基于物联网架构的变电站智能检修报警系统设计

司小庆李文书张志朋郭 新毕宏图

（1.国网南京供电公司，南京 210019；2.国网天津滨海供电公司，天津 300450）

基于物联网架构的变电站智能检修报警系统设计

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（1.国网南京供电公司，南京 210019；2.国网天津滨海供电公司，天津 300450）

本文针对变电站的检修特点，需要设定围栏、标牌，专责人员监护，检修人员的主观意识对检修安全产生隐患，提出了一种基于物联网架构的智能检修报警系统的设计方案。参照物联网四层架构体系从感知层到应用层对系统进行了设计，感知层采用激光传感技术、振动检测技术代替围栏；传输层采用网关实现系统上下层信息交换；服务层提供变电站装置分布模板，检修任务模板等多种数据库；应用层在人机交互较好的 Android平台实现。本系统实现了变电站检修的专业化、智能化，提高了检修工作的工作效率，使检修人员更加安全。

变电站检修；物联网；激光传感；人机交互

目前，防止运维人员走错间隔、误碰、误动、误操作事故的措施主要有，规范操作、围栏隔离、挂牌提示等。在维护、检修过程中，必须严格遵守《电业安全工作规程》中的收发工作票制度[1]以及工作许可人、工作负责人必须到现场的规定。这些规程很全面的规范了检修人员的活动范围以及操作过程，但这些全部都是建立在检修人员主观能动性基础上的，另外设置围栏挂牌提示了现场的劳动强度。

采用智能检修报警系统，在现场布置好检测终端后，红色激光能设置虚拟围栏[2]，检修时就不用设置围栏；振动检测终端针对单装置检测振动，在区域中划分出勿动装置；通过客户端可以方便的设置检修区域、报警数据统计。该系统提升了变电站检修的工作效率；最重要的是采用硬件设备管理检修工作，弥补了因工作人员主观因素产生错误的漏洞。当工作人员误入区域时，检测终端设备发出声光报警，提示误入人员离开危险区域，并及时将报警信息传递给监督人员。

1 系统整体设计

根据物联网四层架构体系，系统由下至上分别由感知层、传输层、服务层、应用层构成，其结构[3]如图1所示。

图1 变电站智能检修管理系统结构图

感知层主要获取误入、误动告警信息，在变电站的墙体和设备上安装激光感应装置，柜体上安装振动检测装置，终端检测参数见表 1。这些告警感应端均有WiFi模块[4]，WiFi通信特点是利用电磁波信号可以在自由空间中传播，不用考虑布线问题，方便安装。

表1 终端检测传输数据

传输层主要设备为网关，网关具有较强的硬件支撑，是系统上下层的交换枢纽。它向下通过WiFi与检测终端设备相连，然后将所有检测设备信息打包再与客户端通信，与客户端的通信方式也采用WiFi。网关每200ms将每个检测模块的信息采集一遍进行打包，传输给客户端；客户端将告警管理信息、检修区域管理信息等设置管理信息通过网关发送给检测终端。

服务层主要对现有的数据进行处理、存储，为上层应用建立一个高效，可靠的技术支撑平台，服务层的主要包括变电站装置分布数据库、检修模式数据库和告警解析数据库。变电站装置分布数据库提供了一些典型变电站装置分布模板，经过简单的修改即可应用到一个新的变电站中；检修样式数据库总结常用检修模式，配合变电站装置分布数据库划分检修区域；告警解析数据库完成与网关的通信、数据采集、数据解析、数据保存工作。

应用层的设计主要是面向用户，解决用户端信息处理和人机交互的问题，利用经过分析的感知数据，为用户提供丰富的应用功能。

2 系统功能模块介绍。

该系统主要有系统管理、实时检测、检修报警、数据报表等功能模块，如图2所示。功能模块在客户端Android平台的APP上实现。

图2 智能检修管理系统用户功能模块框图

2.1 系统管理

系统管理主要用于变电站第一次使用该系统时，在客户端上建立模拟变电站装置的分布图，同时将检测终端映射到分布图上，这样出现报警时能就能快速的知道报警地点。检修区域的划分根据实际情况在系统中打开检测终端。变电站装置分布图和报警区域都可以保存为模板，供下次直接使用，也可以对系统用户权限进行管理。普通用户只能查看相应信息，管理员用户可以进行相应的操作。

