物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力設(shè)備狀態(tài)檢修中的應(yīng)用

謝黎 朱江

【摘要】 隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的高速發(fā)展，社會(huì)各行業(yè)和居民生活對(duì)電力的需求量也在不斷加大，對(duì)供電質(zhì)量和供電安全可靠性的要求也日益增強(qiáng)。傳統(tǒng)的電力設(shè)備狀態(tài)檢修工作模式需要順應(yīng)新的信息化發(fā)展趨勢，并為之發(fā)生巨大轉(zhuǎn)變。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力設(shè)備狀態(tài)檢修工作中的融合將從根本上改變這一工作模式。本文對(duì)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備狀態(tài)檢修中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹和研究，并結(jié)合應(yīng)用模型對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在狀態(tài)檢修應(yīng)用中的作用做出了評(píng)價(jià)和展望。

【關(guān)鍵詞】 物聯(lián)網(wǎng) 電力設(shè)備 狀態(tài)檢修 檢修計(jì)劃

引言

在物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展的今天，從工廠自動(dòng)化和車載網(wǎng)絡(luò)接入到穿戴式設(shè)備和家用電器，物聯(lián)網(wǎng)已觸及了我們生活的方方面面，然而基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備狀態(tài)檢修應(yīng)用卻是一個(gè)新生且具有挑戰(zhàn)的課題。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力設(shè)備狀態(tài)檢修應(yīng)用中的核心部分即對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測水平的提高，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以獲取到實(shí)施可靠的設(shè)備在線運(yùn)行數(shù)據(jù)，對(duì)電力設(shè)備狀態(tài)檢測所需的監(jiān)測任務(wù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)抓取，然后對(duì)數(shù)據(jù)流和信息流進(jìn)行分析、整理，并根據(jù)電力設(shè)備管理及檢修計(jì)劃結(jié)合分析結(jié)果制定設(shè)備檢修工作計(jì)劃，從根本上改變電力設(shè)備定期檢修和事后檢修相結(jié)合的傳統(tǒng)檢修模式。

一、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

物聯(lián)網(wǎng)的概念最早可以追溯到1990年施樂公司的網(wǎng)絡(luò)可樂販?zhǔn)蹤C(jī)，但首次提出物聯(lián)網(wǎng)這個(gè)概念是1999年在美國召開的移動(dòng)計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)國際會(huì)議。當(dāng)時(shí)基于互聯(lián)網(wǎng)、RFID技術(shù)、EPC標(biāo)準(zhǔn)，在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，利用射頻識(shí)別技術(shù)、無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)等，構(gòu)造了一個(gè)實(shí)現(xiàn)全球物品信息實(shí)時(shí)共享的實(shí)物互聯(lián)網(wǎng)“Internet of things”，簡稱物聯(lián)網(wǎng)。

顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)。這其中有兩層意思：第一、物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)仍然是互聯(lián)網(wǎng)，是在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的延伸和擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)；第二、其用戶端延伸和擴(kuò)展到了任何物品與物品之間，進(jìn)行信息交換和通信。

然而物聯(lián)網(wǎng)自誕生至今已經(jīng)發(fā)生了很大的變化，從最初依托射頻識(shí)別技術(shù)、感知技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的各種傳感設(shè)備，通過接入互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)信息傳輸和協(xié)同處理，從而實(shí)現(xiàn)人與物、物與物之間的信息交換需求的互聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用拓展，與其說物聯(lián)網(wǎng)是網(wǎng)絡(luò)，不如說物聯(lián)網(wǎng)是業(yè)務(wù)和應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)通過智能感知、識(shí)別技術(shù)與普適計(jì)算、廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱為繼計(jì)算機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。

物聯(lián)網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可劃分為：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層，三個(gè)部分。其中感知層主要作用于實(shí)現(xiàn)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的智能感知，運(yùn)用射頻技術(shù)、傳感技術(shù)、無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)物體的識(shí)別和信息的采集；網(wǎng)絡(luò)層主要作用于實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和處理感知層獲取的信息，可以由互聯(lián)網(wǎng)、租用通道、自建通道構(gòu)成，是整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)的中樞；應(yīng)用層主要作用于實(shí)現(xiàn)各類智能應(yīng)用，是物聯(lián)網(wǎng)和用戶的接口，與實(shí)際需求緊密結(jié)合。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中，RFID、傳感網(wǎng)、M2M、兩化融合被稱為物聯(lián)網(wǎng)的四大關(guān)鍵支撐技術(shù)，其結(jié)構(gòu)示意圖如下：

