基于RFID的电力设备全自动电子台账管理方案

刘海艳，刘鹏程

(1.南京理工大学紫金学院，江苏 南京 210026；2.山西振中电力股份有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

目前，变电站内电力设备形式较多，地点分散，从招标、采购、测试、运行及维护整个全寿命周期过程会产生海量运行数据，这些运行数据需要大量的统计分析计算和处理。当设备出现变化的时候，必须及时将设备信息进入台帐进行更新，否则会造成设备台帐与实物的信息不一致，对设备运行可靠性产生一定影响。

目前，针对电力设备台账管理的研究主要在系统设计方面，文献[1]基于射频识别(radio frequency identification，RFID)技术对电力设备分布式台账云管理进行了研究；文献[2]研究了台帐数据高级核查处理技术；文献[3]对基于大数据的电力信息设备台账准确度提升进行了研究；文献[4]提出了基于物联网RFID技术的电网资产精益化管理方案；文献[5]设计了基于PMS平台的输变电设备台账系统；文献[6]提出了基于无线射频识别的电力设备全寿命周期管理方案；文献[7]说明了二维码技术在电力二次设备中应用；文献[8]建立了基于状态检修的保护设备台账管理模型。

本文针对电力设备电子台帐管理提出了解决方案。利用无线射频识别模块提升电力设备读取、识别和管理的能力，设计了电力设备台帐管理系统，能够通过相应的射频芯片实现电力设备台帐管理，从全生命周期角度提高管理效率和管理质量。

1 电力设备电子台账管理现状

电力设备台帐是电网设备管理中的一项重要记录手段，能将所有设备的参数、运行记录等数据和基础信息通过台帐进行查询、修改和编辑。电力设备台帐是电力全寿命周期的一项重要体现，关系到电力规划、生产、运营及服务全流程的业务，所以做好台帐管理十分重要。目前，主要使用的仍然是传统的存储服务器，对变电站、输电线路和配电地区等信息设备，都要通过人工录入的方式，在后台将设备信息进行检入，需要大量的时间和人工成本，同时由于现在数据越来越丰富，传统的服务器的性能不能够支撑现在大数据背景下的台帐信息的实时查询和调阅，因此给电力运行和维护带来了一定困难。随着物联网、云计算等技术的大力发展，电力设备台帐管理也应做出一定改进和提升。

设备台帐信息的完善需要设备运行状态实时更新，台帐信息的建立和运行维护对于设备状态信息更新、检修体系维护都极其重要。通过所记录的设备状态基本信息数据，将设备的静态数据信息、动态数据信息通过云平台进行合理存储，将设备台帐信息不断更新完善，形成综合利用效果，从而为之后设备的运行检修等行为的数据提供相应的基础。

同时，设备台帐信息的维护需要由工作人员根据设备状况，及时填写设备台帐，并且需要反复校验和审核，确保填写的资料和数据准确无误，从而大大加重了人工难度。对于人工输入的高度依赖性，大大降低了信息更新的及时性和可靠性，浪费了人力物力，也可能会造成输入错误等。

目前，电网形成了统一的台帐管理系统(PMS)，该系统在查询资料的直观性和统一性上有很大提升。PMS系统对于电力设备的集约化、规范化和精细化管理有着重要作用，但是在设备信息进行上传时，仍然存在不同的信息差异。在PMS系统进行录入时，需要进行任务建立、设备关系查找、工种类别修改、条目保存与提交任务等，在一定程度上流程较为烦琐，功能受到一定限制，效率仍然较低。另外，对设备台帐资料进行修改时，主要是对新设备的台帐录入以及对已有设备台帐资料的更新，在这2种情况下，如果进行传统的人工输入，需要通过鼠标、键盘和人工校核等方式进行输入，增加了人工录入的劳动强度。因此，开发电力设备台账自动管理方案十分必要。

2 RFID在电力设备管理中的应用

无线射频识别是一种无线通信技术，能够以非接触的方式自动识别目标对象并获取目标对象的相关数据和信息，通过无接触的方式，实现对对象的识别和信息的传达。射频识别具有较高的使用寿命，对工作环境要求不高，能嵌入或附着在不同类型的设备上，可以实现同时读取的功能，并且可以在一定距离内进行读取，这对于变电站内运维检修人员的操作十分便利。在电力设备全寿命周期管控过程中， RFID技术可以大大减少人工巡检的不确定性以及可靠性低等问题，实现对电力设备、移动设备的识别，同时还可以保证抗电磁干扰等特性。通过射频识别，可以实时掌控电力设备的状态、实现对电力设备状态的动态查询。

