基于射频识别的电子标识技术在电缆管理中的应用

洪 娟，任广振

（1.华北电力大学，北京 102206；2.杭州市电力局，杭州 310009）

0 引言

电力电缆供电可靠性高，不受地面和空间建筑物及恶劣气候影响，随着生产成本的下降，在城市输电线路中使用越来越多。杭州市电力局自2003年开始大面积使用高压电力电缆，截止目前，市区主网电缆线路长度已突破600 km。

然而，随着高压电缆投运增多，受城市地下空间资源限制，矛盾也日益突出。首先，电缆线路同路径并行走线较为普遍，1条通道往往会有不同电压等级的电缆线路分沟走线。其次，按照杭州市电力局电缆线路管理模式，不同电压等级电缆线路的运行职责隶属不同运行单位。由于电缆线路运行环境较隐蔽，受运行资料不完善和通道测试设备的局限，同路径并行电缆管沟的辨识、排查难度很大，当电缆线路发生故障时，虽然能通过设备定位查找到故障点，但由于受现场标识不清及工井环境的影响，故障电缆所处工井无法确认，造成道路误挖误开，使电缆故障处理效率低，同时也带来社会负面影响。

为了改变上述现象，结合杭州市电力局高压电缆线路运行管理的实际情况，探索采用RFID+PDA（手持数据终端）的电子标识技术来解决和完善目前存在的问题，同时改变电缆管理的传统模式，实现电缆运行管理的电子化、信息化。

1 电子标识技术简介

RFID[1]电子标签（无线射频识别）已在国内外广泛应用，是一种较为成熟的识别技术，在大型设备多、配套辅机数量大、分布范围广、安装位置复杂的电力、化工、钢铁、水泥等企业的应用尤为普遍。在企业资产管理领域进行资产管理、不停车收费系统、停车场管理系统、仓库管理、电子门票、图书馆管理等都广泛采用了电子标签技术。在电力行业，变电站手持终端PDA巡检管理也是电子标签识别系统成功使用的案例。

通过基于RFID和PDA的电子标识技术，可以实现电缆通道设备的数字化和信息化管理，以及对运行人员巡视到位率的监管，规范运行管理标准化流程，做到运行管理术语描述的标准化、规范化，改变电力电缆运行管理的传统模式。

高压电缆线路电子标识技术研究由2部分组成，一部分是对电子标签RFID研究，最终实现无线数据传输、无限次读/写功能，将电子标签安装在电缆通道工井对应的地面标识牌上；一部分是对手持终端PDA设备的研究，利用无线采集功能获取现场设备信息，同时进行业务数据维护。采集数据通过无线通信网络或办公局域网进行数据上传，避免了数据的二次维护，减少了工作量，避免漏录、误录的情况发生。

2 电子标识技术方案

电力电缆电子标识系统由硬件和软件2部分组成。硬件包括RFID标签和手持终端PDA，软件采用J2EE架构，具有可扩展性、跨平台性以及强大的集成功能。软件系统适合电缆管理，可实现与PDA软件平台融合，同时与电力生产系统PMS（生产管理系统）实现资源共享。

2.1 电子标识技术的硬件功能

电子标签RFID采用无源超高频抗金属标签P9525-M4QT，标签芯片ImpinjM4QT，为耐高温、防水、抗压的抗金属材料，可以满足电缆通道现场恶劣条件。协议为EPC Class1Gen2（ISO18000-6C），频率为902～928 MHz。电子标签利用无线电波传送识别数据，由传感器（Reader）和RFID标签（Tag）所组成，运行原理是利用传感器发射无线电波，触动感应范围内的RFID标签，电磁感应产生电流使RFID标签上的芯片运作并发出电磁波响应传感器。在杭州市区，高压电缆线路通道铺设在电缆工井和电缆管道中，电缆工井的间距通常为30～50 m。根据电缆通道走线路径的不同和市区景观的需要，电缆工井一般设置在人行道、绿化带、慢车道上。为了检修和事故抢修，必须对电缆线路进行准确定位，对井内的高压电缆线路进行定位确认，以便快速处理事故。在电缆工井上方安装不同的电缆标识牌，将具有抗压、防水性能的电子标签RFID安装在这些电缆线路通道标识牌的下方或周围。对于通道情况不明的电缆路径，初次可采用人工查找方式从电缆两侧终端向中间并配合电缆路径探测仪进行路径和工井明确，安装固定电缆标识牌并同时安装电子标签；对于新建电缆线路，可在电缆线路验收环节进行电子标签的电缆标识牌安装。

