区块链技术在输变电设备状态管理中的运用

0 引言

输变电设备是电力系统中不可缺少的“元件”，其检修维护直接关系着电网的整体质量。为保证电力系统安全稳定运行，对输变电设备的运转情况进行监测非常必要。针对输变电设备的初始阶段、日常运行阶段以及检修过程进行全方位的监管，是电网管理的迫切要求。状态管理是把技术监督放在首位，及时发现安全隐患并加以消除。积极发挥各个部门的作用，坚持以专业为理念，全面提升管理质量

。为了满足人们对电网提出的越来越高的要求，传统的周期检修管理方法已经不能达到这个目标。

区块链技术具有去中心化、可溯源、透明性、公开性的优点，在各个领域的应用研究蓬勃发展。区块链的优点与输变电设备管理要求相符合，为设备状态管理提供了一种新的思路，区块链与状态管理的结合，使管理智能化与自动化，降低了输变电设备发生故障的几率。因此，能增强电网安全稳定运行、延长输变电设备的生命周期。

1 区块链技术

区块链是将数据信息进行打包，以密码学为基础将数据存储区块连接起来的分布式账本，是一个不依赖第三方的共享数据库，具有去中心化、开放性、独立性、安全性、匿名性等特点。区块链作为公开透明的账本，使用方、参与方、监督方都可以对信息进行写入，通过算法和密钥存入信息，然后经过共识机制的确认，在全网进行信息传播，最终每个节点都具有完整一致的信息备份，从而实现区块链的优越性

，区块链的工作过程如图1所示。

区块链无需第三方，即可以实现数据的自我验证与管理，区块链大致可以分为数据层、网络层、共识层、激励层、合约层、应用层六个层次

，不同的层次使用不同的技术，在数据层使用哈希函数、加密算法等；在网络层中构建了P2P网络并加入验证机制和传播机制；在共识层中应用POW、POS等共识机制；激励层配有分配机制等

；合约层采用智能合约来进行自我管理；应用层将区块链所具有的去中心化、可溯源等优势应用于各行各业。区块链各个层次相互配合来实现区块链的功能

。

微课依托教学目标而存在，设计中所体现的内容较为形象，并且设计流程简单、精准，有利于突出教学重点。微课讲解时间短，能够为学生提供更多的自主学习空间，能够将更多的时间留给学生进行自主探究，学生的学习意识也能够得到有效激发，学生的学习能力也能够在这一过程中得到培养。微课能够应用于不同的情境中，对于小学生来说更为适宜，为学生创建更为灵活的学习环境，从而促使学生在潜移默化中掌握数学知识，只要学生的自主学习意识不断提高，就能在任何时间及地点中进行学习。除此之外，微课还有另一重要优势，就是能够反复利用，学生在面对不懂的知识点时可以不断通过微课进行知识点的深挖及研究，直到明确掌握知识点。

2 输变电设备状态管理

在测评模型设计方面，厉云（2013）用模糊层次分析法和主成分分析法对大学生素质进行测评并排序［12］。赵健（2014）借助于模糊综合评判原理，从评价要素、要素权重和评价矩阵三方面进行分析［13］。林伟华（2012）基于灰色模糊理论引入学生综合素质测评信息系统的概念，对系统的结构和功能进行分析并进行综合评价［14］。刘秀丽（2013）利用层次分析法构建了大学生综合素质测评体系，运用模糊综合评价法构建大学生综合素质测评模型［15］。姚朝宗（2014）运用方差膨胀因子对大学生综合素质测评指标进行了共线性诊断，建立了综合素质测评的偏最小二乘回归模型［16］。

在设备常规运行时，对设备的监管要通过日常巡检、反措监管、排查潜在弊端、制定预控措施来保证设备安全稳定运行。日常巡检中，也要对监测设备的仪表仪器进行检查，仪表仪器等反映设备实时状态的电气量应及时进行区块链上链存储，以便及时对电网宏观调控；反措监管是贯穿在整个监管过程中，全面落实管理部门的规程确保每一项流程都合格，监管的意见以及意见凭证也需要上链存储；在排查潜在弊端时，工作人员为电网跟踪流程编写排查报告，对输变电设备的可能故障进行扩展防控，排查结果上链存储；在制定预控措施时，应该定期召开技术监督分析会，针对工作期间出现的技术标准不匹配等问题，对输变电设备进行新的全方位、跟踪式的有效监督。每个流程也都应该上链。

2.1 输变电设备动态监测

2.2 输变电设备的管理和维护

电网的使用生命周期是由输变电设备来决定的。由于在电网运行过程中，输变电设备会产生损耗，当损耗持续一段时间后，为保证正常供电需要更换设备。更换设备通常意味着要更换其配套设备，势必会影响企业的经济效益，也会对资源产生浪费，甚至影响持续供电。因此，对设备的维修保养显得至关重要。从初始阶段的审核配件规格、出厂检定、安装资质的管控，到全程常规运行的日常巡检、反措监管、排查潜在弊端的管控，每一步的管理做到位，将会延长设备的生命周期，从而使利益最大化。