RFID技术能够实现对电力设备信息的标签化采集和管理，将扫描得到的条形码信息上传至云平台，利用手持终端、移动设备等对电力标签进行采集和识别，可以很容易地查询电力设备从生产、实验、运行和检修等状态的信息查询，并且根据电力检修人员的权限进行设备信息的完善和编辑，能够实现电力设备状态信息的实时编辑和与云平台信息同步操作的功能。

利用移动射频技术与物联网、大数据技术相结合，构建电力设备智能台帐信息管理平台，采用集中管理、分布式运维的模式，可以实现运行检修人员与电力设备的信息交互，实现设备台帐的移动作业和实时更新，能够有效加强信息的管理，规范运行检修人员数据操作，降低设备的数据缺陷，为检修运行提供有力数据库。

读写器是利用无线射频识别技术进行标签数据的捕捉和处理的装置，其首要功能是激活标签。对于被动标签和半主动标签，读写器在读写范围内的标签可以提供相应的能量激活操作。RFID读取流程如图1所示。电子标签信息阅读步骤如下：

图1 RFID工作原理

a.移动终端根据信息交互应用程序将台帐信息运维业务需要的数据由电子标签信息进行获取。

b.信息阅读器发送指令信号，经过射频编码加载在载波信号上，通过天线发射该射频信号。

c.电子标签受到信号区域的射频电流，电子标签数据激活，读取数据。

d.电子标签的数据处理模块获得存储区的台帐信息编码，加密后将该信息加载至载波信号上，通过射频天线发送该信号。

e.移动终端设备接收天线发来的电子标签和载波信号，通过信息阅读器对该信号进行解密，读取信号内的信息。

f.信息交互应用程序获取台帐信息编码，根据逻辑运算判断该信息的合规性，针对不同的台帐信息存储要求对信息进行分类存储，最终实现台帐信息的读取和处理。

3 基于RFID的电力设备台账管理系统

3.1 系统构架

基于RFID的电力设备台账管理系统的构架如图2所示。基于无线射频的电力设备全自动电子台帐管理构架主要包括感知层、信息处理层和应用层。在感知层，无线射频标签布置于各主要电力设备，进行读写器扫描条码和数据。利用布置的无线射频读写器以及相应的射频天线单元，与定制的无线射频标签信息存储规范相结合，通过不同设备类型的数据格式校验，确保标签读取数据的合理性和通用性。在感知层，标签安装的位置有利于读写器进行采集数据，方便运维检修人员进行数据统计。

图2 系统构架

移动终端利用射频识别技术读取设备的基础信息数据，将该信息通过无线网络接入至相应的云平台，通过平台的功能将数据存入相应的数据库。为确保设备台帐信息的安全性，在进入云平台之前，需要对数据进行加密处理，确保数据的安全接入。信息安全接入云平台由安全接入系统、安全终端和安全传输通道组成，采用数字加密、数据间隔交换、实时安全监测与数据安全检查等功能，确保扫描得到的数据安全可靠地上传至云平台，实现不同区域内的电力设备台帐信息数据实时共享、实时存储。

电力设备台帐信息传输至云平台后，数据服务器根据采集数据的类型、地点、数据结构以及环境条件等因素进行综合分析，为数据进一步可视化展示奠定相应的基础。由于云平台具有对数据进行大量采集、实时处理的能力，因此将变电站内所有设备的台帐信息统一集中至云平台，形成基础数据库。同时利用无线射频识别技术，对台帐信息数据进行实时更新，方便台帐信息的统一维护和管理，与相应的继电保护、设备检修系统实现数据共享和数据对接。

3.2 系统硬件

系统硬件结构如图3所示。

图3 系统硬件

系统的硬件结构包括通信模块、处理器模块、无线模块、RFID模块和显示模块等。为了保证射频识别在电力设备信息读取过程中的效率和质量，在射频芯片选取时应当注意灵敏度、功率调节等方面的性能。表1给出了部分芯片的性能对比。

表1 射频芯片对比表

由表1可知，AS3992能够支持较多协议类型，并且灵敏度、功率调节范围均满足设备检测要求，故选用AS3992射频芯片实现本文的模块功能。

3.3 系统功能

由于RFID标签是一种电子化标签，通过数据扫描可以获得大量的有关设备状态的信息，因此，映射到云平台之后的信息将更加丰富。通过简易的方式增加了数据的有效性，并且能够根据权限确定相应的数据浏览方式，丰富了台帐信息的内容。

