基于射頻識別技術的變電站設備全壽命周期管理研究

摘要：設備的全壽命周期管理研究是建設智能電網的重要課題之一。歸納總結了目前變電站設備資產管理的現狀及存在的問題；概述了射頻識別技術的研究歷程、基本原理、特點以及應用領域；研究了射頻識別技術在變電站設備全壽命周期管理中具體應用的關鍵技術，指出RFID數據收集中間件技術和RFID數據收集中間件技術是提高變電站設備全壽命周期管理能力的關鍵技術。

關鍵詞：射頻識別技術；全壽命周期管理；電子標簽

中圖分類號：TM76 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）12-0231-02

全壽命周期管理的概念最早是在20世紀60年代末由美國軍方提出的，用于軍隊航母、激光制導導彈、先進戰斗機等高科技武器[1]的管理方面；此后，日本、美國、加拿大等國家為了實現建筑行業項目管理的信息化，提高工程管理的效率和質量，開展了項目全壽命周期管理的研究。近年來，隨著智能電網在國內外的建設和大力發展，以設備智能化、信息標準化、控制智能化以及互動技術為基本特征的智能變電站[2]逐漸代替常規變電站和數字變電站，智能變電站的大規模建設使得電力企業意識到電力工程遠期投資規劃的重要性，變電站設備的全壽命周期管理研究成為智能電網技術研究的重要課題之一。

長期以來，電力行業一直將供電可靠性和電網運行的安全性作為其考核的重要指標，不惜成本地保證電網能夠安全送出電能。但是隨著智能變電站的建設，集測量、控制、監測功能于一體的智能組件和智能高壓設備[3-4]的應用大大提高了電網工程建設的成本，如何在保證電網運行的可靠性和安全性的同時，兼顧設備的利用率，實現設備資產效益的最優化，加強電網資產綜合管理水平，提高電網運行的經濟性是研究學者需要解決的難題之一。

一、變電站設備資產管理的現狀及存在的問題

變電站設備的資產管理已經由最初純粹的電氣設備的成本、維修費用等財務管理逐漸擴展為涉及投資、管理、運營設備的整套過程，包含系統所需設備的最初投資、設備故障對系統的影響程度、設備的更新或維護成本、設備的報廢以及更新設備或維護系統壽命的總體影響等內容。目前電力系統已經建立了資產實物標識系統，將資產的實物流、價值流和信息流集成于一體，實現了賬本、卡與實物三者永續聯動的關系；但當實際電網網架中的設備更新或報廢時這些信息沒有及時上報，存在設備資產數據的不實情況，從而影響系統的資產聯動成果數據。

針對這個問題，文獻[11]主要探討了基于射頻識別技術（Radio Frequency Identification，RFID）的電力系統設備資產全壽命周期管理模式，通過分析設備資產全壽命周期管理中采集設備的影響因素、實物標識設計及材料選型的需求、實物標識中間件與系統集成的需求等因素，提出了將實物標識粘貼于設備上，從而實現設備信息的免接觸讀取、存儲和數據傳遞的應用模式。

文獻[12]以茂名供電公司為研究對象，分析了其系統中設備資產管理的現狀和存在的問題，指出投資過度、信息化水平過低、資產清查不到位、職責不明確、專業的資產管理人員稀缺以及設備維護成本過高是影響電網資產管理水平的重要問題；通過清查設備臺賬、實物貼標、資產核對以及資產系統建設等一系列手段建立了資產全壽命周期管理的完整體系，提升了電網的資產管理模式和效率，將整個項目建設、資產管理和生產運維檢修關聯起來，提高茂名供電公司的資產管理綜合水平和系統的實際應用能力。

文獻[13]針對智能變電站集中研究了全壽命周期管理中的變電站全壽命周期成本（LCC），通過將中低壓保護IED采集的模擬量以小信號方式接入、去除專用的保護裝置硬件而通過網絡信息共享方式實現區域保護以及減少或取消部分二次設備的運行檢修等措施減少智能變電站的LCC，并通過實際應用論證了變電站二次設備檢修方案的有效性，建立了完整的應用方案，為降低智能變電站系統的LCC提供了實際依據。

上述研究表明，目前我國變電站的設備全壽命周期管理研究已經在傳統的基于“智能”分管管理的基礎上引入了RFID新技術，建立了將電力工程項目管理、物資供應和財務集成一體的信息編碼識別應用系統，可以有效地聯動設備資產實物與其價值；但是在實際電網中，由于RFID技術尚處于試點研發階段，僅對部分關鍵技術進行現場測驗，因此其在電力系統的廣泛應用性需進一步研究。

