關于高壓電氣設備帶電檢測信息化管理的研究

蔣大偉，趙 野，謝 倩，高 岳，牛 李

(遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

高壓電氣設備在電力系統中處于極其重要的地位，一旦發生故障，有可能導致大面積停電事故，給電力系統帶來難以估量的損失。電力設備帶電檢測技術已相對成熟，可以及時發現停電預防性試驗難以發現的缺陷、隱患[1]，有助于了解設備的真實運行狀態，從而為設備狀態評價提供必要依據，避免不必要的停電事故[2]。但由于儀器儀表種類較多，并且不同廠商的技術標準、通信協議不統一，檢測結果一直未實現統一的信息化管理。目前檢測結果主要以圖片、電子報告、紙質文件等方式保存，無法實現數據共享與業務融合，無法支撐大數據分析與故障研判工作，嚴重制約著電力設備檢測試驗工作精益化管理[3]。隨著電子技術、傳感器技術、計算機技術、信息處理技術等的發展和向電力系統的融合，使電力設備帶電檢測信息化管理逐步向實用化階段發展。

1 電氣設備帶電檢測現狀分析

1.1 標準化作業不規范

缺乏標準化的流程設定、儀器選用、測點選擇，數據的顯著差異直接影響到數據間的縱比與橫比，可能影響檢測結果的判斷。

1.2 工作效率低

檢測儀器普遍不支持檢測圖像或數據的自動傳輸，需要先記錄檢測結果編號，再將存儲介質中的數據導出進行分析，編制檢測報告。后期工作往往占據了相當的人力與時間，影響現場檢測質量的提升。

1.3 技術監督難

現場檢測需要大量的人員與時間，難以覆蓋整個工作面；報告檢查無法對檢測工作的質量與進度進行實時監督與指導，缺乏時效性。

1.4 團隊協作難

帶電檢測對檢測人員所需的專業知識深度與廣度均要求較高，需要熟悉設備結構、設計、制造、運行等方面知識，方可對現場異常進行正確判斷。專業團隊無法深入每個現場，因此需要實現遠程協作，協同診斷。

1.5 無法實現數據貫通

檢測結果以紙質文件提交，查詢、分析不方便，且無法實現與其他業務的數據貫通與融合，尤其不便于對設備狀態的大數據分析。

2 在線檢測智能運檢平臺規程分析

為實現“堅強智能電網”和“泛在電力物聯網”，推動電網與互聯網深度融合，解決電氣設備帶電檢測存在的諸多不足，在線檢測智能運檢平臺主要具備以下特點。

a.應用物聯網及無線通信技術，研究改進帶電檢測終端，實現檢測數據自動上傳。

b.基于RFID識別和北斗定位技術，智能識別檢測設備，實現檢測結果、儀器型號、電力設備的自動關聯。

c.建設在線檢測平臺與國家電網有限公司(以下簡稱國網公司)PMS2.0系統深度融合，實現設備基礎臺賬、運行狀態信息、歷史缺陷、歷史檢測結果在線獲取，輔助至支撐現場檢測工作。

d.研究終端智能分析數據模型及算法，實現智能終端輔助研判，自動登記缺陷，全面支撐現場檢測工作。

e.研究檢測報告自動生成模型算法，減少人工編制工作量，實現檢測結果的結構化存儲。

f.現場檢測數據實時共享，全面支撐實時技術監督及遠方專家研判。

g.基于微服務應用，實現各個廠商數據分析模型算法的嵌入。

h.研究數據加密及終端授權控制技術，實現對接入平臺儀器儀表的可控管理，保障平臺持續運營。

3 在線檢測智能運檢平臺系統設計

通過以上對在線檢測智能運檢平臺規程分析，構筑該平臺主要分為應用架構和技術架構。綜合考慮民營企業和電力公司的應用需求，統一設計。根據不同用戶需求，進行模塊裁剪。實現儀器儀表臺賬管理、檢測報告自動生成、巡視檢測管理、遠程診斷分析、實時技術監督等功能[4]，如圖1所示。

圖1 在線檢測智能運檢平臺系統結構

3.1 在線檢測智能運檢平臺應用架構

系統在應用層面分為主站端(智能運檢平臺)、移動端(智慧儀器APP)、感知端(智慧儀器儀表)三部分。

3.1.1 主站端(智能運檢平臺)

智能運檢平臺分為“檢測數據收集中心”、“基礎數據供應中心”、“數據分析處理中心”三大中心，具體內容如下。

檢測數據收集中心：提供標準數據接口服務，支撐移動端各類數據通過安全接入平臺、移動應用平臺實時寫入。

基礎數據供應中心：與門戶目錄集成，支撐移動端一體化登錄；與PMS2.0集成，提供設備臺賬、地理坐標、設備狀態檢修、設備試驗等各類數據訪問權限；制定計劃任務，支撐移動端業務應用。

數據分析處理中心：應用大數據分析技術手段，對各類設備的檢測結果分析，結合設備歷史缺陷、歷史試驗結果，形成新的狀態檢修建議[5]；遵循PMS2.0數據存儲規范，智能運檢平臺缺陷信息、檢測記錄、試驗記錄等數據可按需寫入PMS2.0，減少數據重復錄入的工作量。采用微服務的模式，支持各儀器儀表廠商數據分析算法的植入，保證系統數據分析邏輯的先進性。

