基于RFID技術的變電站作業防護系統組建

樊三軍 楊明波 王波

摘要：介紹了RFID技術特點，列舉了一套基于RFID技術的變電站作業防護系統的組建所需的設備，介紹主要設備的功能及相互作用和通信管理方式。組建過程中主動報警通過系統流程設定和定位算法實現。利用并融合無線傳感網絡技術、RFID技術，建立一種適合電力系統特點的無線自組網方式，介紹系統對安全工器具的實時動態管理。

關鍵詞：RFID;作業防護系統;主動報警;工器具管理

Abstract：This paper introduces the technical characteristics of RFID， lists a set of required equipments for the working protection system in substation based on RFID technology， introduces the function ，interaction and communication management of the main equipments. The active warning in the process of constructing through the system setting and the positioning algorithm to achieve. Integrating the wireless sensor network technology and the RFID technology， this paper establishes a wireless ad hoc network mode suitable for the characteristics of the power system， introduces the real-time dynamic management of safety equipment for the system.

Key words：RFID; working protection system; active warning; management of safety equipment

0 ?引言

變電站是電力系統關鍵環節之一，是電力系統中變換電壓、接受和分配電能、控制電力流向和調整電壓的樞紐，涉及的設備眾多，業務復雜，是典型的高危工作區域，如果管理不到位，稍不注意就可能發生人身和設備事故。目前變電站內作業主要依靠安全技術交底、安全措施布置及作業手冊和安全規程中的相關規定，容易出現操作失誤、判斷失誤或受人的隨意性影響而帶來安全隱患，缺少一套切實可行的主動報警的安全保障手段。目前變電站安全工器具大多已經安裝電子標簽，但缺乏一個綜合的管理平臺，難以保證管理的科學性，容易出現人為管理漏洞，給生產帶來相當大的隱患。

基于以上情況，我們提出建立一套基于RFID技術的變電站作業防護系統，對作業人員和工器具的當前位置進行監測，跟蹤其行進和使用路線、巡視軌跡，對誤近危險間隔、隨意穿越、誤選誤動作業目標等現象及時主動給出報警或提醒信息，從而杜絕事故的發生。系統也可對變電站的安全工器具進行動態管理，對其出入庫，出入場進行追蹤，對工器具遺忘在庫或作業現場等情況進行監控，管理工器具在工器具庫的流動情況。

1 RFID技術介紹

RFID（Radio Frequency Identification， 射頻識別，俗稱電子標簽）是一種非接觸式的自動識別技術。射頻標簽與傳統的條形碼相比具有明顯優勢。第一， 安全性高， 由于RFID 承載的是電子式信息， 其數據內容可經由密碼保護， 使其內容不易被偽造及變造; 第二， 穿透性和無屏障閱讀， RFID 能夠穿透紙張、木材和塑料等非金屬或非透明的材質; 第三， 抗污染能力和耐久性， 變電站很多設備暴露于野外， 傳統條形碼的載體是紙張， 容易受到污染， 而RFID 經PV 材料封裝之后具有良好抵抗性;第四，RFID技術可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便。

最基本的RFID系統由三部分組成：1、標簽（Tag，即射頻卡）：又叫應答器（Transponder），由耦合元件及芯片組成，標簽含有內置天線，用于和射頻天線間進行通信;2、閱讀器（Reader）：讀取（在讀寫卡中還可以寫入）標簽信息的設備; 3、天線：在標簽和讀取器間傳遞射頻信號。

RFID工作原理： 閱讀器（Reader）通過天線發送一特定頻率的無線電波能量信號，射頻標簽通過感應電流獲得的能量， 將存儲在芯片中載有變電站設備信息的加密信號發射出去（Passive Tag，無源標簽或被動標簽）， 或者主動發送某一頻率的信號（Active Tag，有源標簽或主動標簽），讀寫器接收信息并解碼后提取設備信息， 交由信息處理系統處理， 完成預設功能和自動識別。以RFID 卡片閱讀器及電子標簽之間的通訊及能量感應方式來看大致上可以分成， 感應偶合（Inductive Coupling） 及反向散射偶合（Backscatter Coupling）兩種， 一般低頻的RFID大都采用第一種式， 而較高頻大多采用第二種方式。

2 爬桿RFID技術的變電站作業防護系統組成

基于RFID技術的變電站作業防護系統， 是由數據采集系統、數據處理系統兩部分組成（如圖1）。

2.1 數據采集系統

數據采集系統由標準的RFID系統和定位系統組成。RFID系統由電子標簽和閱讀器兩部分組成，而定位系統由固定節點和移動終端組成。

電子標簽即射頻卡，由耦合元件及芯片組成，標簽含有內置天線，用于和閱讀器間進行通信。閱讀器根據使用的結構和技術不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID系統信息控制和處理中心。閱讀器通常由耦合模塊、收發模塊、控制模塊和接口單元組成。閱讀器和應答器之間一般采用半雙工通信方式進行信息交換，同時閱讀器通過耦合給無源應答器提供能量和時序。 在本系統實際應用中，對物體識別信息的采集、處理通過網絡遠傳至前置機，進行綜合處理。

