變電運維現場作業安全防護及監控技術研究與應用

陳敏 沈潔 張鷹

摘 要：變電運維現場安全防護與監控平臺是近電報警裝置和精確定位系統的統一管理和控制平臺。運行于變電站內，與近電報警裝置和精確定位系統完成數據交互，共同組成有機整體，通過監控平臺的解析，處理，過濾從而達到智能化、自動化的監控，實現了人員定位，數據傳輸，人員監控的功能，實現數據展示和統一智能管控的功能，為實時了解現場工作人員的狀態提供管控手段。因此，本文對變電運維現場作業安全防護及監控技術研究與應用進行分析。

關鍵詞：變電運維；現場作業；安全防護；監控技術；應用

變電運維在整個電力系統、電網中的重要性是不言而喻的。其作用主要體現在運維管理變電站以及倒閘操作、處理事故等等。是確保整個電網得以安全運行，并形成強大的經濟效益的前提條件。總之就電力生產的發展來看，非常有必要提升管控變電站運維作業現場安全的能力。

1變電運維現場作業安全防護及監控技術研究的意義

監控平臺通過消息中間件服務保證消息數據及時、可靠、有序的傳輸、通過數據解析算法將數據進行格式化，通過偏移過濾算法過濾掉定位不精確的數據，通過報警算法保證了對超出一定范圍和一定時間的人員進行報警，并屏蔽了報警時間的誤差。可對外提供數據接口，可對管控目標進行身份識別，設置工作區安全區域并對工作區域進行分析判定，通過實時定位跟蹤實現人員監護管理程序，對超出安全工作區域的作業行為進行報警提示，同時對工作人員靠近帶電體的距離超出安全規范的行為進行報警提示。

2變電運維現場作業安全防護及監控技術研究與應用

2.1系統整體架構設計

監控管理平臺整體系統架構分為應用系統、核心、系統和傳感網絡三部分，應用系統和核心系統統稱為系統軟件。

2.1.1應用系統

應用系統分為兩大部分；平臺業務和平臺管理。平臺業務通過地理信息系統，在監控子系統的現場平面圖中顯示各種區域，設備，人員位置。應用系統從消息中間件服務器獲取數據，通過業務邏輯判斷，在監控子系統平面圖上提示報誓信息，顯示觸警作業人員的實時位置和狀態，幫助用戶對現場情況進行更方便的判斷和控制。監控平臺使用人員還可以通過應用系統對服務器、現場的各種設備進行維護和配置。

2.1.2核心系統

核心系統負責管理前端傳感網絡的通訊和計算，以及融合，并且把設備信息和算法的結果封裝成統一的格式發送給應用服務。核心系統是分層結構，分為以下幾個層次：

核心服務。提供服務給應用系統和配置工具，實現對于傳感網絡的管理和控制。核心服務提供的服務可以封裝成SDK發布給第三方，用以開發不同的應用系統。當有報警或設備異常發生，核心服務會發送通知消息給應用系統。

計算中心。從前端通訊模塊接收前端設備的狀態和報警信號，對送些信號進行分析和處理，并且把處理后的結果存儲進核心層持久化服務，然后通知核心服務。

前端通訊。負責封裝、隔離傳感網絡。接收前端設備的數據，轉化成統一的格式發送給融合算法，并且給核心服務提供統一的傳感網控制接口。前端通訊層還負責處理算法無關的數據包，并且把前端設備的狀態更新到核心層持久化服務。

持久化服務。為核心層提供持久化服務，負責核心系統中需耍持久化的概念的存儲和獲取。所有持久化數據在寫入的同時也在分布式緩存中保留一份，讀化時首先讀化分布式緩存中的數據，如果分布式緩存中不存在，冉從持久化數據庫中加載。數據實體封裝系統中用到的所有持久化數據類。由于持久化服務會被多個線程調用，因此實現時必須考慮線程同步，做到線程安全性。

