智能变电站辅控系统在电网巡检中的应用

熊 玲,熊信恒

(国网南昌供电公司,江西 南昌 330069)

0 引言

变电站巡检工作对电站设备运行安全性、稳定性等方面具有重要影响。以往电站设备巡检工作主要依赖于人工方式,存在成本高、巡检工作成效无保障等问题。以信息化技术为代表的现代科技得到广泛认可与应用,由此基于信息化、自动化的智能巡检系统出现。智能巡检系统实际运行过程中具备内容智能检索、自动汇总设备运行状态信息、报告设备缺陷信息等功能,可以显著提升设备巡检工作效率,同时具备低成本投入、操作便捷、工作成效有保障等优势,这也使得其成为电力行业内重点研究内容之一。

1 智能变电站辅助系统巡检功能概述

智能变电站辅助系统主要功能在于提升变电站运行以及维护工作稳定性,切实保障电网调控安全可靠,并在此基础上推动变电站智能化管理水平进一步提升,而电力设备巡检是辅助系统重要功能之一[1]。在当前物联网等技术的支持下,辅助系统巡视功能可细分为现场巡视与自动巡视两部分。

1.1 现场巡视

在RFID技术支持下,通过对变电站内的设备进行编码,可以高效地完成对设备本体和位置的综合识别,通过使用移动终端,可以对设备的状况进行实时查询,从而达到资产互动化、可视化的目的[2]。

现场巡视人员利用移动终端中内置读写器对应巡视设备中RFID标签进行读取,终端会将应巡视设备包括未消缺的历史巡视数据在内的各种信息罗列出来,还提供图像化的界面,直观地显示设备历史数据,巡查人员可以根据图像化界面和现场实际数据进行判断,从而更好地了解设备运行状况。

1.2 自动巡视

电站工作人员可通过三维模拟场景开展设备巡视工作,系统会在相应功能模块支持下设计巡视路线并对相关设备状态信息进行实时展现,工作人员还可通过回放巡视路线对特定设备进行重点巡视[3]。

依托三维模拟场景开展巡视工作可以在显著降低工作人员工作负荷的同时提升巡视频次,通过融合视频录像方式开展巡视工作可以提升巡视过程直观化程度,进一步提升巡检工作质量。

在三维模拟场景巡视工作过程中,系统可以在传感器设备支持下采集设备运行温度、壳体变形等数据。同时,自动巡视系统可以利用巡检设备周边摄像头、灯光等开展视频图像采集工作,接受其他系统设备运行状态信息并形成统一巡检报告。在三维模拟场景中,工作人员可执行巡检以及历史重现操作,在对接生产管理系统(PMS)后,可实现基于PMS内信息生成设备信息、工作内容等巡检任务,同时也可以上传巡检结论、巡检起始与终止时间等巡检结果[4-5]。

2 智能变电站巡检模块设计

2.1 总体设计思路

在当前科学技术发展速度不断提升背景下,现代高新技术在电力行业中得到较为广泛的应用,电力设备巡检对变电站运行稳定性具有重要影响,由此有技术人员提出基于物联网技术以及移动互联网技术建立标准化巡检流程,定义统一缺陷数据库并构建标准化智能变电站巡检系统[6]。

物联网技术:依托射频识别技术(RFID技术),将监控过程和损失库相结合,并与设备进行绑定。RFID技术是一种无接触的、自动的识别技术。该技术在实际应用过程中主要是利用无线电波来自动地识别出目标对象并获得有关信息,无需人为介入,能够适应多种苛刻的工作条件。与常规条形码相比,RFID条形码具有防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离长等显著优点,并能实现对数据的加密。

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移动互联网技术:巡检员可将平板电脑作为移动终端,并构建Pad-Server的软件体系结构。其中,服务端提供面向用户、变电站设备以及巡检标准对照的管理功能。移动端从服务器下载最新巡视规范后,巡视人员携带其开展工作中,即可在RFID技术支持下,依照相关标准要求开展设备精准巡检工作。巡检人员发现的设备问题和运行异常问题,都会被保存到移动终端中,并在巡检完成之后上传到服务中。随后,系统会基于巡检结果,通过服务器端对有关的数据进行汇总,最终形成一份完整的巡检报告与图表分析报告,对装置运行的决定给予必需的支持。

