基于無(wú)線同步信息的變電站智能巡視系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：傳統(tǒng)的變電站巡視工作主要依賴于人工巡檢，這種方式不僅效率低下，而且容易受到人為因素和環(huán)境因素的影響，難以確保巡視的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。因此，文章設(shè)計(jì)了基于無(wú)線同步信息的變電站智能巡視系統(tǒng)。首先，基于無(wú)線同步信息對(duì)變電站智能巡視系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，通過(guò)安裝無(wú)線同步信息收發(fā)機(jī)實(shí)時(shí)傳輸巡視數(shù)據(jù)；其次，針對(duì)變電站智能巡視系統(tǒng)的軟件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，包括巡視設(shè)備模塊、后臺(tái)管理模塊以及數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)，以適應(yīng)更多復(fù)雜和多樣化的巡視需求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：采用基于無(wú)線同步信息的變電站智能巡視系統(tǒng)后的該居民樓變電站，實(shí)現(xiàn)了巡視數(shù)據(jù)信息的電子化，成功摒棄了傳統(tǒng)的紙質(zhì)數(shù)據(jù)錄入和計(jì)算機(jī)記錄流程，極大地簡(jiǎn)化了工作流程。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)設(shè)計(jì)；變電站；電力系統(tǒng)；無(wú)線同步信息；智能巡視

中圖分類號(hào)：TP31""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0"引言

隨著電力事業(yè)的快速發(fā)展和電網(wǎng)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，變電站作為電力系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，其安全、高效運(yùn)行對(duì)于保障整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定性和可靠性至關(guān)重要。因此，設(shè)計(jì)一種基于無(wú)線同步信息的變電站智能巡視系統(tǒng)，對(duì)于提高變電站巡視工作的效率和質(zhì)量具有重要意義。傳統(tǒng)的人工巡檢方式須要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，而基于無(wú)線同步信息的智能巡視系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程的監(jiān)控和巡視，大大提高了巡視效率。智能巡視系統(tǒng)通過(guò)集成各種傳感器和監(jiān)控設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警。系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)化和智能化的手段，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)巡視任務(wù)的合理分配和調(diào)度，避免了人力資源的浪費(fèi)，優(yōu)化了資源配置^［1］。該基于無(wú)線同步信息的變電站智能巡視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，旨在提高變電站巡視工作的效率和質(zhì)量，降低安全隱患，優(yōu)化資源配置。通過(guò)引入無(wú)線同步、傳感器、數(shù)據(jù)分析和處理等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電站設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警和自動(dòng)巡檢，為電力系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行提供有力保障。

1"基于無(wú)線同步信息的變電站智能巡視系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

變電站智能巡視系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)設(shè)備與設(shè)施的全面管理。該系統(tǒng)通過(guò)優(yōu)化巡檢流程，收集并分析設(shè)備在不同環(huán)境條件下的運(yùn)行數(shù)據(jù)，為設(shè)備管理提供有力依據(jù)。一旦發(fā)現(xiàn)變電設(shè)備存在故障或潛在問(wèn)題^［2］，系統(tǒng)將加強(qiáng)缺陷管理，依據(jù)預(yù)設(shè)的解決方案，有效處理數(shù)據(jù)冗余現(xiàn)象，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備缺陷的精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)與科學(xué)分類。

基于上述分析，本文選擇在變電站智能巡視系統(tǒng)中安裝無(wú)線同步信息收發(fā)機(jī)。無(wú)線同步信息產(chǎn)生與傳輸體系的核心組件為同步信息收發(fā)機(jī)。針對(duì)該變電站智能巡視系統(tǒng)，本文將同步信息收發(fā)機(jī)與系統(tǒng)中的巡視設(shè)備模塊進(jìn)行結(jié)合^［3］。同時(shí)，此設(shè)備特別采用了能夠傳遞同步脈沖的幅移鍵控技術(shù)——433MHz的無(wú)線電收發(fā)機(jī)^［4］，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵信息的穩(wěn)定傳遞與同步處理。因此，本文設(shè)計(jì)的基于無(wú)線同步信息的變電站智能巡視系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

