变电站智能巡检系统的设计与实现

（1. 国网江西省电力有限公司，江西 南昌 330077；2.国网江西省电力有限公司电力科学研究院，江西 南昌 330096；3.国网江西省电力有限公司萍乡供电分公司，江西 萍乡 337000

0 引言

随着工业的发展，电力在生活中起着举足轻重的作用。供电系统出现故障会对人们的日常活动乃至整个社会造成严重后果，因此，保证电力系统的安全稳定运行已经成为保障国家战略性能源安全系统中极其重要的组成部分。为实现电网的安全、可靠运行，须不断提升变电站的智能化和自动化水平，以达到合理配置供电设备以及对变电设备实施有效监督管理的目的。

从根本上保证电网安全稳定地运行，保障电力的安全供给，就要对各变电站进行定期和不定期巡检，及时发现隐患，防患于未然，将电力设备的故障率降到最低。一方面，低压变电的分布广泛造成了低压变电的节点数多且分散等特点，因此要求工作人员上传巡检数据必须实时、准确、高效。另一方面由于电力设备长期暴露于野外，经常承受正常机械载荷和电力负荷的作用以及雷击、污秽、强风、地震、洪水、滑坡和鸟害等外力侵害，甚至会受到一些不法分子盗窃电力设备行为的危害。这些因素将会造成变电站各元件老化、氧化和腐蚀等问题，如不及时发现和消除，存在的隐患就会发展成为故障，从而对电力系统的安全性和稳定性构成威胁[1]。

目前，我国电力系统的变电站巡检主要采用传统的人工巡检、视频监控、综合检修车等方式[2]，这对有些企业来说，成本过高，运行实施困难且不易推广，同时也难以消除巡视工作中人为因素的影响[3]。因此，如何吸收国外先进电力企业的现代化管理经验以及在变电站智能巡检系统的建设中充分运用先进的移动技术已经变得十分重要[4]。

变电站智能巡检系统的作用是简化巡检人员的作业操作任务，使得电力设备巡检更加准确、高效和具有可追溯性。同时，变电站智能巡检系统服务端可以展现和管理电力设备巡检产生的数据，使得变电站巡检记录数据可视化。

1 系统研究目标及总体结构

1.1 研究目标

本文结合江西省电网的实际，基于JavaWeb和Android平台，适应变电站巡检工作的需求，研制开发变电站智能巡检系统。项目的研究目标主要包括以下几个方面：

1）面向变电站巡检任务流程的应用，对智能巡检系统进行需求分析。对开发平台与设备选择进行调研论证，提出变电站智能巡检系统软硬件架构和系统逻辑功能框架。解决现有巡检系统中工作流程不合理、缺少趋势分析、操作不便捷、用户界面大小不合理、数据传输可靠性不强等问题和不足。

2）对变电站智能巡检系统服务端的设计和实现，满足巡检任务与巡检结果的规范化管理，巡检数据的共享，历史趋势分析，设备状态评估等功能；满足国家电网公司对运维巡检精细化管理的要求。

3）对变电站智能巡检移动APP进行设计和编程，使之具有完善的巡检功能，良好的人机交互界面，易于操作和使用，与巡检系统管理服务器数据通信可靠。

1.2 研究内容

此项目的研究内容主要有两个方面：变电站智能巡检系统移动端和变电站智能巡检系统服务端。

变电站智能巡检系统移动端的任务是实现全面巡视、带电检测、倒闸操作、缺陷管理、运维等任务的数据采集，采集数据后将数据上传到服务器。同时变电站智能巡检系统移动端也具有智能安全帽、知识中心、无线门禁等辅助功能。

变电站智能巡检系统服务端的作用是发布计划任务，使变电站智能巡检系统移动端能获取到任务。后台管理的内容主要有计划管理、设备巡视、设备维护、带电检测、倒闸操作、工作票管理、应急处理、缺陷管理、数据管理、权限管理、系统设置等。

1.3 系统总体架构

系统总体架构分为展现层、应用层、服务层、数据层、网络层，如图1所示。

图1 系统总体架构图

在展现层中，变电站智能巡检系统移动端使用智能手机来实现程序的运行与展现工作，经过调研，为保证程序的稳定性和系统的安全性，最终使用国产安卓手机。安卓系统需满足Android 4.4及以上版本，内存2 G以上。变电站智能巡检系统服务端后台管理工作为了确保系统的兼容性，主要在PC上完成，电脑配置建议CPU 1.8 GHz以上，内存4 G以上。

变电站智能巡检系统移动端在应用层实现了全面巡视、倒闸操作、运维、带电检测的表单展示和数据录入功能，以及知识中心文档的下载、展示；变电站智能巡检系统移动端的无线门禁实现了蓝牙开锁和开门时间记录的功能；智能安全帽负责记录巡检时的视屏数据。变电站智能巡检系统服务端在应用层实现了全面巡视、倒闸操作、运维、带电检测任务的添加删除、记录数据的查看、审核以及表单数据的展现；知识中心实现了文档的添加删除和更改功能；无线门禁实现了开门记录的查看、管理。智能安全帽实现了巡检视屏的查看、管理；此外还实现了设备维护、工作票管理等功能。

服务层是数据层和应用层之间的过渡层，相比之下是较高层次的一层结构，相当于将几种操作封装起来。服务层实现了service接口，进行具体的业务操作。服务层还提供将移动端本地数据提交到服务器的功能。用户在移动端上完成相关的任务操作后，会先将数据保存在本地的数据库中，然后再提交到服务器。在提交阶段，首先通过移动端service服务向服务端数据接口发送请求服务，并同时将需要上传的数据以JSON格式传送给服务端，服务端接收到移动端发送过来的JSON数据并解析后，将数据保存到对应的数据表中，实现了数据上传的功能。