3 区块链在输变电设备状态管理的运用

加强输变电设备管理平台的建设，从生产、安装、运行管理等方面构建监管体系。基于区块链技术的输变电设备监管平台，有助于追溯设备配件信息、监测数据安全存储、明确事故定责。

3.1 区块链管理系统方案设计

本方案采用若干个组织和机构可共同参与管理的联盟链，通过区块链技术，输变电设备生命周期过程中所有环节都需要进行管理并且数据上链存储，避免电网因输变电设备的损坏而产生事故。

图2 为基于区块链技术的输变电设备管理流程

，对于设备的管理按时间顺序分为设备投运前、设备常规运行、设备检修三个层次。

在设备投运前，应该按审核配件的规格、出厂检定、安装资质审查来确保在安全运行前的一系列检查工作。审核配件规格是工作人员按照原定的指标参数来查验设备型号，需要各个部门配合查验结果是否满足最初的技术参数，查验结果合格才能完成审批，每一步的查验都需要各方将签名后的结果上传至区块链永久保存。出厂检定是在出厂前，对配件的查验再进行一次复查，防止在大量的配套设施采购时混入不合格的产品。由专业的工作人员对主要设备再次查验，对国家标准、试验数值等逐一核实，将配件的参数结构等上链存储，复查合格开具核查合格报告。安装资质审查，较好的安装水平和质保水平是延长输变电设备使用生命周期的关键步骤

，工作人员需要严格按照图纸和说明书进行安装，查验工程师也需要亲临现场，对设备的安装进行跟踪。每一步的参数审查和结果都应该由各方负责人员进行数字签名，并上链保存。

倡导绿色和谐，构建可持续发展的管理生态。高校管理工作的理念是实现人与人、人与环境的和谐共存。组织管理的优良与否，直接影响到高校的办学效益与育人功能的发挥。高校要构建机构设置科学合理、权责明确、管理高效的管理生态，并在意见征求、制度修订、考核评价及组织实施的各环节体现出科学规范性及人文关怀，充分调动广大师生的积极性和创造性，保障学校办学的合法有序。

在设备检修阶段，针对设备运行时出现的故障或者潜在的风险进行检查和修理，没有故障的定期检修也是保证输变电设备安全运行的必不可少的部分。设备停运期间要确保正常供电，供电不间断，要提前进行规划安排；在设备检修或者更换期间，严格按照设备投运前的流程，设备检修完成后恢复使用。在任何阶段对不同的操作、不同的部门都应该明确分工，然后每次检查结果、测量数据都应该上链保存。保存在区块链中的信息，不仅有利于事故定责，对输变电设备的管理和性能预测也提供了很好的参考。

3.2 区块链管理系统方案实现机制

区块链通过P2P网络节点将各点连接起来，具有去中心化的特点，每个节点都要进行数据验证、区块共识、区块传播等。区块链是一个分布式的账本，每个节点的加入都要进行身份验证。采用联盟链管理系统中的节点要获得准入资格才能参与记账。在进入电网机构充当管理系统的一部分时，即可获得准入资格，并且要按照每个管理流程进行数据的上报存储，当节点获得准入资格后，会获得可以向区块链所有节点公开的公钥和本节点作为身份验证的私钥，通过公、私钥可以保证区块链信息的共享。当节点产生新区块时，要将新区块进行全网广播，在共识验证后，即可将新区块更新到本地区块链内。

数据节点用于输变电设备在投运前参数的记录和在运行时实时的仪表仪器监测数据。以变压器为例，在投运前对额定电压、空载电流等指标的测试，运行时对电压、电流、温度的监测上传到区块链中通过的节点为数据节点。这类节点可以通过智能合约来判断设备是否正常运行，在发生故障时，可以快速识别与处理。信息节点用作输变电设备的监测是否合格，没有具体数据作为支撑需要人为监测的上传节点，如在投运前的出厂鉴定和安装资格审查。这类节点可以在事故定责的时候提供依据。报告节点以监测报告的形式，比如在设备常规运行时的排查潜在弊端和制定预控策略，可以为决策者提供决策思路，为输变电设备的管理提供便利。决策节点为电网发布动作命令的节点，当设备需要定期检修或者发生故障时，发布解决方案，这类节点在管理系统中较少。所有节点在区块链的管理系统中形成有机整体，各自发挥自己的作用，只有经过授权认证加入区块链中的节点才能访问区块链中的数据。

动态监测过程，即输变电设备在参与电网传输的过程中进行的监管，此过程需要对一些电气量进行监测，如电压、频率等。监测过程需要信息采集和信息处理技术，有效监测电网中输变电设备的各项指标，保证与输变电设备相关的信息收集；监测过程需要通信技术的支持，对监测收集的信息进行分析，结合分析结果以保证输变电设备的安全稳定运行。