电子标签能够在实际应用中较为丰富地扩展相应的数据内容，包括图纸设计信息、厂家功能说明和主管部门信息等。由于电子化标签可以同时为多个部门使用，因此可以实现台帐信息的一致性，避免由于传统手段造成的设备信息相互交叉重叠、信息缺失等现象。另外，通过手持终端就可以方便地查询设备的数据信息，符合了运维人员的工作习惯。

利用无线射频识别技术，可以实现台帐信息的就地读写，当对设备完成相应的试验、消缺等工作，就可以就地对设备台帐信息进行更新和修改，保障了台帐信息更新的及时性和可溯源性。

利用无线射频识别技术管理台帐信息，还可以与现阶段较为成熟的云计算和云存储技术相融合。由于云存储具有较强的数据存储能力和数据容错能力，因此，可以增加云存储环境的数据安全稳定性，减少电力用户安装设备后需要不断查询数据而造成的对服务器的冲击。系统功能示意如图4所示。

图4 系统功能实现

本文的设计能够有效减少运行人员在设备台帐更新时的工作量以及录入信息的时间；并且能够尽可能地简便信息录入流程，提升PMS系统终端的利用效率；还能够在一定程度上排除人工录入数据时所可能出现的失误，提高台帐录入的效率，提升台帐信息的可靠性和数据的准确性，为进一步的数据分析和处理奠定一定基础。

3.4 实验分析

本文搭建如图5所示的RFID电力设备管理模块，进行仿真测试。

图5 仿真模块

其中，液晶显示模块用于显示设备台账多种信息，RFID射频芯片用于处理扫描终端对设备信息的扫描结果，通过射频天线实现信息上传。

选择某220 kV变电站，进行台账管理，得到信息如图6所示。

图6 RFID设备信息识别

从图6可以看出，RFID能够将主变压器、母线以及母线开关等设备的编号信息进行扫描登记，形成较为完整侧信息索引，实现自动信息标签管理和编辑。

4 电力设备全生命周期管理

利用无线射频技术、实时台帐更新可以实现电力设备的全寿命周期管理。一般情况下，电力设备上会贴有RFID电子标签。该标签会具有相应的设备参数，包括设备厂商、规格型号、设备名称、投运时间、投运地点和管理部门等。这类信息在设备采购、使用、运营、维修和退役等各阶段均有效，可以实现对设备的智能化监控，实现电力设备数据的完整性。

在设备招标采购阶段，设备应该在招标合同规定的范围内，将重要信息以电子标签的形式粘贴于设备本身，从源头上保障全寿命周期的目标实现。电子标签应当完成对相应设备的信息写入，设备出库时，将移库单信息下载到相应读写器终端，利用批量扫描技术，完成对设备信息的出厂统计。

在规划和设备运行过程中，设备进行投产，应当确认信息之后，将设备分类存放，通过查询设备的电子标签，可以确定现场实物与台帐资产的对应关系，保障实时更新资产信息，进一步完善设备运行、投入现状与台帐信息的一致性。通过获取的信息确定资产状态是否完好，同时建立相应的投产数据库，防止重复资产，进行有效管理。

在设备的实际生产运营中，需要运行人员根据设备的运行状态，对设备进行扫描识别，通过条码标签确定设备的资产信息和相应的具体数据，利用读取器确定设备的运行状态和数据库数据是否匹配，则可判定设备资产是否正常。当变电站内设备需要更换、转移时，需要对台帐信息的地理位置参数进行修正，由于设备已经形成了唯一的识别码进行关联，因此相应设备的维护信息关系保持不变，保障了信息台帐关联的一致性。

在设备的报废阶段，需要对设备的条码信息进行终端扫描，确认无误后，在台帐信息中将该设备进行注销，则完成了设备的退役。利用该技术可以较为方便地删除台帐信息中的冗余数据，减少数据库在设备投退过程中，数据更新不及时的状况。

5 结束语

本文针对电力设备全自动台帐管理给出了具体方案。首先，分析了电力设备电子台帐管理现状，说明了所存在的问题；然后，对无线射频识别技术的原理以及与电力设备台帐管理的关系进行了说明，并给出了电子标签信息阅读步骤；接着，针对基于无线射频识别技术的电力设备台帐管理系统进行了设计，给出系统构架并说明系统功能；最后，对电力设备全寿命周期的管理流程进行了分析，说明了无线射频识别技术在整个过程中的应用。通过本文的分析，能够为设备台帐全自动管理提供一定解决思路。