二、射頻識別技術

射頻識別技術[5]是獲取物聯網中物體標識與位置信息的關鍵技術。1948年哈里·斯托克曼發表的“利用反射功率的通訊”為RFID技術的提出奠定了理論基礎，20世紀90年代開始走向成熟，其基本原理是利用射頻信號，通過空間耦合（交變磁場或電磁場）實現無接觸信息傳遞，并通過所傳遞的信息達到識別目的，是一種非接觸式自動識別技術。識別工作無需人工干預，抗干擾能力強，可工作于高溫、變頻磁場等惡劣環境中。

射頻識別系統一般由電子標簽和閱讀器兩部分組成。閱讀器也稱為讀寫器，即從網絡中讀取數據信息；電子標簽是FRID系統的核心部件，直徑不足2毫米，具有較強的防沖撞性、使用壽命長、可重復利用等特點。在幾厘米到幾十米的距離內通過傳感器發射的無線電波可以讀取電子標簽內儲存的信息，識別電子標簽所代表的物品、人或器具的身份。射頻識別系統的具體運行過程如圖1所示，即電子標簽和閱讀器通過耦合器件（如線圈、微波天線）實現射頻信號的空間耦合；在耦合通道中根據獲取數據的時序關系實現能量傳輸和數據的相互交換。

根據電子標簽的供電方式的不同，可將RFID的電子標簽分為有源型（Activetag）、無源型（Passivetag）和半無源型（Semipassivetag）。有源電子標簽由電池供電，因此具有數十米長的有效距離，但體積較大、價格較貴；無源電子標簽主要用于物流和目標跟蹤，其自身沒有電源，是從閱讀器的射頻電場獲得能量；半無源電子標簽指部分依靠電池電源工作。

RFID一般包括低頻系統、頻率為13.56MHz的高頻系統、頻段在900MHz左右的超高頻系統以及工作在2.4GHz或者5.8GHz微波頻段的系統。不同頻段的標簽特點不同，相應的應用領域也各有差異，具體如表1所示。

隨著智能電網的大力建設和物聯網概念的提出，通過射頻識別、智能傳感器以及全球定位系統等傳感設備將變電站設備與網絡連接，實現智能化識別、跟蹤定位、信息的監控和管理是建設堅強智能電網的基本要求。RFID作為一種非接觸式自動識別技術，在變電站的設備全壽命周期管理中的應用越來越受到研究學者的關注。此外，RFID技術還廣泛應用于車輛管理[6]、進出口貨物檢驗檢疫監管、物流、公共事業管理[7-8]、食品檢驗樣品[9]以及室內定位技術[10]等方面。

三、RFID在變電站設備全壽命周期管理中應用的關鍵技術

在變電站設備全壽命周期管理中，利用RFID技術可以自動識別變電站設備的編碼信息，并將相應的數據通過網絡傳輸給監控系統，實現設備數據的實時采集和智能化動態監控，為電力公司購置設備并合理調配提供參考數據，有效地提高設備使用率、增大投資邊際效益。同時，以RFID標簽為資產設備的信息載體，固化變電站設備管理模式和具體流程，明確設備和資產之間的聯動關系，實現設備資產聯動與傳統的“賬—卡—物”三元關系的一一對應，健全變電站設備資產全壽命周期管理體系。

1.RFID數據收集中間件技術

對于不同頻率的RFID系統，其讀取數據與輸出數據的方法存在差異性，相應的軟硬件系統也不同，因此在實際電網應用中RFID系統與應用系統之間存在接口問題。RFID數據收集中間件技術是解決上述問題的關鍵技術之一，利用RFID數據采集中間件可以將變電站設備廠家提供的IP地址、端口設定等接口數據集成于中間件系統中，便于操控RFID閱讀器按照預定的方式工作，同時結合標識業務對數據按照一定的規則進行篩選、過濾，最終將有效的數據儲存到中間件數據庫中，并傳送到管理應用系統，實現中間件與電網系統的數據交換。

2.RFID與管理系統的無縫集成技術

由于RFID閱讀器的應用技術比較復雜，與電網系統之間的集成難度較大。因此基于WEB的多層架構和全方位應用特點，將RFID應用技術與管理系統無縫集成到現有的管理系統中，是實現變電站設備全壽命周期管理的重要研究方向。采用XML技術實現變電站設備數據的傳遞與交換；結合SOA技術與上述RFID中間件技術完成管理系統中各部件的解耦工作，提高系統的可擴展性和可定制性；采用面向對象技術和流程模型技術實現各功能模塊的集成，實現變電站設備的全壽命周期管理。

四、結論

變電站設備的全壽命周期管理研究可以提高電力系統運行的經濟性。將射頻識別技術引入變電站設備管理后能夠更好地實現實際設備信息的整合與共享、對設備的管理與控制以及對采集相關數據的正確辨識，為智能電網技術的推廣應用提供資產管理方面的技術保障。但目前該技術尚處于研發試驗階段，因此下一階段將重點研究該技術在變電站的具體應用。

參考文獻：

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（責任編輯：王祝萍）