图1 系统结构

在PDA上安装精简的Windows CE嵌入式操作系统，可以实现对RFID数据的采集、存储等功能；具备极高的耐用性和可靠性，且便于携带、易于操作。可通过有线（USB接口）方式或者无线方式，根据登录系统的登录身份从服务器上按权限下载巡检任务及相关资料。这些资料包括任务、时间、地点、类型、内容，以及作业前期准备等；也可将指定的设备数据和业务数据下载到随身电脑上，现场人员可通过PDA进行无线读写。系统下载的数据还包括部门、班组和人员信息，可用于系统对相关业务人员的权限审核和记录填写。可以从缺陷库中提取标准的设备缺陷信息下载到PDA中，供巡视作业人员在现场巡视时调用参考。表单下载功能可以对下载后的运行及检修表单进行查看及打印。

手持PDA集成了GPS全球定位系统、RFID电子标签识别系统、掌上电脑和计算机网络通信技术，基于“移动信息平台”概念，实现巡视目标自动定位（手工定位）、自动记时，并通过掌上电脑完成缺陷的详细规范性记录，通过程序严格控制巡视人员巡视路线，对巡视人员进行巡视到位率考核。

电缆巡视时，可以通过手持PDA直接调出有关设备的巡视流程，浏览巡视内容、巡视路线和缺陷图片，进行设备扫描、逐步巡视、录入数据、录入缺陷。

2.2 电子标识技术的软件功能

浙江省电力公司生产管理系统采用先进的管理理念，将生产、运行和维护体系划分为设备层、规范层、执行层。在射频识别RFID+PDA的电子标识技术系统前端设备选择和现场安装应用的基础上，为了使软件系统能与现有的生产管理平台PMS对接，软件模块开发必须与PMS巡检管理、设备管理、计划管理、缺陷管理等功能有机结合，形成完整的电缆巡检管理业务流程，实现电缆线路运行维护管理数字化、信息化。

软件功能主要包括：终端管理提供巡检人员在工作现场通过手持PDA进行数据信息的查询、最新数据信息录入，系统数据上传/下载等功能，支持巡检人员通过浏览区维护巡检任务执行情况、巡检记录和缺陷等；后台管理为巡检业务管理人员提供计划和任务安排、巡视过程的跟踪、缺陷隐患的管理和查询统计功能。提供巡检业务处理的基础数据管理功能。另外，系统接口提供了巡检系统和其他系统的业务串联。

3 巡检流程

巡检人员持手持PDA在现场完成巡检后，对巡检生成的数据记录进行存储、查询、分析、汇总和报表生成，并上传至PMS系统，由后台运管理人员对前端采集的数据进行完善、处理。应用该系统后取得以下显著成果：首先，巡检人员前端手持PDA获取电缆通道上每一只工井对应标识牌附着安装的电子标签进行GPS定位信息，通过后台软件系统中的电子地图，可展现形成每一回运行电缆路径走向，解决了由于电缆线路运行环境隐蔽、运行资料不完善、同路径并行电缆管沟难以辨识、排查难度较大的问题，实现了电缆路径通道的数字化、信息化管理。其次，在充分获取电缆后台数据的基础上，当电缆线路发生故障时，通过电缆设备故障查找仪定位查找到故障点，可利用测得的电子标签GPS经纬度数据，用手持PDA在现场进行故障点工井准确定位，使电缆故障处理修复更加及时、高效，提高了隐蔽电缆线路故障处理效率，将停电造成的负面影响降到最低。利用PDA的定位功能，还可以对运行人员进行巡检路径的跟踪考评，提高电缆线路巡线到位率的标准化管理水平。实现从巡检缺陷发现到缺陷处理的全过程高效管理，减少运行、检修人员的工作量，提高日常运行维护管理的工作效率，确保运行部门运行维护管理工作流程的标准化、规范化。

4 结语

基于射频识别RFID+PDA的电子标识技术在PMS电缆管理中的应用，能实现电缆路径通道信息的快速定位，有效提高电缆路径通道后台数字化和信息化管理水平；实现电缆线路故障抢修时开启工井的精确定位，提高故障抢修效率；实现对运行人员巡线到位率的跟踪考评，规范电缆运行管理标准化流程。该技术的应用实现了现场数据与PMS系统的数据共享，将大大减少运行维护人员的工作量，提高日常工作效率，为电缆线路安全运行提供保障。

[1] Q/GDW 512-2010电力电统运行规程[S].北京：中国电力出版社，2010.

[2] GB 50168-2006电气装置安装 工程电缆线路施工及验收规范[S].北京∶中国计划出版社，2006.

[3] 城市管线设计施工与地下管线安全施工检修技术指导手册[M].北京∶中国知识出版社，2009.

[4] 欧广宇，刘辉.RFID技术及其在物流企业的应用[J].计算机技术与发展，2008，18（6）∶164-166.