3.1.2 移動端(智慧儀器APP)

智慧儀器APP作為儀器儀表與主站的通信樞紐，彌補儀器儀表與主站端直接通信能力的不足，降低儀器儀表生產商的改動難度；提供豐富的數據存儲及計算邏輯，減少主站端的計算壓力同時彌補儀器儀表計算能力的不足。

統一通信規約：對各類業務廠家的儀器表制定標準的數據通信協議，支持USB、藍牙、WIFI等多種通信模式。

邊緣計算：內置多種業務場景閾值，可自動預警；具備綜合分析能力，可自動調取主站端歷史數據，利用綜合分析模型算法輔助研判；基于GPS或北斗定位，自動識別附近的設備，便于檢測結果與設備自動關聯。

智慧儀器APP，可新建任務或接收主站端下發的任務，通過任務觸發相應儀器儀表的功能，減少操作步驟。

3.1.3 感知端(智慧儀器儀表)

智慧儀器儀表主要實現檢測結果的在線上傳，開機狀態下支持APP端的任務喚醒。具備Android操作系統，滿足國網公司移動作業應用要求的儀器儀表，可直接安裝智慧儀器APP。

3.2 在線檢測智能運檢平臺技術架構

技術架構依據物聯網建設標準分為平臺層、網絡層、感知層，如圖2所示。

圖2 在線檢測智能運檢平臺技術架構

3.2.1 平臺層

通過融合海量的檢測試驗儀器的數據，實現數據集中管理、展示、分析和應用，包括大數據分析處理、橫向業務融合、計劃編制與任務派發、統計分析與綜合展示。具有易用性、可擴展性、安全性等多種特點，同時易與現有的國網公司PMS2.0系統融合。

3.2.2 網絡層

移動端與主站端通信基于4G無線網路，建立感知層和平臺層的數據流管控。儀器儀表與移動端通信可采用USB、藍牙、WIFI等多種通信模式。

3.2.3 感知層

感知層為各類儀器儀表，提供檢測原始數據。檢測試驗儀器為現場已經部署的各種智能化檢測試驗儀器和后續規劃部署的檢測試驗儀器，包括但不限于局放檢測儀、電纜探測儀、介損測試儀、交流耐壓試驗儀等。例如傳統的電纜巡線方法費時費力，效率低下，僅能發現線路管道中存在的一些肉眼可見的安全隱患，而對判斷電纜的絕緣狀態無能為力。局部放電檢測作為一種帶電檢測手段可有效檢出電纜絕緣缺陷[6]。

實物標簽可采用RFID電子標簽，該種電子標簽內嵌鐵氧體屏蔽材料，可以防止金屬材料對于射頻信號發射和接收產生的干擾。

移動作業終端搭載智慧儀器APP，作為智能化檢測試驗儀器與云平臺的通信樞紐，彌補儀器儀表與主站端直接通信能力的不足，降低儀器儀表生產商的改動難度；提供豐富的數據存儲及計算邏輯，彌補儀器儀表計算能力的不足，同時減少主站端的計算壓力。

主要的功能如下。

a.統一通信規約：制定標準的數據通信協議，支持USB、藍牙、WIFI等多種通信模式。

b.邊緣計算：內置多種業務場景閾值，可自動預警。

c.部署檢測任務：可新建任務或接收主站端下發的任務，通過任務觸發相應儀器儀表的功能，實現檢測試驗的自動化、智能化。

4 在線檢測智能運檢平臺效益與風險分析

4.1 效益分析

智慧儀器儀表在線檢測平臺的建設，積極響應了國網公司泛在電力物聯網重要戰略部署。在較大的儀器儀表市場需求背景下，統一市場標準，將引領各儀器儀表廠商技術創新，規范生產，提升效益；大幅度減少基層人員數據整理、報告編制的工作量，減少人力成本；數據的結構化存儲，有效支撐后期數據共享及業務融合工作，支撐各類大數據分析業務的開展，提升該領域的精益化管理水平。

4.2 風險分析

實施過程中遇到影響進度的問題，及時和用戶溝通，變更計劃，提前制定好實施計劃與解決方案。作為軟件開發工程，需求變更所帶來的風險是一個常見的主題，對于技術監督管理系統這樣的大型軟件工程，需求變更的風險控制尤其重要。部分網省公司PMS2.0系統為其他單位運維，系統集成可能阻力較大，影響項目進度。需提前做好溝通，必要時采取項目合作的模式。

5 結語

通過以上分析，智慧儀器儀表在線檢測智能運檢平臺建設的專業條件、技術條件均已具備。該系統建立后，可以提前預測事故的發生，實時掌控一次設備的運行情況，對于出現故障的設備及時進行報警和切斷，有利于減少設備故障所帶來的損失，提高電網的運行效率。并且可以建立一次設備故障信息的數據庫，再次出現類似的故障信息時，就可以自動識別出故障類型和位置，進一步提高安全生產管理水平，確保電網安全穩定運行，產生巨大的社會效益和經濟效益。