安全工器具检测智慧试验室设计与实现

陈 鹏,李 锐

（1.安徽南瑞继远电网技术有限公司,安徽 合肥 230088; 2.国电南瑞南京控制系统有限公司,江苏 南京 211106）

0 引言

为保障电网运行的安全与稳定，电力设施维护人员需要定期对线路和设备进行维护和检修，其间离不开电力工器具的使用。由于电力维护工作涉及高空、高压，电力相关工器具在实际使用中会与高压线路接触，承受较大的拉力、压力。因此，工器具是否符合质量要求直接关系到作业人员的安全以及维护和检修工作的质量。电力工器具会随着使用逐渐出现磨损、疲劳和老化，因此需要定期对其外观、机械强度、绝缘等性能进行试验和检测，帮助工作人员找出工器具的受损部位或薄弱位置，以消除潜在风险。

传统的电力安全工器具检测存在一系列问题，如：资源利用欠合理，试验室人员工作效率不够高；试验室人员手工操作、人为干预过多，导致检验数据因人为因素出现错误；质量管理欠规范，操作过程存在一定的随意性；实验数据的跟踪溯源存在困难等问题。建设基于物联网、大数据等现代信息技术的安全工器具智慧试验室，开发智慧检测与管理系统可以克服传统检测方式中存在的问题，实现检测过程自动化、检测方式智能化、检测结果数字化、数据传递无纸化。

1 场地布局规划

根据安全工器具试验室的功能需求可规划为7 个大区域：办公区、力学试验区、冲击试验区、电气试验区（一）、电气试验区（二）、试品存放区和预留试验区，如表1 所示。

表1 试验区域规划表

安全工器具试验室相应的建设要求如下。

（1）试验室接地要求：整体分为高压接地和低压接地，这两个接地需要分开，高压接地要求接地电阻＜0.5 Ω；低压接地要求接地电阻＜2.5 Ω。电气试验设备和试品上所有的接地线应满足试验要求，接地线采用多股编织裸铜线或外覆透明绝缘层铜质软绞线或铜带，接地线截面要满足试验要求，但不得小于4 mm2。电气试验设备的接地点与试品的接地点之间应有可靠的金属性连接，试验区内所有的金属构架、固定的金属安全屏蔽遮拦均必须与接地网有牢固可靠的连接。

（2）试验室电源要求：每个独立区域需要安装单独的电源分支箱，对应区域的电源插座由该区域的分支箱经空开单独引出。220 V 电源安装10 A 五孔插座，布线2.5 mm2；380 V 电源安装15 A 四孔插座，布线4 mm2，所有电源不得使用漏保。

（3）试验室安全配置要求：电气试验区保持清洁、光线充足、通风良好。通往试验区的入口与试验电源配连锁装置，当入口被打开或有人员闯入时，发出报警信号，并使试验电源跳闸。试验区配电源开关紧急按钮，以便发生危急情况时可迅速切断电源。

（4）试验室力学试验区要求：根据工器具试验方法要求，配置专用静负荷试验机，以及通用性立式、卧式拉力机，静负荷试验机力值测量准确度应不低于1 级。

（5）试验室水源要求：试验区需要具备进水管和排水管，出水口安装手控阀门。进水管出水端为4 分管，离地高度600 mm；排水管出水端为6 分管，离地高度不高于100 mm。

2 系统技术架构

安全工器具智慧检测与管理系统基于物联网和大数据技术，由感知层、网络层和应用层三部分组成，其中应用层分为本地应用和互联网应用，如图1 所示。

图1 智慧检测与管理系统架构

2.1 感知层

感知层是系统的底层组成部分，由具有感知、检测、识别、控制和执行等功能的多种设备和传感器组成，主要负责采集被检测工器具的性能参数和环境参数，该层通常包括以下三类组件：

