zhǔn)的缺陷定義與判定標(biāo)準(zhǔn),提升巡檢工作質(zhì)量,充分解決以往長期存在的巡檢工作落實不到位、數(shù)據(jù)采樣與統(tǒng)計不及時、不準(zhǔn)確等情況,最大限度地保障變電站設(shè)備運行穩(wěn)定、安全、可靠性,同時也可以有效推動變電站智能化管理水平進一步提升。