基于RFID和GPS技术的电力设备巡检系统设计与实现

冯伟功，彭文亮，唐佳林，陈健辉

（北京理工大学珠海学院，广东 珠海 519000）

传统的电力设备巡检方式，一般采用人工进行数据处理的方式，效率极其低下，出错率高，数据查找，分析处理麻烦，而且工作人员手工记录检查项目非常不方便，不便于保存和处理。

本文根据现场设备的实际情况，结合采用RFID和GPS的技术，设计了一套适合电力系统的变电站和输电线路的巡检系统。该系统对设备巡检、维护、检测等工作品质进行严格控制。同时系统提供的客观、规范、科学的管理与监督手段，为管理者提供了有效的监督依据和管理手段，提高了电力系统的设备管理水平，实现了数据采集的自动化和无纸化以及对存储数据和应用结果方便、高效的查询。

1 系统组成和框架

电力设备巡检系统，主要由以下部分组成：巡检系统服务器（包含数据库服务器，Web服务器和巡检服务器端）、巡检系统客户端、巡检手持机、现场设备、巡视标牌。巡检系统的拓扑图如图1所示。

2 系统工作流程

系统工作流程图如图2所示。

图1 系统拓扑图

图2 系统工作流程图

（1）系统配置。在系统投运时，要进行系统的基础数据(含人员、部门、巡视点，设备，信息等)、缺陷库(巡视内容、巡视标准等)、设备台帐等信息的配置。

（2）制定任务。由管理人员制定具体的巡视路线、分配巡视人员等信息，设置巡视时间（临时任务或周期任务），巡视类型（正常巡视，特殊巡视等）。

（3）接受任务。运行人员接受任务，根据系统的提示，从系统下传巡视任务到手持机。

（4）执行巡视任务。运行人员根据手持机的提示，到规定的作业点签到，然后根据手持机的提示内容检查设备，并用手持机做好记录。

（5）巡视数据上传。当巡视完成时候，可以通过CDMA通信方式实时传输数据，也可以巡视完成后，运行人员通过手持机把巡视结果上传到巡视系统。

（6）检查分析综合。进行巡视结果的检查，包括到位信息、缺陷信息、路线信息、工时统计、趋势分析、设备定级和消缺等工作。

3 系统实现

3.1 标牌与GPS信息关联

无论是标牌内含的全球唯一的RFID码值信息，还是GPS位置信息，都需要在巡视系统搭建初期进行信息采集，并存贮到数据库中。运行任务时，通过对下传到手持机器的RFID码值或者GPS位置信息进行比对。巡视运行任务时若RFID码值相同，或者GPS坐标在设定的允许范围内，则认为巡视人员巡视到位，就可以对巡视设备信息进行检查和记录，否则无法继续下一步操作。系统中采用工业级的巡视标牌安装到现场的设备区域，标牌所管辖的区域称为一个巡视点区域。而对于不易放置巡视标牌而可以采集到GPS信息的杆塔等电力设备，通过GPS坐标位置来进行强制定位。

3.2 手持机巡检

（1）手持机的模块结构框图。系统中的手持机采用自主研发的巡视器进行数据巡检。手持机的详细逻辑结构框图如图3。

图3 主板系统逻辑框图

RFID采集电路模块和GPS硬件模块，都是通过通用串行异步接口直接与微控制器连接，工作时CPU对模块进行读写数据，并按着模块协议进行解析和控制操作。RFID采集电路模块，采用自定义的协议，而GPS模块采用国际通用的NEMA0183标准格式进行通信。系统中的RFID和GPS接口共用一个串口，在运行任务时候，可以根据巡视点的类型来对串口进行初始化和切换操作，从而进行码值感应或者GPS定位操作。

（2）手持机定位巡视实现。巡检时，巡检人员根据提示到指定的地点进行巡视，手持机从任务数据中读取信息，根据任务中该点的具体类型，来进行码值感应和GPS定位操作。若是码值管理的设备，当任务中的码值与现场的码值信息一致时，则认为巡视已经到位，就可以完成对设备的记录工作。若是靠GPS坐标位置管理的点，巡视时当接收的GPS卫星信息和任务中的位置信息在设定的巡视精度内，则认为巡视已经到位，允许进行下一步查看记录工作。

3.3 后台管理软件

后台管理软件采用WCF技术，采用多层架构方式设计，方便与电力的MIS等系统进行接口。主要功能模块如图4所示。

图4 管理后台主要功能图

通信模块管理，主要完成数据的下传、接收功能。用户权限模块主要完成组织架构，用户的添加和删除、权限的管理、密码设定等。基础数据管理主要完成电力变电站、线路等设备和标准答案的输入工作。参数设置主要是完成人工干预，即对系统参数的输入和修改等。数据查询部分主要对任务的执行情况，人员到位情况，缺陷处理情况，设备巡视情况等进行查询分析。报表部分主要用于定制各种类型的电力巡视报表功能。系统管理主要提供系统的参数、通讯、巡视的一些到位限制配置等。图5为对设备的查询界面。

图5 查询界面图

4 操作中遇到的典型问题及解决方法

根据设备的不同，巡检标牌的安装方式不一样。如安装在户外的设备，一般通过使用高强度的双面胶粘贴的方式，固定于对应的设备上。粘贴之前，应对粘贴表面进行清洁工作，这样才能粘贴牢固。然而对于有些设备如电容器单元、出线避雷器单元，巡检标牌需要安装在圆柱杆上，为了让标签能安装牢靠，需要定制安装支架，一面是半弧形抱箍，充分接触固定于圆柱杆，另一支撑面为水平面，巡检标牌粘贴贴在这一面。同时巡视标牌还提供螺钉安装的方式，通过这几种安装方式，使巡检标签牌安装达到既牢靠又美观的效果。

5 结束语

系统开发完成后，经过现场的运行证明，该系统性能稳定，大大提高了电力设备巡检的工作效率，方便设备缺陷的跟踪，使得电力设备巡检管理井然有序，得到了电力设备巡检人员的一致好评。

本系统设计方案，具有较好的适应性和扩展性，现场采用RFID和GPS结合的手持机，很好地满足了不同类型设备的强制到位。巡检时候可以方便浏览记录本次和以前的电力设备巡检信息。手持机直观的图形界面、丰富的软件功能、先进的硬件平台支撑，为进一步扩充应用奠定了基础。管理后台丰富的数据处理功能以及和MIS的融合，极大提高了巡检系统的工作和数据处理的效率。系统使用方便，提高了工作效率。我国电力行业设备数额较大，国家特别重视电力设备的安全检测管理工作。RFID和GPS技术在电力设备巡检中的应用推广，必将具有很好的应用前景。

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