在数据层中，变电站智能巡检系统使用的是MySQL数据库进行数据的管理，本系统涉及的数据包括结构化数据（如：巡检记录等）和非结构化数据（如：视频数据、图片等）。

2 智能巡检系统移动端功能设计

2.1 智能巡检系统移动端功能结构

变电站智能巡检系统移动端软件功能结构图如图2所示。

图2 移动端软件功能结构图

该系统包含2大模块，“开始工作”模块负责对5种不同类型的工作任务进行下发和数据采集，分别为全面巡视、倒闸操作、带电检测、运维、缺陷管理。该模块负责显示并支持对每种任务的详细内容进行操作；“帮助中心”模块提供一些辅助类的功能，包括安全帽、知识中心、无线门禁等功能。

2.2 智能巡检系统移动端工作流程

智能巡检移动端整体流程如图3所示。

图3 移动端系统流程图

流程概述如下：用户根据账号进行的登陆，后台对输入的账号密码进行判断，正确则给予通过并进入系统。用户点击“我的工作”进入到工作列表，列表中显示所有可操作的任务，如果没有任务列表则为空，用户点击列表中显示的任务可以进入到该任务的详情界面，此时可对任务进行数据操作，完成后将操作数据上传到服务器数据库；用户点击“帮助”进入到帮助功能列表，该列表中提供4种功能选项，分别是智能安全帽、无线门禁、知识中心、缺陷管理，用户根据需要点击相关的功能按钮就可以进行相应的操作。

3 智能巡检系统服务端功能设计

3.1 智能巡检系统服务端功能

系统功能一共有十二个模块，如图4所示。服务端的功能模块分别是计划管理，设备巡视，设备维护，带电检测，倒闸操作，工作票管理，应急处理，缺陷管理，数据管理，权限管理，系统设置和实时天气。其中计划管理作为系统流程的第一步发布任务。

图4 变电站智能巡检系统服务端功能图

设备巡视、设备维护、带电检测和倒闸操作功能为记录任务采集的业务数据。数据管理、工作票管理和应急处理模块为对业务数据的管理。权限管理和系统设置模块是对用户数据进行管理。

3.2 智能巡检系统服务端系统模块

首页模块分别有计划管理，设备巡视，设备维护，带电检测，倒闸操作，工作票管理，应急处理，缺陷管理，数据管理，权限管理和系统设置。其中计划管理为发布任务，设备巡视，设备维护，带电检测和倒闸操作为记录任务采集的数据。

缺陷管理模块作用为记录巡视任务中发现的设备缺陷，其中包含缺陷登记，缺陷审核，缺陷处理，缺陷验收，缺陷历史五个子模块。包括缺陷编号，发现日期，发现人，设备类型，消缺单位，缺陷性质，缺陷内容，是否汇报调度，是否已录PMS，是否消缺，处理详情，备注，审核内容，审核状态和操作这些字段。同样，能对该表进行增删改查，在线浏览和下载xls操作。

数据管理模块作用为对数据、设备、作业卡、变电站等信息进行管理，其中包含视频数据管理、设备信息、设备类型、电压等级、变电站信息、设备间隔、巡检表类别和巡检记录类型八个子模块。

权限管理模块作用为对用户的权限分配，对用户，部门和角色进行管理。包括用户管理、部门管理和角色管理三个子模块。

系统设置模块作用为记录一些其他的数据。包括操作规程、巡视规程、设备描述、知识中心、实时天气和蓝牙开锁六个子模块。

4 系统部署使用

4.1 智能巡检系统服务端使用流程

进入任务发布模块，点击计划管理，出现四个子菜单，然后点击日计划，出现日计划任务的数据表。日计划任务由任务类型、任务成员、开始时间、结束时间、完成状态和任务描述六个字段组成。日计划任务上方有五个按钮，点击添加按钮来发布新的日计划任务，点击后跳转到任务发布界面，界面如图5所示。

图5 后台任务发布

通过选择变电站、任务类型、设备类型、组长以及组员来确定任务，其中组员可以多项选择。选择完毕后点击提交按钮即可，若想重新进行选择也可点击重置按钮。提交后，回到日计划任务界面，在已有的任务下面新出现的任务即为刚发布的任务。此时移动端也可收到发布的新任务。

4.2 变电站智能巡检系统移动端使用流程

开始工作后，系统从服务器获取后台创建的所有工作任务并通过列表显示出来。任务列表里支持4种任务类型（全面巡视、运维、带电检测和倒闸操作），点击任务列表中具体的任务后，可以进入该任务的详细操作界面，任务操作界面如图6所示。

图6 全面巡视操作界面

填写完所有数据记录，点击提交按钮，该任务的所有数据便会提交至服务器，后台系统将对数据进行整理与展示。

5 结语

为确保电网能够安全稳定的运行，依据变电站的相关规定，变电站工作人员必须进行变电站电气设备的定期检查，已发现存在安全隐患的设备，并对设备运行状态、运行参数进行记录备份，作为日后设备维护的参考。传统的巡检流程已暴露出许多弊端，随着科学技术的发展，使用电子设备记录取代传统纸质记录在诸多行业中已成为发展趋势与潮流。本系统从实际需求出发，设计并实现了整套巡检流程。替代了纸质记录的原始方式，从巡检任务的下发到任务的验收审核，都与传统巡检方式流程一致，并且可以提高工作人员和管理人员的效率，具有很高应用价值。