該系統(tǒng)通過(guò)后臺(tái)設(shè)備管理模塊向手持設(shè)備分配巡視任務(wù)。巡視人員據(jù)此前往變電站設(shè)備區(qū)執(zhí)行巡視工作，隨后將獲取的巡視結(jié)果反饋至服務(wù)器管理系統(tǒng)，以供管理人員進(jìn)行進(jìn)一步的分析與管理。在整體流程中，后臺(tái)管理系統(tǒng)承擔(dān)核心角色，主要負(fù)責(zé)設(shè)置巡視點(diǎn)及設(shè)備、接收并整合來(lái)自巡視終端的數(shù)據(jù)^［5］。而手持巡視設(shè)備則側(cè)重于現(xiàn)場(chǎng)操作，主要功能包括掃描變電設(shè)備的同步信息以識(shí)別設(shè)備信息、記錄設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)并將這些巡視詳情實(shí)時(shí)傳輸至后臺(tái)管理系統(tǒng)。

此外，在同步信息產(chǎn)生與傳輸?shù)倪^(guò)程中，每個(gè)同步信息收發(fā)機(jī)都必須分配一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的位置來(lái)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確度和唯一性。為了更簡(jiǎn)單運(yùn)行，這些地址可以通過(guò)在收發(fā)機(jī)板上直接設(shè)定地址的撥碼開關(guān)來(lái)完成，簡(jiǎn)化了復(fù)雜的通信中設(shè)置地址碼的流程。另外，本文還考慮到在變電站中可以同時(shí)有幾個(gè)工作組來(lái)完成繼電保護(hù)交流信號(hào)與輸入通道連接的正確性測(cè)試任務(wù)，以便防止可能的通信干擾，可以采取策略性的無(wú)線信道頻率分配并為這些小組分配不同的同步信息收發(fā)機(jī)地址碼段，以確保各組工作互不干擾，順利進(jìn)行。

2"基于無(wú)線同步信息的變電站智能巡視系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1"巡視設(shè)備模塊設(shè)計(jì)

巡視設(shè)備模塊的核心構(gòu)成涵蓋了五大關(guān)鍵功能組件：任務(wù)執(zhí)行、數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)同步、任務(wù)狀態(tài)監(jiān)控和任務(wù)調(diào)配管理。在這些組件中，數(shù)據(jù)收集和任務(wù)執(zhí)行2個(gè)模塊顯得尤為重要，承擔(dān)了模塊的核心功能。在手持巡視設(shè)備上集成一個(gè)小型變電站設(shè)備的智能巡視系統(tǒng)嵌入式程序，旨在方便巡視人員隨身攜帶，以便于直接在變電站現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備巡視。該系統(tǒng)的巡視流程如圖2所示。

運(yùn)行任務(wù)功能的核心在于利用手持設(shè)備的無(wú)線同步信息模塊掃描變電站設(shè)備上的無(wú)線同步信息碼片，實(shí)時(shí)記錄巡檢設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。在初次使用手持設(shè)備時(shí)，數(shù)據(jù)點(diǎn)采集功能實(shí)現(xiàn)碼片與對(duì)應(yīng)巡視點(diǎn)的快速綁定。由于碼片的唯一性，當(dāng)須要調(diào)整巡視點(diǎn)時(shí)，可方便地更換碼片并重新綁定。

數(shù)據(jù)同步功能則通過(guò)手持設(shè)備的USB插口，實(shí)現(xiàn)與電腦服務(wù)器上后臺(tái)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。這包括從后臺(tái)管理系統(tǒng)下載最新的設(shè)備信息和巡視任務(wù)，上傳完成巡視任務(wù)后的詳細(xì)情況。

查看任務(wù)進(jìn)度功能為用戶提供了一目了然的界面，可實(shí)時(shí)查看設(shè)備巡視的進(jìn)展。任務(wù)管理功能則允許用戶根據(jù)實(shí)際需要查看或調(diào)整巡視任務(wù)。鑒于變電站巡視的多樣性，如正常巡視、區(qū)域巡視和特殊巡視，巡視人員可根據(jù)實(shí)際情況靈活地更換或刪除巡視任務(wù)。

2.2"后臺(tái)管理模塊設(shè)計(jì)

