基于移動作業的變電站巡檢方法

吳婉彬，汪 晨，張賈軍

（蕪湖供電公司，安徽蕪湖241000）

0 引 言

供電公司所屬各變電站的日常運行維護工作主要有：日常巡視檢查、設備驗收、按需變電倒閘操作以及按周期進行電能平衡統計等。傳統的作業方式是根據調令或工作計劃，在運維主站開具紙質的操作票或巡檢記錄表單，然后分配運維人員赴現場作業，完成后由運維人員回填操作票或巡檢記錄并送回運維主站［1，2］。工作期間若有未在工作范圍內的內容或突發狀況，作業人員一般需要返回中心重新開具操作票、電話報告情況和獲得遠程技術支持，導致因突發狀況或其他原因無法及時完成工作的狀況時有出現，技術支持專家因無法準確獲知現場狀況必須趕赴現場，造成了工作周期延長，操作班組人員工作效率低下，同時也浪費了車輛、通話費用、紙張、油墨等資源。

移動式作業是指運維人員利用移動網絡（如聯通沃3G網絡）通過便攜式平板電腦的輔助進行變電站日常工作的一種作業方式。通過即時通訊與信息傳遞技術，主站管理人員開具操作票或制定工作計劃，運維人員直接通過平板電腦遠程接收相應任務并進行確認后便可立即準備工作，通過平板電腦里的客戶端軟件的GIS功能規劃路徑趕赴作業現場，進行相關操作，完工后可直接將操作票或巡檢記錄上傳主站進行完工審核。基于此作業方式的接收任務和提交作業結果均可遠程完成，操作的完整過程步驟都有語音與視頻記錄，主站可實時了解作業進度或事后查驗；作業范圍變更及突發情況可通過視頻通話功能在線獲取技術支持。提升了變電站巡檢作業效率，減輕作業班組的調度壓力并節約辦公資源。

1 變電站巡檢業務需求

1.1 變電站操作應用背景

變電站是電網中的重要節點，擔負著變換電壓等級、匯集電流、分配電能、控制電能的流向和調整電壓的功能［3］。2008年國家電網公司推廣實施了PMS（生產管理系統），該系統涵蓋了輸、變、配電生產業務，為了進一步加強電力系統信息化管理，實現各應用系統信息管理向工作現場的延伸，實現移動應用過程的規范化、標準化、信息化，并全面提高電力企業的應急能力和服務能力，PMS系統要求將八大專業應用需求可能性建立在移動作業平臺上。該要求的目標是在電力企業應用中引入移動3G技術，構建統一的移動應用作業平臺。國網公司已頒布相關《國家電網公司PMS現場標準化作業與移動終端數據接口規范V1.4》接口標準。

1.2 運維站現狀

蕪湖供電公司神南運維站目前共管轄10所地區型高壓變電站，其中220 k V變電站3所，110 k V變電站7所，基本涵蓋蕪湖市大部分地區用電范圍。近幾年蕪湖市的經濟發展在不斷騰飛，已成為安徽省具備代表性的經濟發展城市。電力安全生產要求運維人員定時定點對設備進行巡視檢查，以便及時發現問題，消除安全隱患，確保電網安全運行［4］。其中輸電線路、變電站分布廣，情況復雜直接導致巡檢維護耗時費力［5］。

基于移動作業的變電站巡檢方法的應用切實解決了實際生產應用中的相關問題，大大提高了神南運維站的工作效率。

2 方法的技術架構

2.1 系統技術架構

如圖1，系統架構分為移動客戶端（Anroid平臺）與主站Web應用服務兩個架構層。服務端使用多層的分布式應用模型，應用邏輯按功能劃分為組件，各個應用組件根據其所在的層分布在不同的機器上。