（1）力学类检测设备：包括卧式拉力试验机、安全帽试验机、安全带静载试验机、动态弯曲试验机、便携式伺服加载装置、材料试验机等。

（2）电气类检测设备：包括耐压综合试验系统、绝缘杆试验装置、绝缘绳试验装置、接地电阻测量仪、绝缘手套耐压系统、验电器试验装置等。

（3）安防与环境监控：包括视频与声音识别系统、室内定位装置、温湿度传感器、有害气体检测传感器、智能门禁系统以及其他多种传感器。

2.2 网络层

网络层负责将感知层采集到的被测工器具数据和环境参数传输到数据处理中心，以便进行分析和处理，该层通常包括以下组件：

（1）传输协议：定义数据传输的格式和规则。

（2）网络通信设备：包括路由器、交换机、无线接入点等，用于构建通信网络，连接感知层和应用层。

（3）防火墙设备：帮助系统构建内、外网之间相对隔绝的保护屏障，及时发现并处理网络运行时可能存在的安全风险、数据传输等问题，以保护用户资料与信息的安全。

2.3 应用层

应用层的功能是对感知层采集的数据进行计算、处理和挖掘，实现对试验室的实时控制、精准管理和科学决策，同时也为用户提供接口。根据区域范围的不同系统提供了本地应用和互联网应用。

（1）本地应用：硬件包括服务器、数据存储器、交互大屏、各类终端等，部署有试验室三维管控系统、试验室信息管理系统和试验室数据存储系统，用于存储感知层采集的检测数据和环境参数，并运用大数据技术，对相关数据进行实时或离线的分析和处理，实现对工器具检验流程和试验室的科学管理。

（2）互联网应用：为上级管理部门、检测分中心、移动检测车、质量与监督部门以及各类移动用户提供远程服务，根据用户不同权限可以实现对系统的有限访问。

3 系统功能与实现

安全工器具检测智慧试验室的管理系统包括本地应用和移动端应用两部分，在移动端可实现：在线委托、进度查询、报告查询、合格证查询、服务项目、客户问题反馈等功能。下面重点介绍本地应用的智能试验室信息管理系统和智慧试验室三维管控系统。

3.1 智能试验室信息管理系统

该系统通过自动化检测管理来满足检测中心体系要素，包括：数据、人员、仪器设备、样品、文件、标准、客户、服务、质量等，实现从样品采集到检测结束的全过程监测，实现试验室检测设备、环境控制设备、安全监控设备、信息输入输出设备有效连接，实时了解试验室检测工作完成状况，并及时处理异常情况，跟踪了解人员的工作痕迹，做到有据可查，责任到人，确保每一个工作步骤按照标准流程进行，每一项检测任务符合质量规范完成。该系统主要包括以下功能模块：

（1）合同管理模块。主要功能为：合同信息登记，支持合同自动编号、手工编号以及编号规则定义，可自动防止重号、跳号；可通过定义打印模板实现对各类表单的打印；可对合同状态、进度进行监控，实现业务预警提示；具有智能记忆、快速搜索功能；具有合同相关附件管理功能。

（2）样品管理模块。主要功能为：样品信息登记，提供样品信息编辑界面；支持样品自动编号、手工编号以及编号规则定义，可自动防止重号、跳号；支持二维码标签打印；可对样品状态、进度进行监控；具有样品信息复制、批量录入、批量编辑功能；具有样品相关附件管理功能。

（3）报告管理模块。主要功能为：支持报告自动编号、手工编号以及编号规则定义，可自动防止重号、跳号；可定义多种报告模板，实现报告全自动编制（支持Excel 等格式）；支持网上浏览、网上审批，以及报告编制、审批历史记录查询、报告批量打印；支持电子签名、电子印章、防伪水印，以及报告领取、发送记录管理。

（4）标准管理模块。主要功能为：支持对产品标准中检测项目、检测指标、方法标准及标准值的管理；具有对标准的自定义分类管理功能；支持对电子版标准文件的管理；支持检测项目与检测方法的多种对应关系；提供对标准的替换、作废功能。

（5）人员管理模块。主要功能为：提供人员档案编辑界面，支持人员基本信息管理和人员资质管理。

（6）查询管理模块。主要功能为：可对包括合同、样品、报告、检测项目、费用等各类数据对象自定义查询条件，具有模糊查询、精确查询等功能，查询结果可按Excel 格式导出。