后臺(tái)管理模塊以巡視管理、缺陷管理、設(shè)備管理為主進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2.1"巡視管理

巡檢任務(wù)維護(hù)功能允許管理人員依據(jù)巡檢管理制度和當(dāng)前設(shè)備狀態(tài)來(lái)設(shè)定具體的巡檢任務(wù)。這些任務(wù)大致分為3類：正常巡視、區(qū)域巡視和特殊巡視。正常和區(qū)域巡視作為長(zhǎng)期性任務(wù)，只須進(jìn)行一次設(shè)定，系統(tǒng)將自動(dòng)按照設(shè)定的周期生成相應(yīng)任務(wù)。而在須要臨時(shí)調(diào)整或特別關(guān)注的情況下，則使用特殊巡視功能。這種設(shè)計(jì)旨在提高巡檢工作的規(guī)范性和靈活性。巡視點(diǎn)是一種虛擬標(biāo)識(shí)，用于關(guān)聯(lián)并管理一定區(qū)域內(nèi)的設(shè)備。為優(yōu)化工作流程、減少投入，無(wú)須逐一在設(shè)備上設(shè)置碼片，只須在重要設(shè)備或巡視路徑上設(shè)置巡視點(diǎn)，每個(gè)巡視點(diǎn)可涵蓋多個(gè)設(shè)備。通過(guò)這種方式，可以輕松添加巡視點(diǎn)并明確其管理范圍。同時(shí)，管理人員根據(jù)實(shí)際設(shè)備的運(yùn)行區(qū)域進(jìn)行合理規(guī)劃，以提高巡視效率。

2.2.2"缺陷管理

當(dāng)巡視人員探測(cè)到設(shè)備缺陷時(shí)，在手持設(shè)備上進(jìn)行記錄并隨即將這些信息同步至后臺(tái)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)的特定功能模塊會(huì)負(fù)責(zé)處理這些上傳的缺陷數(shù)據(jù)，確保由專業(yè)人員按照既定流程向相關(guān)部門進(jìn)行報(bào)告，進(jìn)而啟動(dòng)缺陷處理流程。為了規(guī)避由不同巡視人員操作差異導(dǎo)致的信息錄入不規(guī)范問(wèn)題，電力公司結(jié)合變電站巡視標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)指導(dǎo)書以及變電站的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，制定了標(biāo)準(zhǔn)化的缺陷分類。巡視人員在發(fā)現(xiàn)缺陷時(shí)，可以直接從標(biāo)準(zhǔn)缺陷列表中選擇對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)，從而確保信息的準(zhǔn)確性和一致性。

2.2.3"設(shè)備管理

設(shè)備臺(tái)賬的精確管理是智能巡視系統(tǒng)的基石，直接影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。臺(tái)賬作為設(shè)備信息在數(shù)據(jù)庫(kù)中的載體，涵蓋設(shè)備的位置、名稱、出廠詳情等關(guān)鍵信息。這些信息既可通過(guò)人工錄入，也可通過(guò)安全生產(chǎn)接口自動(dòng)獲取，確保了信息的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。設(shè)備臺(tái)賬的細(xì)致記錄和及時(shí)更新是實(shí)現(xiàn)設(shè)備信息動(dòng)態(tài)管理的關(guān)鍵。變電站管理功能則專注于變電站信息的增添與修改，為變電站的整體信息管理提供支持。設(shè)備定級(jí)則是根據(jù)設(shè)備的重要性和歷史缺陷分析，對(duì)設(shè)備進(jìn)行重要性劃分的過(guò)程。系統(tǒng)可以基于設(shè)備缺陷的嚴(yán)重程度，自動(dòng)將設(shè)備分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)，而在特殊情況下，也允許通過(guò)人工方式對(duì)設(shè)備定級(jí)進(jìn)行調(diào)整。