固定節點自帶無線通訊模塊，是整個項目實現的主要基礎部分之一，多個固定節點部署于變電站適當位置，自組織形成相互協調的無線通信網絡，負責移動終端等設備數據的接收、傳輸，位于后臺監控中心的節點還要對外提供數據接口，以方便同前置機相連。固定節點有自帶電源，可采用外置天線，防雨、防曬、防電磁干擾。同時還可根據后臺監控中心發送的指令，進行相應參數的調整，或執行相應的動作。隨身終端由巡檢人員、工作人員或外來訪客隨身攜帶，定時發射“心跳信號”，收到該信號的固定節點自動檢測該終端持有人到該節點的距離，多個收到信號的固定節點將數據上傳到前置機，前置機根據既定定位算法確定該終端持有人的當前位置。

2.2 數據處理系統

數據處理系統由前置機和帶管理軟件監控后臺組成。

考慮到復雜電磁環境及數據傳輸時延遲對通信網絡信號的影響，本系統需在現場值班室處放置了一臺遠程嵌入式系統，也就是監測前置機。主要完成以下功能：1、接受閱讀器數據，并做相應處理，把處理后的數據傳給監控后臺，用于狀態查詢及報表分析;2、完成移動終端的入網注冊、接收監控后臺下達的任務，并實現任務確認;3、完成現場數據采集，現場數據通過多個WSN節點形成的自組織網絡上傳到匯聚節點，匯聚節點經傳輸網絡接入監測前置機，前置機完成數據的自動接收;4、根據各個固定節點發來的數據，按照既定定位算法計算終端持有人的當前位置，并和變電站內預設的危險區域做比對，如果發現其進入未定義的非任務目標的工作區域，則及時下發報警信息;5、匯總現場數據，并經過一定的預處理，通過以太網及時發送給監控中心，便于上層系統的分析、存儲、統計和展示。

監控管理后臺匯集變電站全部防護數據，主要完成以下功能：1、利用圖形化的管理手段即時展現間隔防護情況，檢修人員狀態，巡檢狀態以及工器具狀態和各類報警數據;2、當人員需要進入變電站進行巡視或作業時，系統需創建一個任務，在創建任務時輸入相關信息和移動終端編號，并將任務傳達給前置機;3、管理后臺還根據檢修任務需要人工、定時或計劃進行防護區域的設防/撤防設置;4、管理后臺還將檢修任務與工器具、間隔融合管理，最終供管理人員管理和監督。

3 構建本系統的主要問題及解決方法

在構建基于RFID技術的變電站作業防護系統中，可能遇到的技術難點及相應解決辦法如下：

1、主動報警的實現。后臺的監控中心可對相應的工作任務類型和工作人員進行注冊，主要是指該項任務所對應的危險區域/安全區域信息以及相應工作人員所使用的移動終端信息。當工作人員攜帶移動終端進入變電站內部后，固定節點將接收到的信號發送回前置機，由前置機執行相應的定位算法，確定移動終端的位置坐標，并將該位置坐標與任務注冊時的危險區域/安全區域信息進行比較，判斷移動終端是否位于危險區域內，若移動終端已移動到危險區域附近，則由前置機發出報警信號至移動終端，提醒工作人員注意，同時前置機將移動終端位置坐標及報警信號上傳至后臺監控中心。

2、系統通信信號傳輸網絡的建立。利用并融合無線傳感網絡技術，RFID技術，建立一種適合電力系統特點的無線自組網方式，發揮無線傳感網絡覆蓋率高、傳輸特性好等優勢，增加無線傳感網絡對強電磁干擾下的穩定性，為系統提供一種便捷的無線數據傳輸方式。

3、對安全工器具的管理。在需要監管的工器具上安裝有源的RFID電子標簽，通過RFID的定位技術自動實時定位變電站各類工器具在整個變電站的具體區域，實時監控安全工器具在變電站的區域位置，并對任務完成之后遺漏、丟失情況進行報警，避免各類工器具遺失工作現場帶來的電網事故，還可實現安全工器具基本信息維護、安全工器具定期質檢管理、安全工器具出入庫登記等功能。

4 結語

基于RFID技術的變電站作業防護系統的建立后，可通過智能作業控制臺匯集變電站全部防護數據，進入管理后臺利用圖形化的管理手段即時展現間隔防護情況，檢修人員狀態，巡檢狀態以及工器具狀態和各類報警數據，減少因漏巡或不巡等行為發生，提高電網安全穩定運行水平，通過對安全工器具的動態管理，避免因人為因素將工器具遺忘在庫或作業現場事件的發生。

參考文獻

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[3] 王越，麻賽軍. 基于RFID的變電站巡檢系統[J].電網技術.2010，（04）.

收稿日期：

作者簡介：

樊三軍（1981），男，工程師，本科，主要從事變電技術管理工作，電話13809410760，shalk_king@163.com;

楊明波（1986），男，高級工程師，本科，主要從事變電一次設備檢修維護工作;

王波（1982），男，工程師，本科，主要從事變電技術管理工作。