2.2 实时检测

实时检测用于既可用于查看报警区域，也可以用于监视检测终端的状态。

2.3 检修报警

1）预警管理

系统设计了系统报警，短信报警、声光报警 3种报警方式，以保证报警信息能及时传达给变电站的管理人员。系统报警在客户端上以弹出窗口的方式通知值班及管理人员；短信报警是通过手机短信及时将报警信息发送给报警联系人；声光报警是通过客户端上蜂鸣器和指示灯提示相关人员。用户登录系统后可以对报警策略、报警重发时间，报警联系人通信录等进行设置。

2）报警处理

当弹出告警页面时，管理人员可以对告警信息进行处理。在报警信息解除之后，报警信息自动存入历史报警数据库中，包括报警发生日期、时、编号、报警地点、报警类型等信息。

2.4 数据报表

通过数据报表可以查看报警历史记录，对报警历史记录进行数据导出或者删除。

3 报警模块设计

报警装置采用区域告警和单装置防误碰告警相结合的报警模式。变电站检修分为一次检修、二次检修、全站停电检修、部分线路停电检修，可以用激光报警模块划出大范围的禁入区域或者操作时需要一定安全距离的高压设备，用振动报警模块可以在工作区域中细分可操作装置和非操作装置，两者结合可以解决大部分现场告警区域的划分。

激光报警模块采用感光技术，当人体通过告警区时身体遮挡激光，感光模块失光报警，检修区域划分如图3所示。

图3 区域报警功能实现图

振动检测报警模块采用加速度感应芯片，贴放在柜门处，当勿动柜体时发出告警。与激光报警终端相同，振动检测终端发出声光报警提示触碰人员禁止打开柜门，同时发出信息给客户端提示管理人员。报警服务流程如图4所示。

图4 报警服务流程

4 现场应用

检修报警系统经过初步设计在南京江边变进行了适用。划分出检修区域并在柜体上安装振动模块后启动系统，当人员误入误动时系统产生告警，系统产生声光报警并将信息发送给有关人员，客户端将报警信息记录下来。初步看来，检修报警系统可有效解决检修人员因主观因素而产生的错误。但系统报警终端的结构有待优化，通过优化相信可以提高检修人员的工作效率，减轻现场人员的劳动强度。

5 结论

本文结合物联网技术，提出了一种基于物联网四层架构的变电站检修智能报警系统方案，是物联网技术、信息技术应用到电力生产细节的实例。该技术提高了电力生产的效率，保证了电力生产的安全。

[1]蔡树人,胡代舜,陈其祥.电业安全工作规程[M].北京：中国电力出版社,2004.

[2]党安明,张钦军.传感器与检测技术[M].北京：高等教育出版社,2002.

[3]钱志鸿,王义君.面向物联网的无线传感器网络综述[J].电子与信息学报,2013,35(1)：215-227.

[4]曾磊,张海峰,侯维岩.基于 WiFi的无线测控系统设计与实现[J].电测与仪表,2011,48(7)：81-83,96.

Intelligent Maintenance Alarm System Design of Transformer Substation based on Things Oriented Architecture

Si Xiaoqing1Li Wenshu1Zhang Zhipeng2Guo Xin2Bi Hongtu2
(1.State Grid Nanjing Power Supply Company,Nanjing 210019；2.Tianjin Coastal Power Supply Company,Tianjin 300450)

This article proposes some designing scheme of intelligent maintenance alarm system of transformer substation based on things oriented architecture according to the maintenance characteristic,the need of rail,scutcheon and care by specialist staff and the risk of subjective consciousness caused by maintenance staff.It designs from the sensing layer to the application layer referring to the four frame system of things oriented architecture.The sensing layer adopts laser sensor technology and vibration detecting technology to replace the rail; the transferring layer changes the information by using the gateway; the servicing layer supply multiple database including the distribution model of substation equipment and maintenance mission.The application layer is realized in the Android platform with better man-machine interaction.This system achieve the professional and intelligent maintenance of transformer substation and improve the work efficiency that the maintenance staff will be safer.

maintenance of transformer station；internet of things；laser sensors；man-machine interaction

司小庆（1977-），男，江苏镇江人，硕士研究生，高级工程师，从事电力安全监督管理工作。