数据上链过程如图3 所示

。首先对管理系统中的人员身份验证，认证成功后拥有数据的录入权，将上传的输变电设备的状态进行信息数字签名然后打包到新区块，新区块全网广播并在事先规定好的共识机制上进行共识认证，共识通过后，新区块更新到原来的区块链上。

输变电设备管理系统中，每个部门上传监测数据存储在区块中。区块头包含上一区块的hash、Merkle 树节点、数据hash、时间戳。因区块链为分布式存储，所以每个节点存储着区块体中各节点信息。节点因为数据内容不同分为数据节点、信息节点、报告节点、决策节点。

[10]赵月枝.国家、市场与社会：从全球视野和批判角度审视中国传播与权力的关系[J].传播与社会学刊，2007（2）

智能合约是一种基于数字形式呈现的约定，是区块链上可执行程序，智能合约无需人为干预。一旦某个事件触发合约中的条款，代码就会自动执行，智能合约最大的优势是利用程序算法替代人仲裁和执行合同

。一旦编写好即可被用户信赖，合约条款不能被改变，因此合约是不可更改的。输变电设备的数据节点通过对比历史库和专家库，来判断输变电设备的安全运行。将参数的阈值写入智能合约来对故障判断进行参考，更加高效快速地判别并解决故障问题。

输变电设备的运行状态关系着整个电网的质量，采用传统的周期检修不能为电网的运行提供强大的保障。状态管理是对输变电设备在其生命周期的整个过程中的预防和管理，及时发现安全隐患，将其彻底消除，充分发挥相关职能部门的积极作用

。实行全过程、全方面的设备监督方式，全面提升管理质量，完成输变电设备生命周期的立体化管理。输变电设备的管理需要在动态监测和管理维护两个方面进行分析。

传统的城市规划以物质空间规划为主导、以用地布局安排为重点、以终极蓝图描述和目标制定为方向，传统的城市规划模式难以应对日益复杂多变的城市问题以及满足城市可持续发展的需求。大数据的运用使得城市规划在问题分析层面更加全面系统，在物质空间的基础上，加强对居民行为、活动空间、要素流动以及城市的交通、环境、企业、创新等进行系统性研究，推动面向城市社会经济协调和可持续发展的综合规划模式转变。

输变电设备用简单直观的参数是否在经验阈值内来判断电网运行是否正常。利用智能合约进行编写，例如对电压进行判别的智能合约如下：

3.3 系统特点

基于区块链技术建立的输变电设备管理系统具备以下特征

：

1）可追溯性。区块链可以保证每个流程的监管都有迹可循，设备的来源参数等都可以被追溯。当设备发生故障时，可以精准定责，也可以为设备的生命周期预测提供可靠的依据。

在库存管理上，小米与早期戴尔 “零库存”的理念相类似，是指有需求时才将需求传达给生产企业进行产品生产从而有效控制库存成本的方式。这种库存管理方式特别强调及时性，直接对准客户的需求，减少了不必要的资源浪费。

天渐然黑下，阿里开始四处找母亲，却怎么都没找到。他不停地问：“姆妈呢?”阿里的父亲躺在床上，面无人色。阿里不明白他何故如此，上前摇着他说：“爸爸，姆妈呢？”阿里的父亲便淌眼泪，不作一声。

2）数据公开透明。设备在投运前和正常运行中的监测在整个区块链中公开透明，参与管理系统的任何节点都可以查看管理数据，这对管理系统中人员的自我监督与完善是一种正向的激励。

3）不可窜改。数据一旦上链完成共识机制后，数据无法更改，杜绝了各部门推卸责任，检查时粗心大意，使设备使用损耗更加透明，也使经济管理更加便捷。

地基高程4.6～6.1m主要为第②层壤土，具中等压缩性，微透水性，稳定性较好。高程4.6m以下为第③层壤土，有机质含量较高，具中等压缩性，微透水性，工程地质相对较差。

4）自动化与智能化。由于智能合约的采用，自动判别、自动身份识别认证都可以实现。如果设备的参数超过规定阈值就会发出警告，大幅提高了发现设备事故发生的概率。

4 结论

本文将区块链技术应用到输变电设备的状态管理中，以状态管理需要的动态监测和管理维护为目标，基于区块链的管理系统按输变电设备的生命周期内的时间顺序分为三个层次，将目标细化更好地与区块链技术相融合。其次用数据存储、数据上链、智能合约三部分阐述系统的运行机制。讨论基于区块链系统的四方面优越性，经过新技术与管理的结合，能在多方面得到益处。本系统构架了输变电设备全生命周期的管理体系，实现了输变电设备的智能判别技术，提升了设备管理的风险防控能力。

需要注意的是，本文仅从宏观层面将区块链技术应用到设备管理中，其中细节内容需要进一步完善。借助区块链技术对输变电设备状态进行监测、对输变电设备生命周期进行管理，有助于在今后的工作中进行深入的研究和探索。

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