标准化巡查流程:一切巡检工作都要根据《220 kV变电站设备巡视标准化作业指导书(范本)》中的规定,按照规定的线路和内容进行。根据此指令,制定出一套规范化的巡视程序,并纳入制度中。

规范的缺陷数据库:尽管国家电力公司发布《输变电一次设备缺陷分类标准(试行)》,其中涵盖6 000多个方面,但是目前还没有针对二次设备和通信设备发布的任何一方面的缺陷。在引入标准化的管理概念之后,需要对各个厂商、每种机型装备制定对应巡视标准,并将各种技术标准进行了汇总并固化到巡视体系中,确保本体系中的全部工作人员都按照统一的标准开展工作,以此来解决巡视标准不明确、不完整、不统一问题。

2.2 巡检模块设计实现

2.2.1 软件模型设计

(1)巡检周期:管理人员可以通过后台服务器设置巡检周期,并发送至移动终端上。移动终端会按照预定周期进行循环,计算巡检时间并提示工作人员。

(2)巡视规范:组织专人针对各变电站、设备、组件进行编制,充分满足巡视工作现场的实际需要。

(4)记录与分析:现阶段系统后台具备一定自动分站、分时段、分设备对设备缺陷进行统计分析功能,并在此基础上形成故障趋势图及消除发展趋势图。能够自动生成设备操作参数的操作曲线,并对缺陷发展进行总结、分析、判断。可对每个月的巡视工作完成情况进行自动统计,并可对巡视工作进行跟踪。

(5)检查线路:基于向导式操作流程形成预设巡检路线,并严格依照路线开展巡检工作。

(6)缺陷判定,分析:基于设备缺陷智能辅助判定功能,值班人员工作效率得到显著提升。与此同时,以缺陷管理标准为依据,系统可以完成对设备缺陷的统计。在维修人员开展工作前,只需要将待维修设备的缺陷输出并打印即可,此工作方法可以大幅提升缺陷的汇总统计效率。

(7)移动终端、手机客户端:在发现严重或危急缺陷之后,系统可以立即将缺陷信息通过程序传递到管理人员手中,同时移动客户端也可以立即从变电站接收缺陷信息,大幅减少上报过程所需时间,从而显著提升工作效率。

(8)周期性测试和切换:周期性测试和切换的流程化、规范化和可视化,大大减轻了操作者的训练工作量,操作者只要根据图片和说明,就可以完成周期性测试和切换,大幅降低误判率。

2.2.2 软件架构设计

该系统的后台采用了J2EE三层体系结构,将整个业务应用分为:表示层(UI)、业务逻辑层(BLL)和数据存取层(DAL),具有以下先进性。

易于使用:前端平台上使用JSP、Jquery等技术体系结构,其控件和组件非常简单,并且布局非常灵活。

安全性:Spring Security拥有严密的验证系统,该系统使用者访问许可是由访问决策管理器确定的,具备精确与流程简便等优势,而MySQL为系统的安全稳定运行提供了可靠的数据备份保障。

可扩展性:该系统不仅深入融合Spring技术,还融合Spring MVC、Hibernate、JBPM等多个优秀开放源码项目。该架构覆盖整个系统架构的全部功能,并且可以便捷地进行安装和卸载,具备较强的可拓展性。

稳定性:J2EE体系结构基于Java的鲁棒性以及对虚拟机器运行的一致性。将J2EE部署到WIN-DOWS环境中,用户还可以使用Linux操作系统,可以进一步提升系统实时性。

2.2.3 系统关键技术

第一,RFID蓝牙电容读写设备。该设备在实际应用过程中可以通过蓝牙与RFID技术分别实现与移动终端与电子标签进行通信功能,还可作为电容笔在终端上进行流畅书写。其具体优点主要包括如下几方面:(1)相较于传统手指操控方式,蓝牙电容读写设备可以实现更为灵敏、便捷操作移动终端电容屏幕;(2)相较于自带RFID读写器的终端设备,蓝牙电容读写设备扫描效率更高,更适应长时间巡检操作;(3)通过对蓝牙通信连接算法进行优化,可显著降低电量消耗程度,超长续航方便开展长时间巡检工作。