公共庫。封裝核心系統要用到的一些公共模塊。例如：核心線程模塊封裝操作系統的線程管理和同步功能；UDP通訊和TCP通訊模塊封裝網絡通訊功能；核心配置封裝核心系統的配置文件的讀寫；核心時間管理統一封裝巧間同步功能：核心日志管理封裝日志功能；核心異常模塊定義核心系統需要用到的異常類。

2.1.3傳感網絡

傳感網絡服務程序對前端傳感硬件和數據傳輸進行數據集成處理。實現對于傳感數據進行組合、分析、篩選、計算、記錄、分發等工作。

2.2系統功能設計

2.2.1區域顯示

監控管理平臺通過地理信息系統來顯示不同的區域。平臺監控管理人員可以在平臺上清晰的看見作業區域的平面圖，平臺會在平面圖上準確的標識出不同的區域，包括禁入區域，可作業區域等，不同的區域將用不同的顏色顯示。

2.2.2作業人員監控

監控管理平臺可以在地理信息系統上實時顯示作業人員的方位信息，以及運動軌跡。使平臺監控人員可以在監控室中了解作業人員的作業情況，以及他們所處的物理位置。方便監控人員管理作業人員，以及對現場工作環境的安全情況作出準確的評估和判斷。

監控管理平臺將記錄所有作業人員的作業地點，行動軌跡等詳細信息，并存儲在數據庫中。監控管理人員可以通過監控管理平臺進行歷史數據的查閱，送些數據是以后的問題追溯和數據統計的有效支撐。

2.2.3危險報警

報譬事件包括定位報警和近電報警。作業環境中，會有若干禁入區域。作業人員不得靠近或進入該禁入區域。定位報警指作人員超出安全工作區域的作業行為，近電報警指工作人員靠近帶電體的距離超出安全規范的行為。定位報警同時提示時間、操作人員、坐標等信息，近電報警同時提示時間、操作人員、操作位置、危險距離、危險方向。

監控平臺實時記錄作業人員的位置信息和運行軌跡，并對位置信息和系統預設的禁入區域進行快速準確的計算。保證作業人員在靠近或進入禁入區域前提前通知報警。報警提醒將通過安全帽來提醒作業人員。監控管理平臺的現場監控人員也可以在監控室中看見該報警信息的詳細信息如作業人員姓名，位置等。

2.3定位服務程序開發

定位服務程序實現超聲數據處理，目標坐標計算等功能。監控平臺其余功能模塊主要實現目標在室內GIS系統展示，目標地理位置安全監控等功能。其中涉及到監控平臺其余功能模塊與定位服務程序之間數據通訊，在基于RabbitMQ消息中間件之上，定義了通訊數據結構及字段含義，數據收發、轉存、丟包回傳都由消息中間件完成。

2.4設計開發消息中間件

要求監控平臺、定位系統要具有精確性、實時性等特點。系統是否可實現相關功能，與數據通信服務質量有著直接的關系。通信中間件技術契合了系統對互操作性、實時性等相關要求，具促進信息共享、數據傳輸等強大的功能作用。中間件屬于軟件層的一部分，其主要界于底層通信協議、分布式應用程序間。針對各分布式軟件模塊，構建相應的互操作機制，同時支持開發分布式應用程序，取締存在異構性、復雜性的分布式環境。中間件服務所形成的協議、程序接口具有標準性。結合各硬件平臺、操作系統可知，機制有利于規范協議、符合接口的相關設計要求。不僅極大的簡化了開發程序，同時其應用程序還兼具較強的可用性、可擴展性以及健壯性。

結束語：

在變電運維班管理變電站持續增加的今天，對班組管理的工作量也提出更大的要求。然而，現有的安全防護、監控技術尚無法應對、管理現場復雜的施工情況。為了提升投產后的電站的安全性、經濟性，減少發生事故的機率。

參考文獻：

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[2]電力作業現場監控技術與實現[D].張鑫.華北電力大學2015

[3]變電檢修現場作業的安全管理[J].曹小虎，曹小龍，孫輝，王明哲，孫曉韜.安全.2015（06）