變電站智能巡檢系統的設計與實現

（1. 國網江西省電力有限公司，江西 南昌 330077；2.國網江西省電力有限公司電力科學研究院，江西 南昌 330096；3.國網江西省電力有限公司萍鄉供電分公司，江西 萍鄉 337000

0 引言

隨著工業的發展，電力在生活中起著舉足輕重的作用。供電系統出現故障會對人們的日?；顒幽酥琳麄€社會造成嚴重后果，因此，保證電力系統的安全穩定運行已經成為保障國家戰略性能源安全系統中極其重要的組成部分。為實現電網的安全、可靠運行，須不斷提升變電站的智能化和自動化水平，以達到合理配置供電設備以及對變電設備實施有效監督管理的目的。

從根本上保證電網安全穩定地運行，保障電力的安全供給，就要對各變電站進行定期和不定期巡檢，及時發現隱患，防患于未然，將電力設備的故障率降到最低。一方面，低壓變電的分布廣泛造成了低壓變電的節點數多且分散等特點，因此要求工作人員上傳巡檢數據必須實時、準確、高效。另一方面由于電力設備長期暴露于野外，經常承受正常機械載荷和電力負荷的作用以及雷擊、污穢、強風、地震、洪水、滑坡和鳥害等外力侵害，甚至會受到一些不法分子盜竊電力設備行為的危害。這些因素將會造成變電站各元件老化、氧化和腐蝕等問題，如不及時發現和消除，存在的隱患就會發展成為故障，從而對電力系統的安全性和穩定性構成威脅[1]。

目前，我國電力系統的變電站巡檢主要采用傳統的人工巡檢、視頻監控、綜合檢修車等方式[2]，這對有些企業來說，成本過高，運行實施困難且不易推廣，同時也難以消除巡視工作中人為因素的影響[3]。因此，如何吸收國外先進電力企業的現代化管理經驗以及在變電站智能巡檢系統的建設中充分運用先進的移動技術已經變得十分重要[4]。

變電站智能巡檢系統的作用是簡化巡檢人員的作業操作任務，使得電力設備巡檢更加準確、高效和具有可追溯性。同時，變電站智能巡檢系統服務端可以展現和管理電力設備巡檢產生的數據，使得變電站巡檢記錄數據可視化。

1 系統研究目標及總體結構

1.1 研究目標

本文結合江西省電網的實際，基于JavaWeb和Android平臺，適應變電站巡檢工作的需求，研制開發變電站智能巡檢系統。項目的研究目標主要包括以下幾個方面：

1）面向變電站巡檢任務流程的應用，對智能巡檢系統進行需求分析。對開發平臺與設備選擇進行調研論證，提出變電站智能巡檢系統軟硬件架構和系統邏輯功能框架。解決現有巡檢系統中工作流程不合理、缺少趨勢分析、操作不便捷、用戶界面大小不合理、數據傳輸可靠性不強等問題和不足。

2）對變電站智能巡檢系統服務端的設計和實現，滿足巡檢任務與巡檢結果的規范化管理，巡檢數據的共享，歷史趨勢分析，設備狀態評估等功能；滿足國家電網公司對運維巡檢精細化管理的要求。

3）對變電站智能巡檢移動APP進行設計和編程，使之具有完善的巡檢功能，良好的人機交互界面，易于操作和使用，與巡檢系統管理服務器數據通信可靠。

1.2 研究內容

此項目的研究內容主要有兩個方面：變電站智能巡檢系統移動端和變電站智能巡檢系統服務端。

變電站智能巡檢系統移動端的任務是實現全面巡視、帶電檢測、倒閘操作、缺陷管理、運維等任務的數據采集，采集數據后將數據上傳到服務器。同時變電站智能巡檢系統移動端也具有智能安全帽、知識中心、無線門禁等輔助功能。

變電站智能巡檢系統服務端的作用是發布計劃任務，使變電站智能巡檢系統移動端能獲取到任務。后臺管理的內容主要有計劃管理、設備巡視、設備維護、帶電檢測、倒閘操作、工作票管理、應急處理、缺陷管理、數據管理、權限管理、系統設置等。