其中兩化融合主要應(yīng)用于工業(yè)信息化，特別是自動(dòng)化和制造業(yè)。RFID、傳感網(wǎng)、M2M在電力系統(tǒng)尤其是智能電網(wǎng)應(yīng)用中起到了關(guān)鍵作用。

二、電力設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

電力設(shè)備狀態(tài)檢修模式的發(fā)展主要經(jīng)歷了故障檢修、預(yù)防性檢修，兩個(gè)重要的階段。其中，故障檢修是指，當(dāng)運(yùn)行中的設(shè)備，其狀態(tài)處于不得不進(jìn)行檢修的情況時(shí)，才對(duì)其進(jìn)行檢修的工作模式，它是一種被動(dòng)檢修的模式。而預(yù)防性檢修與故障檢修相比顯得較為主動(dòng)，這種檢修模式旨在降低或減少因檢修對(duì)生產(chǎn)環(huán)境所造成的影響。因此在具體操作中，采取對(duì)在運(yùn)設(shè)備實(shí)施定期檢修或計(jì)劃性檢修兩種方式。從某種方面來看，預(yù)防性檢修已基本具備狀態(tài)檢修的雛形，無論在效率和安全方面都優(yōu)于故障檢修，但由于其具體檢修的時(shí)間周期和檢修內(nèi)容都是預(yù)先設(shè)定好的，因此在實(shí)際運(yùn)作中往往會(huì)出現(xiàn)無法處理偶發(fā)、突發(fā)性事件的情況。此外還會(huì)因?yàn)槎ㄆ诨蛴?jì)劃的周期密度小，造成正常設(shè)備過度檢修的情況。除此之外，還可能因?yàn)橹T多的外界因素，直接或者間接的影響檢修工作的順利完成。如此一來，在設(shè)備檢修過程中勢必會(huì)造成人力、財(cái)力、物力、時(shí)間各方面的損失。

由此看來，在預(yù)防性檢修模式下倘若能夠?qū)⒃O(shè)定檢修周期和檢修內(nèi)容與設(shè)備實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)相結(jié)合，通過對(duì)在運(yùn)設(shè)備進(jìn)行可靠性評(píng)估，從而建立出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)價(jià)結(jié)果，根據(jù)結(jié)果進(jìn)一步指導(dǎo)設(shè)備檢修工作的開展，這就是所謂的狀態(tài)檢修機(jī)制。然而，要獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，離不開對(duì)設(shè)備的周期性巡檢。目前電力設(shè)備的巡檢工作除少部分具備自動(dòng)化信息采集傳回?cái)?shù)據(jù)，主要還是依靠巡檢人員定期、定時(shí)的對(duì)其進(jìn)行人工巡檢。傳統(tǒng)的巡檢工作主要采用手工紙質(zhì)現(xiàn)場記錄，后期整理導(dǎo)入信息系統(tǒng)的方式，不僅工作量巨大，效率低下，而且受氣候、環(huán)境、以及人員素質(zhì)和責(zé)任心等多方面因素的制約和影響。巡檢質(zhì)量不高、巡視不到位也時(shí)有發(fā)生。采用傳統(tǒng)的巡檢方式，無法滿足設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和缺陷等信息的及時(shí)反饋，可能因延誤檢修造成設(shè)備停機(jī)或損壞等重大事故。然而如何解決實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，并將獲取信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋這一問題呢？

三、基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備狀態(tài)檢修

電力設(shè)備狀態(tài)檢修是生產(chǎn)管理工作的重要組成部分，對(duì)提高設(shè)備健康水平、保證電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行具有重要意義。隨著電網(wǎng)的快速發(fā)展及用戶對(duì)供電可靠性要求的逐步提高，傳統(tǒng)的基于周期設(shè)備檢修模式已經(jīng)不能適應(yīng)電網(wǎng)發(fā)展的要求，迫切需要在充分考慮電網(wǎng)安全、環(huán)境、效益等因素條件下，研究、探索提高設(shè)備運(yùn)行可靠性和檢修針對(duì)性的新的檢修管理方式。狀態(tài)檢修模式與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合是解決當(dāng)前電力設(shè)備狀態(tài)檢修工作中面臨問題的重要手段。下面是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備狀態(tài)檢修模式的架構(gòu)示意圖3。