（7）权限管理模块。主要功能为：支持权限的可视化勾选设置，可进行灵活权限定义和权限管理。

（8）系统参数管理模块。主要功能为：提供开放式的参数定义界面，可实现各模块参数的集中管理，如：页面显示内容、打印模板、编号规则、分工策略、收费相关参数等。

（9）系统备份模块。主要功能为：数据库文件、程序文件、数据文件的自动定时备份。

（10）设备管理模块。主要功能为：提供设备台账管理，支持设备的分类管理，具有设备图片上传、设备检定/校准、期间核查、维修时间等管理及预警功能；提供设备状态、日志的管理；支持设备附件的上传。

（11）样品库存管理模块。主要功能为：支持对收样入库、检验员领样、分样、检验员还样、归还客户、损耗登记等操作的管理；支持样品与库存信息自动关联；具有样品领用清单的打印，以及对样品检后处理方式的管理功能。

（12）客户管理模块。主要功能为：提供客户档案信息的管理，支持客户分类管理，包括客户联系方式管理、客户历史业务管理等。

（13）二维码模块。主要功能为：支持报告打印二维码，报告二维码防伪查询，以及样品标签打印二维码等。

（14）外网查询模块。主要功能为：支持客户远程查询报告，以及客户远程查询业务进度。

（15）微信对外服务模块。主要功能为：支持检测进度查询和检测报告查询等。

（16）大屏显示功能模块。主要功能为：支持试验室基本情况、业务范围、设备状态、任务情况等信息的展示；支持宣传图片的上传及播放，可滚动字幕播放和翻页播放。

3.2 智慧试验室三维管控系统

检测试验室通常场地较大，设备类型多，在CNAS认可准则的CL11 条款中明确规定需要对试验室的环境条件进行监测，对设备电源质量进行记录，试验时要确保设备接地状况良好。为更好地进行试验室管理以及满足试验、安全的规范要求，该智慧试验室配置有三维管控系统，其主要功能模块包括：管控软件、大屏显示、检测设备状态、安全防护预警、试验室环境监控、视频监测、人员定位与贵重样品和仪器定位等，具体功能如下：

管控软件：对采集信息进行分析、判断、统计，并以各类图表形式展示，全面掌握动态信息，实现对试验室的监测和数据存储。

检测设备状态显示：显示主要检测设备的工作状态，检测设备的故障报警、检测设备的位置信息等。

安全防护预警：管控系统实时监测传感器采集的安全防护数据，当某一数据超过设定阈值时，可立即在大屏显示报警信息，并将该信息同步发送到相关管理人员手机上。

环境监控：实时采集室内的温度、湿度、空气质量等环境参数，并数据进行过滤、校验和处理，同时根据预设的控制策略，对试验室内的空调、加湿器、除尘设备等进行控制和管理使室内环境条件满足试验要求。

视频监测：由摄像、传输、存储、控制、显示五部分组成，视频设备采集的图像、声音、报警等全部信息能在监控管理平台的显示设备上多方式实时显示，能体现监控信息与其物理位置的对应关系，并具有可追溯功能。

室内定位：采用室内定位技术，实时精确地定位试验人员、样品、设备的位置，实时将人、物的位置信息显示在监测大屏上，进行安全区域管控、人员在岗监控、样品实时轨迹监控。定位精度达到10 cm 级，极大提高了试验室的管理水平。

4 结束语

安全是电力企业的第一生命线，电力安全工器具是保障电力生产安全的重要基础。通过开展电力安全工器具试验，能够进一步保障电力安全工器具的质量，为电力工作人员的作业安全提供更好的保障[1]。安全工器具智慧试验室管控系统将人员、设备、材料、实验等要素结合，将各业务流程有机统一，从软件、硬件、基础设施等方面实现全方位管理。通过物联网、大数据等新一代信息技术，使得试验数据、设备管理数据、材料管理数据等实现由人工纸质记录到无纸化线上录入的转变，对影响检测数据和质量的关键因素进行严格管理和控制，使之符合试验室标准化管理规范要求，保证了试验检测的真实性、规范性和可溯性，达到提高试验室分析检测水平、确保检测数据准确可靠、提高设备利用率、控制和降低实验成本、完善试验室质量管理体系之目的，切实提高了试验室的信息化水平[2]。