1.3 系統總體架構

系統總體架構分為展現層、應用層、服務層、數據層、網絡層，如圖1所示。

圖1 系統總體架構圖

在展現層中，變電站智能巡檢系統移動端使用智能手機來實現程序的運行與展現工作，經過調研，為保證程序的穩定性和系統的安全性，最終使用國產安卓手機。安卓系統需滿足Android 4.4及以上版本，內存2 G以上。變電站智能巡檢系統服務端后臺管理工作為了確保系統的兼容性，主要在PC上完成，電腦配置建議CPU 1.8 GHz以上，內存4 G以上。

變電站智能巡檢系統移動端在應用層實現了全面巡視、倒閘操作、運維、帶電檢測的表單展示和數據錄入功能，以及知識中心文檔的下載、展示；變電站智能巡檢系統移動端的無線門禁實現了藍牙開鎖和開門時間記錄的功能；智能安全帽負責記錄巡檢時的視屏數據。變電站智能巡檢系統服務端在應用層實現了全面巡視、倒閘操作、運維、帶電檢測任務的添加刪除、記錄數據的查看、審核以及表單數據的展現；知識中心實現了文檔的添加刪除和更改功能；無線門禁實現了開門記錄的查看、管理。智能安全帽實現了巡檢視屏的查看、管理；此外還實現了設備維護、工作票管理等功能。

服務層是數據層和應用層之間的過渡層，相比之下是較高層次的一層結構，相當于將幾種操作封裝起來。服務層實現了service接口，進行具體的業務操作。服務層還提供將移動端本地數據提交到服務器的功能。用戶在移動端上完成相關的任務操作后，會先將數據保存在本地的數據庫中，然后再提交到服務器。在提交階段，首先通過移動端service服務向服務端數據接口發送請求服務，并同時將需要上傳的數據以JSON格式傳送給服務端，服務端接收到移動端發送過來的JSON數據并解析后，將數據保存到對應的數據表中，實現了數據上傳的功能。

在數據層中，變電站智能巡檢系統使用的是MySQL數據庫進行數據的管理，本系統涉及的數據包括結構化數據（如：巡檢記錄等）和非結構化數據（如：視頻數據、圖片等）。

2 智能巡檢系統移動端功能設計

2.1 智能巡檢系統移動端功能結構

變電站智能巡檢系統移動端軟件功能結構圖如圖2所示。

圖2 移動端軟件功能結構圖

該系統包含2大模塊，“開始工作”模塊負責對5種不同類型的工作任務進行下發和數據采集，分別為全面巡視、倒閘操作、帶電檢測、運維、缺陷管理。該模塊負責顯示并支持對每種任務的詳細內容進行操作；“幫助中心”模塊提供一些輔助類的功能，包括安全帽、知識中心、無線門禁等功能。

2.2 智能巡檢系統移動端工作流程

智能巡檢移動端整體流程如圖3所示。

圖3 移動端系統流程圖

流程概述如下：用戶根據賬號進行的登陸，后臺對輸入的賬號密碼進行判斷，正確則給予通過并進入系統。用戶點擊“我的工作”進入到工作列表，列表中顯示所有可操作的任務，如果沒有任務列表則為空，用戶點擊列表中顯示的任務可以進入到該任務的詳情界面，此時可對任務進行數據操作，完成后將操作數據上傳到服務器數據庫；用戶點擊“幫助”進入到幫助功能列表，該列表中提供4種功能選項，分別是智能安全帽、無線門禁、知識中心、缺陷管理，用戶根據需要點擊相關的功能按鈕就可以進行相應的操作。

3 智能巡檢系統服務端功能設計

3.1 智能巡檢系統服務端功能

系統功能一共有十二個模塊，如圖4所示。服務端的功能模塊分別是計劃管理，設備巡視，設備維護，帶電檢測，倒閘操作，工作票管理，應急處理，缺陷管理，數據管理，權限管理，系統設置和實時天氣。其中計劃管理作為系統流程的第一步發布任務。