2.3"數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)在于確保數(shù)據(jù)的完整性、一致性和安全性，旨在降低數(shù)據(jù)冗余，優(yōu)化資源使用，同時(shí)提升數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的運(yùn)行效率并降低對(duì)用戶操作的影響。具體而言，合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)可以最大程度地維護(hù)數(shù)據(jù)的完整性和一致性，同時(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)的安全防護(hù)措施。此外，設(shè)計(jì)過(guò)程中，研究人員應(yīng)關(guān)注減少數(shù)據(jù)冗余，以節(jié)省存儲(chǔ)空間并提高數(shù)據(jù)處理效率。同時(shí)，優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)資源的配置和使用，能夠降低系統(tǒng)資源的耗費(fèi)，進(jìn)而提升整體性能。

本文根據(jù)變電站智能巡視系統(tǒng)的功能需求，以設(shè)備巡視項(xiàng)目表為例進(jìn)行了設(shè)計(jì)，具體數(shù)據(jù)如表1所示。

3"系統(tǒng)測(cè)試與分析

3.1"項(xiàng)目概況

為驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的基于無(wú)線同步信息的變電站智能巡視系統(tǒng)的可行性，現(xiàn)將該系統(tǒng)在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中進(jìn)行測(cè)試。在居民樓施工項(xiàng)目中引入了變電站設(shè)備的智能巡視系統(tǒng)，后臺(tái)管理系統(tǒng)部署在信息中心，通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)全樓對(duì)變電站運(yùn)行及人員巡視情況的直觀準(zhǔn)確監(jiān)控。其中，該居民樓的地下一層被設(shè)計(jì)為電力核心區(qū)域，包括配電室和變電站等重要設(shè)施。一樓則布局了主變室、35 kV的配電設(shè)備室以及110 kV和 220 kV的GIS室、電抗器室。同時(shí)，地下車庫(kù)不僅包含電梯井和車輛出入口，還設(shè)有完善的管道系統(tǒng)。該居民樓的地面部分，特別設(shè)計(jì)了多個(gè)水槽，用于排水和廢水處理。二樓集中了眾多關(guān)鍵設(shè)施，如地變室、變電站的變化室、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫(kù)等。三樓則是電力管理的核心區(qū)域，設(shè)有變電運(yùn)行值班室、檢修間以及為建筑提供舒適環(huán)境的空調(diào)系統(tǒng)房和消防安全所需的消防器材庫(kù)、機(jī)房。此外，該居民樓還配備了安全工具、備用部件、電容等輔助設(shè)備，以滿足工作人員的日常需求。該居民樓中的各設(shè)備間中安裝的巡視用攝像機(jī)的布置情況如表2所示，以驗(yàn)證該巡視系統(tǒng)的有效性。

在測(cè)試前，將在上述7個(gè)設(shè)備間進(jìn)行此系統(tǒng)前后的巡視結(jié)果對(duì)比。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，以該建筑設(shè)備間的巡視速度為測(cè)試指標(biāo)，檢驗(yàn)該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中是否能夠提升變電站的工作效率，進(jìn)而降低變電站運(yùn)行中的安全隱患。

3.2"系統(tǒng)性能測(cè)試

基于上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備及項(xiàng)目概況，該居民樓的各設(shè)備間的實(shí)施變電站設(shè)備智能巡視系統(tǒng)前后對(duì)比結(jié)果如表3所示。

從上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，采用本文設(shè)計(jì)的基于無(wú)線同步信息的變電站智能巡視系統(tǒng)后的該居民樓變電站，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了所有巡檢數(shù)據(jù)記錄的數(shù)字化并有效摒棄了常規(guī)的紙質(zhì)數(shù)據(jù)錄入方法和電腦錄入方式，從而大大地改善了運(yùn)行效率。巡視資料可以直接轉(zhuǎn)換為電子數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還能自動(dòng)生成各類統(tǒng)計(jì)信息，這不僅大幅減少了紙張的消耗，還顯著節(jié)省了人力資源和時(shí)間成本。經(jīng)過(guò)對(duì)比，采用這一系統(tǒng)后，巡視時(shí)間得到了顯著縮短，效率提高了30%～40%。此外，系統(tǒng)的使用還能夠更直觀地掌握變電站設(shè)備的缺陷情況，從而能夠迅速制定并實(shí)施應(yīng)對(duì)措施，有效排除了潛在的安全隱患。