圖1 系統技術架構圖

客戶端使用Android原生APP開發，使移動設備應用程序的交互用戶體驗與傳統的Web應用的部署靈活性結合起來，提供豐富的用戶體驗。

服務端采用Web Service接口發布，數據讀取及數據持久化利用JDBC實現；服務端負責作業單據制定、人員調配、業務組織構成、數據接收、文件輸出、事件決策、異常調度處理等相關業務邏輯處理。

通信使用Xmpp協議客戶服務端以及CXF Soap端口，Xmpp服務端與客戶端雙向通信文本消息，是一個類似于手機短信交互的免費消息系統，負責處理應用程序操作提示、操作結果通知，以主推方式代替傳統定時輪詢，以減輕應用程序壓力。CXF Soap端口負責傳輸交互數據，數據采用二進制編碼字節流，大大降低網絡傳輸流量同時，提高數據保密性。數據層用戶存儲各類數據，包括巡檢、操作票、電能平衡報表、統計數據等，視頻在線由視頻插件直接將視頻信號接入到客戶端。

2.2 系統應用架構

如圖2，系統應用架構主要有后臺服務與終端平臺應用兩個層面，包括設備管理、應用管理、傳輸管理、操作管理、GIS應用、軌跡記錄、銘牌圖像識別、可視電話、安全沙箱、巡檢業務操作等。主要功能模塊如下：

圖2 系統應用架構

（1）設備管理器：管理移動終端設備，確定計算機上的硬件是否工作正常，更改硬件配置設置：如“啟用”、“禁用”和“卸載”設備，檢查硬件的狀態，對丟失終端設備進行應用卸載與數據銷毀處理。

（2）傳輸管理：提供終端業務模塊與遠程業務接口的數據通訊管控功能，數據通訊主要支持兩種方式。

（3）在線傳輸：管理終端登錄安全認證，通過數據通信加密等方式保證通道安全。

（4）離線傳輸：過USB等方式接入內網計算機，實現業務數據的下載和上裝。

（5）軌跡管理：現場作業的終端設備通過自身定位設備進行坐標定位，通過上傳策略上傳到主站，主站對坐標數據進行存儲，并可以通過軌跡推算算法計算實際運行軌跡。通過軌跡記錄應用，可以做到方便作業過程回溯，也可以在作業過程中出現問題時進行快速定位。

（6）GIS應用：配合移動GIS應用，后端平臺提供地圖圖層資源的下載和更新，地圖服務數據或專業GIS數據服務，為應用提供數據支撐，并可以配合不同的業務模塊和業務需要。