從圖3中可以看出，在物聯(lián)網(wǎng)的感知層部署了無線發(fā)射塔和無線中繼基站，以滿足無線信號(hào)的覆蓋。此外，在電力設(shè)備側(cè)部署了無線傳感器，傳感器可將監(jiān)測到的設(shè)備狀態(tài)信息通過無線射頻的方式上傳至基站，最終在網(wǎng)絡(luò)層中的RFID信息采集系統(tǒng)匯總并保存。傳回的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)主要包含：設(shè)備資產(chǎn)信息、運(yùn)行狀態(tài)信息、全生命周期等，管理員可方便的使用監(jiān)控管理平臺(tái)對(duì)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程維護(hù)。另外，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)的核實(shí)審查和綜合分析，可得出設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)評(píng)估結(jié)果。然后將結(jié)果發(fā)送至狀態(tài)檢修智能輔助決策系統(tǒng)，經(jīng)智能決策與人工決策的結(jié)合，最后生成狀態(tài)檢修計(jì)劃并及時(shí)下達(dá)給檢修人員。檢修人員在收到檢修計(jì)劃后，依照手執(zhí)式RFID巡檢設(shè)備上同步的檢修計(jì)劃安排，前往現(xiàn)場對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修，并及時(shí)將檢修情況和結(jié)果上傳至狀態(tài)信息采集系統(tǒng)。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)中位于感知層面的RFID無線射頻識(shí)別技術(shù)，可方便的實(shí)現(xiàn)將設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)經(jīng)傳感器實(shí)時(shí)采集，并通過無線的方式實(shí)時(shí)傳回監(jiān)測數(shù)據(jù)。隨后檢修人員可對(duì)傳回的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從中獲取設(shè)備的運(yùn)行狀況、評(píng)價(jià)、全生命周期等情況，進(jìn)而對(duì)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)的可靠性評(píng)估，最后根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果確定設(shè)備檢修的內(nèi)容和時(shí)間。與傳統(tǒng)的狀態(tài)檢修模式不同的是，這種檢修方法是完全建立在對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測及反饋信息的故障診斷的基礎(chǔ)之上。通過采用專用設(shè)備傳感器、RFID射頻識(shí)別、WSN無線傳感網(wǎng)、計(jì)算機(jī)軟硬件、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、業(yè)務(wù)系統(tǒng)支撐下的信號(hào)處理、分析、診斷等技術(shù)的融合應(yīng)用，對(duì)設(shè)備在運(yùn)行中突發(fā)的異常情況進(jìn)行狀態(tài)分析，并對(duì)異常部位、嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢做出預(yù)判斷，提早識(shí)別故障征兆，做出合理的檢修決策。此外，對(duì)海量的實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、整理、分析，還能隨時(shí)掌握設(shè)備性能下降的程度，從而在設(shè)備性能即將降至臨界之前，提前安排檢修工作計(jì)劃，降低運(yùn)維管理成本，避免檢修過度的情況，提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠獲得實(shí)時(shí)、可靠的在線數(shù)據(jù)，為狀態(tài)檢修提供更好的數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)還能有效地提高狀態(tài)檢修的針對(duì)性和檢修效率。

四、總結(jié)和展望

目前，物聯(lián)網(wǎng)在我國已形成了一定的市場規(guī)模，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于公共安全、城市管理、環(huán)境監(jiān)測、節(jié)能減排、交通監(jiān)管等領(lǐng)域，越來越多的成功案例向我們展示了物聯(lián)網(wǎng)的輝煌成就。采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力設(shè)備狀態(tài)檢修，正是物聯(lián)網(wǎng)在電力企業(yè)狀態(tài)檢修工作中的應(yīng)用方式和前景。

由于采取了先進(jìn)的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測技術(shù)手段，才能在電力設(shè)備狀態(tài)檢修工作中以“第一手”數(shù)據(jù)作為評(píng)價(jià)設(shè)備狀態(tài)的依據(jù)。同時(shí)根據(jù)對(duì)設(shè)備異常和故障發(fā)展趨勢的預(yù)判來指導(dǎo)和決策狀態(tài)檢修工作的開展，從根本上改變了傳統(tǒng)的檢修模式，減輕了設(shè)備現(xiàn)場巡檢的工作壓力，保障了巡視質(zhì)量，提高了工作效率，也為提高設(shè)備運(yùn)行可靠性提供了有力的保障。相信隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在電力企業(yè)中不斷的深入應(yīng)用，通過各式各樣的智能傳感器將電力設(shè)備、設(shè)施互聯(lián)并感知，實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的分布式智能信息傳輸、計(jì)算和控制。構(gòu)建接入靈活、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、穩(wěn)定可靠的電力智能物聯(lián)網(wǎng)，為智能電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

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