圖4 變電站智能巡檢系統服務端功能圖

設備巡視、設備維護、帶電檢測和倒閘操作功能為記錄任務采集的業務數據。數據管理、工作票管理和應急處理模塊為對業務數據的管理。權限管理和系統設置模塊是對用戶數據進行管理。

3.2 智能巡檢系統服務端系統模塊

首頁模塊分別有計劃管理，設備巡視，設備維護，帶電檢測，倒閘操作，工作票管理，應急處理，缺陷管理，數據管理，權限管理和系統設置。其中計劃管理為發布任務，設備巡視，設備維護，帶電檢測和倒閘操作為記錄任務采集的數據。

缺陷管理模塊作用為記錄巡視任務中發現的設備缺陷，其中包含缺陷登記，缺陷審核，缺陷處理，缺陷驗收，缺陷歷史五個子模塊。包括缺陷編號，發現日期，發現人，設備類型，消缺單位，缺陷性質，缺陷內容，是否匯報調度，是否已錄PMS，是否消缺，處理詳情，備注，審核內容，審核狀態和操作這些字段。同樣，能對該表進行增刪改查，在線瀏覽和下載xls操作。

數據管理模塊作用為對數據、設備、作業卡、變電站等信息進行管理，其中包含視頻數據管理、設備信息、設備類型、電壓等級、變電站信息、設備間隔、巡檢表類別和巡檢記錄類型八個子模塊。

權限管理模塊作用為對用戶的權限分配，對用戶，部門和角色進行管理。包括用戶管理、部門管理和角色管理三個子模塊。

系統設置模塊作用為記錄一些其他的數據。包括操作規程、巡視規程、設備描述、知識中心、實時天氣和藍牙開鎖六個子模塊。

4 系統部署使用

4.1 智能巡檢系統服務端使用流程

進入任務發布模塊，點擊計劃管理，出現四個子菜單，然后點擊日計劃，出現日計劃任務的數據表。日計劃任務由任務類型、任務成員、開始時間、結束時間、完成狀態和任務描述六個字段組成。日計劃任務上方有五個按鈕，點擊添加按鈕來發布新的日計劃任務，點擊后跳轉到任務發布界面，界面如圖5所示。

圖5 后臺任務發布

通過選擇變電站、任務類型、設備類型、組長以及組員來確定任務，其中組員可以多項選擇。選擇完畢后點擊提交按鈕即可，若想重新進行選擇也可點擊重置按鈕。提交后，回到日計劃任務界面，在已有的任務下面新出現的任務即為剛發布的任務。此時移動端也可收到發布的新任務。

4.2 變電站智能巡檢系統移動端使用流程

開始工作后，系統從服務器獲取后臺創建的所有工作任務并通過列表顯示出來。任務列表里支持4種任務類型（全面巡視、運維、帶電檢測和倒閘操作），點擊任務列表中具體的任務后，可以進入該任務的詳細操作界面，任務操作界面如圖6所示。

圖6 全面巡視操作界面

填寫完所有數據記錄，點擊提交按鈕，該任務的所有數據便會提交至服務器，后臺系統將對數據進行整理與展示。

5 結語

為確保電網能夠安全穩定的運行，依據變電站的相關規定，變電站工作人員必須進行變電站電氣設備的定期檢查，已發現存在安全隱患的設備，并對設備運行狀態、運行參數進行記錄備份，作為日后設備維護的參考。傳統的巡檢流程已暴露出許多弊端，隨著科學技術的發展，使用電子設備記錄取代傳統紙質記錄在諸多行業中已成為發展趨勢與潮流。本系統從實際需求出發，設計并實現了整套巡檢流程。替代了紙質記錄的原始方式，從巡檢任務的下發到任務的驗收審核，都與傳統巡檢方式流程一致，并且可以提高工作人員和管理人員的效率，具有很高應用價值。