綜上所述，基于無(wú)線同步信息的變電站智能巡視系統(tǒng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，展現(xiàn)了其高效、全面、準(zhǔn)確的巡視能力。系統(tǒng)通過(guò)實(shí)時(shí)信息傳輸、全覆蓋巡視、自動(dòng)化任務(wù)執(zhí)行和數(shù)據(jù)分析管理等功能，有效提升了變電站的巡視效率和安全性。同時(shí)，還可以通過(guò)不斷優(yōu)化和改進(jìn)算法、提升巡檢覆蓋率、加強(qiáng)通信模式與安全性等方面的研究和實(shí)踐，可以進(jìn)一步提高智能巡視系統(tǒng)的性能和效率。未來(lái)，該系統(tǒng)可進(jìn)一步優(yōu)化和完善，以適應(yīng)更多復(fù)雜和多樣化的巡視需求。

4"結(jié)語(yǔ)

隨著電力行業(yè)的不斷發(fā)展和智能電網(wǎng)的持續(xù)推進(jìn)，變電站的安全、高效、智能運(yùn)行變得尤為重要。本文提出的基于無(wú)線同步信息的變電站智能巡視系統(tǒng)，不僅顯著提高了變電站巡視的效率和精度，也為變電站的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。本系統(tǒng)通過(guò)采用先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和實(shí)時(shí)性。同時(shí)，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)，防止外部攻擊和非法入侵。此外，研究人員還須要制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保系統(tǒng)與其他電力設(shè)備的兼容性和互操作性。本系統(tǒng)通過(guò)集成先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)變電站設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障預(yù)警和智能巡視。無(wú)線同步信息的引入，確保了巡視數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性，使得巡視人員能夠迅速、準(zhǔn)確地掌握變電站的運(yùn)行狀態(tài)，從而做出及時(shí)有效的決策。未來(lái)，課題組將繼續(xù)優(yōu)化和完善本系統(tǒng)，探索更多智能巡視和故障預(yù)警的新方法、新技術(shù)，以適應(yīng)電力行業(yè)的不斷發(fā)展和變化。

參考文獻(xiàn)

［1］鄒文俊，孫曉平，楊大中.智能巡視系統(tǒng)在220 kV智慧變電站的建設(shè)與應(yīng)用［J］.電工技術(shù)，2024（8）：99-102.

［2］侯永全，王艷，苗林，等.新技術(shù)下的電力智慧運(yùn)維綜合建設(shè)及應(yīng)用研究［J］.中國(guó)設(shè)備工程，2023（增刊2）：127-128.

［3］寧先承，李佳懿.智能化時(shí)代新型數(shù)字變電站監(jiān)控及巡視系統(tǒng)的實(shí)踐及研究［J］.電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2023（9）：180-182.

［4］王宇，童旸，李磊，等.云邊端協(xié)同的區(qū)域智能巡視系統(tǒng)的研究［J］.信息與電腦（理論版），2023（20）：13-16.

［5］王磊，張禮波，付同福，等.基于智能巡視終端的運(yùn)維生產(chǎn)模式管理變革研究［J］.電氣技術(shù)與經(jīng)濟(jì)，2023（7）：235-238.

（編輯"王雪芬）

Design of substation intelligent inspection system based on wireless synchronous information

CHEN "Xinyue， ZHANG "Wei

（Jinzhong Power Supply Company，State Grid Shanxi Electric Power Company， Jinzhong 030600， China）

Abstract： "The traditional substation inspection work mainly relies on manual inspection， which is not only inefficient， but also easy to be affected by human factors and environmental factors， and it is difficult to ensure the accuracy and timeliness of inspection. Therefore， the design of substation intelligent patrol system based on wireless synchronous information is proposed. Firstly， the architecture of the intelligent patrol system of the substation is designed based on the wireless synchronous information， and the patrol data is transmitted in real time through the installation of the wireless synchronous information transceiver. Secondly， the software of the intelligent inspection system of the substation is designed to design the inspection equipment module， background management module and database to adapt to more complex and diversified inspection needs. The experimental results show that after the implementation of the intelligent inspection system based on wireless synchronous information， the residential building substation has realized the electronic inspection data information， successfully abandoned the traditional paper data entry and computer recording process， and greatly simplified the work process.

Key words： system design; substation; power system; wireless synchronization information; intelligent patrol