第二,主动式电子标签感应技术。相较于传统被动式及半被动式标签,主动式标签具备内置电源支持IC发出对外信号,能实现更长的读取距离与更大的记忆体容量,可以有效存储读取器接受的附加讯息。智能巡检系统中运用该技术可以支持变电站使用技术更加先进、记忆体容量更大的RFID技术。

第三,RFID中间件。RFID中间件(RFID Code)是RFID技术在RFID硬件与应用系统间进行数据交换、过滤与转换的中介过程,是RFID技术的应用操作中心。RFID中间件位于读写器模块与应用系统之间,中间件设备在实际运行过程中会自动对所读取数据信息进行解密、过滤以及格式转换处理,之后将其导入管理服务器,并通过应用系统反应在程序界面上,供操作者浏览、选择、修改和查询。

第四,数据同步技术。在异构系统解决方案中,设备终端与服务器之间的数据同步功能为关键环节,实际操作中不仅要让终端设备与服务器同步巡检数据结果,同时也要确保服务器为终端设备同步巡检内容资料。这就要求采用Pervasync中资料同步机制。该技术特征在于:同时构造“弱联结”与“子集合”。借助于Pervasync所提供的客户机可视化配置界面,可以在该终端设备上设定服务器中心数据库(CenterDataBase)服务器地址、被中心数据库授权所用的使用者名称以及口令,从而设定数据库同步参数。

在异构系统解决方案中,最重要环节是实现设备终端和服务器间数据同步,既要满足二者间巡检结果数据同步要求,同时也要满足巡检内容资料同步要求。为达到该目的,必须在Pervasync中使用数据同步机制。其特点表现为:“弱联结”和“子集合”同时构建。通过Pervasync所提供的客户端可视化配置接口,可以将服务器中心数据库(Center Data Base)服务器地址,由中心数据库授权使用的消费者名称和密码设置到终端装置上,进而设置数据库同步参数。一旦完成此设置,具体设置内容会被系统储存起来,后续任何操作都不需要重复进行设置。

3 智能巡检系统应用成效

就实际应用角度分析,智能巡检系统投入使用后主要解决如下几方面问题:(1)在“标准化作业流程”支持下,巡检人员工作行为得到有效规范,各项操作要求得到充分落实。(2)“设备巡检标准库”有效解决以往巡检工作中缺陷巡检针对性不足、巡检标准不健全以及标准不统一问题,有效提升巡检工作成效。(3)“图文并茂标准”可有效帮助巡检人员快速掌握设备缺陷及运行异常表现以及相关判断标准。(4)“设备缺陷库”可以帮助巡检人员快速界定缺陷定义,规避以往判断不准确影响后续运维工作开展情况。(5)“四大方法”有效推动巡检工作充分落到实处,保障巡检工作达成预期目标。

智能巡检系统的实际成效包括以下方面。

第一,在“四大方法”支持下,巡检人员工作负荷大幅降低同时,巡检质量得到显著提升。通过将技术手段将巡检标准执行流程融入智能巡检系统中后,后台软件会自动执行相关流程,有效降低巡检工作负荷,同时智能系统可以保障巡检工作质量。“四大方法”主要指代如下几方面:“一键上传”功能大幅缩短数据后期整理时间;“优化巡检流程”功能提升巡检效率;照片及缺陷自动关联功能大幅降低工作量;“实时缺陷提醒”功能保障设备缺陷识别效率并对其发展情况进行实时跟踪监视。其具体成效如表1所示。

表1 智能巡检系统与常规巡检方式效果对比

第二,有效降低管理人员负担。在智能巡检系统支持下,系统会结合实际情况自动安排工作计划,系统中缺陷实时汇报功能方便管理者对设备运行状态进行掌握,同时智能系统中缺陷智能统计分析及管理功能可以保障管理者轻松掌控变电站运行整体情况。

4 结语

当前,智能变电站发展水平不断提升,智能巡检系统在实际应用过程中取得较好成效,受到国家电网公司以及各地区电网公司的高度重视。结合其实际发展经验可知,将移动互联网技术以及物联网技术融入巡检系统中可以有效提升巡检工作效率,帮助工作人员熟知精准的缺陷定义与判定标准,提升巡检工作质量,充分解决以往长期存在的巡检工作落实不到位、数据采样与统计不及时、不准确等情况,最大限度地保障变电站设备运行稳定、安全、可靠性,同时也可以有效推动变电站智能化管理水平进一步提升。