（7）安全沙箱：后臺運行的安全沙箱應用，主要提供對終端上設備、內存、應用、本地操作、遠程通訊的安全監管。保護終端以及遠程主機信息的安全性。

3 應用場景

3.1 應用內容

應用內容如圖3。

圖3 應用內容

（1）業務操作流程

基于移動作業的在線開票、領票、交票流程，巡檢單據申領、提交流程，定期電能平衡統計上報流程。

a.通過網絡的調度操作票上傳、操作人員現場領票以及作業完畢的即時交票過程。

b.根據主站定制的巡檢操作項目下發，操作人員即時獲取巡檢項目操作步驟、區域間隔范圍、檢查設備清單。

（2）業務操作內容

a.現場進行的日常巡檢、設備驗收、定期切換、全面巡檢、交接班、蓄電池檢查、雷電觀測、高頻通道測試、紅外測溫、工作票記錄、接地線掛拆等操作。

b.定期執行現場電量抄表和電能平衡月統計計算。

（3）安全監護

基于主站與客戶端通信的遠程通知與監護。

a.通過3G網絡通信主站對于現場作業進行在線監督。

b.通過視頻在線及時了解現場操作狀況，并及時予以可行化維護方案指導。

c.主站實時接收客戶端上傳的拍照、錄音，進行操作檔案封存。

d.主站監控客戶端提交數據接口，并及時響應通知消息。

（4）統計分析保存歷史數據、表單，實時、定時的周期統計分析。a.通過對各項巡檢數據的統計分析，優化巡檢工作分配。

b.通過對變電倒閘操作項目統計分析，提供操作風險分析及安全控制措施依據。

（5）GIS應用

基于GPS定位與網絡地圖的業務應用。

a.通過GIS路徑規劃，指導操作人員合理制定行走路線。

b.通過GIS定位，及時了解操作人員現場操作位置。

c.通過網絡地圖，對于關鍵點位的及時位置上傳，如變電站進出站口，實現現場運行軌跡回現。

（6）視頻服務（IM即時通訊）

實現終端對終端，終端對服務器的可視通話，實現現場作業的直接交互和監督，大大提高作業的交互性和規范性。

3.2 典型場景

典型場景如圖4。

圖4 典型場景

（1）操作票處理流程

a.移動作業平臺從操作票管理系統接收操作票，進入處理階段。

b.到達現場后進行拍照確認已到達現場、以及到達時間。

c.確認工作位置并進行拍照，將操作票開始處理時間及工作位置照片上傳至主站，開始按操作票要求進行工作。

d.操作票處理過程中實時更新處理狀態，將處理進度上傳至主站。

e.操作結束后填寫相關信息后將工作票處理信息上傳至主站表示工作結束。

（2）異常處理業務流程

當現場處理過程中遇到復雜問題時，可通過文本、錄音、拍照的方式上傳給服務端，由服務端技術人員及時給予相應解決方案。

4 網絡防護與數據安全

基于移動作業的變電站巡檢系統遵照《電力二次系統安全防護總體方案》與《電力二次系統安全防護規定》要求，滿足“安全分區、網絡專用、橫向隔離、縱向認證”的總體原則，配置相應的安全防護設備。

（1）硬件防火墻。

（2）3G無線通訊管理服務器。

（3）邏輯強隔離裝置。

（4）電力專用橫向物理隔離裝置。

3G無線組網方式在總體安全防護基礎上采用以下安全措施：

（1）3G無線終端通訊采用APN虛擬專網方式，建立專屬于移動作業的變電站巡檢系統的點對點專網。

（2）3G無線終端與主站通訊采用加密算法實現數據報文的加密傳輸。

（3）3G無線通訊數據通過邏輯強隔離裝置進入信息內網。

5 方法特點

本方法具有如下特點：

（1）全新的移動式變電站巡檢作業方法，能夠方便靈活地進行變電站巡檢作業，提高操作人員效率、節約辦公資源。

（2）用戶可以進行所有變電站巡檢作業內容，主要有日常巡視檢查、設備驗收、變電倒閘操作以及電能平衡統計、蓄電池檢查、雷電觀測、高頻通道測試、紅外測溫、工作票記錄、接地線掛拆等操作，并可以根據業務需求進行擴展。

（3）該技術可以遠程領票、交票及變更操作票，可以遠程監護與查看操作狀態，可以查看政策法規及防護要求，及時對運維人員進行提醒。

（4）該技術將操作過程進行了完整的視頻與語音的記錄，并作為操作票交票的附件上傳至服務器保存，可以進行追溯。

6 結束語

新型智能變電站具有可靠性高、人員需求量少、實時性好及維護簡單等特點。隨著現代通信技術的迅速發展，其對智能變電站影響也越來越重要，對變電站的日常巡檢及操作的通信智能化也成為智能變電站發展的新趨勢。

本文提出的基于移動作業的變電站巡檢方法，推進了相關技術在實際生產中的應用，提高了作業執行效率、加強了對作業執行的安全性監控、技術指導能力，節約了大量的人力與物力。

［1］上海超高壓輸變電公司.變電運行［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［2］鄒 儉.變電運行操作技能必讀［M］.北京：中國電力出版社，2004.

［3］王 葵.電力系統自動化（第二版）［M］.北京：中國電力出版社，2007.

［4］張全元.變電運行現場技術問答［M］.北京：中國電力出版社，2010.

［5］熊信銀.發電廠電氣部分［M］.北京：中國電力出版社，2008.