基于RFID技術的地下電纜全壽命周期管理系統研究

南岳松，李小飛，杜鵑，趙軍偉

（北京智芯微電子科技有限公司，北京 100097）

0 引 言

近地下電纜從傳統粗放式管理轉變為使用全壽命周期管理系統意義重大，可以在大數據分析和數據共享平臺的支撐下，從技術、經濟和管理等三個角度入手，讓地下電纜設備處于良好的技術狀態下，同時通過科學規劃、合理采購、良好運維、規范使用及適時報廢來確保企業在投入、產出兩方面做到成本最少和效能最高。

但現階段，編碼不統一給地下電纜的全壽命周期管理帶來了諸多問題：基礎數據質量較差，如設備地理位置存在偏差，實際部署與計劃圖對不上；一臺設備多個身份，為數據共享設置了人為的障礙，也帶來重復錄入、數據冗余等問題；設備檢查、工程建設、運維數據割裂，無法重復發揮數據的價值，無法有效開展大數據分析，海量數據束之高閣；關鍵數據不能在資產全壽命周期貫通，大賬算不清，資產管理大多局限于部門最優，難以實現綜合最優。

在此種背景下，基于RFID 技術的地下電纜全壽命周期管理系統應運而生，其以實物ID 為牽引，專注數據價值利用，打通設備檢測、工程建設、運行維護等環節的數據，形成數據價值鏈，實現全壽命周期的數據全景管控，能夠切實提升設備域數據快速應用水平。

1 基于RFID 技術的地下電纜識別

傳統地下電纜采用普通標牌及彩色扎帶的方式，使用一段時間后，因彩色扎帶顏色脫落或普通標牌遺失，導致地下電纜識別困難，而采用RFID 技術將電纜及通道設備的資料植入電子標簽內部，則完全可以解決地下電纜設備編碼不統一、識別的準確性及長期性問題。工作時，當手持式識讀設備發送識讀信號后，電子標簽接收到識讀指令以啟動內部芯片的電路工作，然后將存儲的設備相關信息傳輸給識讀設備，經信息的解碼、轉換及導入操作后，識讀設備將接收到的設備信息傳輸到全壽命周期管理系統中，以便執行后續操作。

物聯網技術的發展使得生物識別、磁卡、光學字符識別、有形條碼等自動識別技術在各領域得到大規模推廣應用，相較于上述識別技術，RFID 技術在識別速度、運維成本、使用壽命、數據密度、抗污抗潮能力、方位及遮蓋影響、智能化、識別數量、讀寫性能、典型數據量、安全性、識別距離等方面有著顯著優勢，如生物識別的識別距離較近、運維成本很高且識別數量為1；條形碼數據密度和安全性較低、識別距離近且容易受到遮蓋和方位影響；光學字符識別系統識別距離很近、數據密度低且安全性很差等，故本文采用RFID 及其他輔助技術構建了如圖1所示的地下電纜識別框架。

圖1 基于RFID 技術的地下電纜識別框架

在基于RFID 技術的地下電纜識別框架中，手持設備裝備了4G 互聯模塊、定位模塊及RIFD 讀寫模塊，現場工作人員通過手持設備可以實時獲取地下電纜的相關設備信息（如具體位置、設備購買年份、設備維護情況等），并通過4G 互聯模塊來實現與全壽命周期管理系統的數據傳輸。

2 地下電纜全壽命周期管理系統的構建

2.1 地下電纜全壽命周期管理系統的開發價值

技術的不斷更新使得電力企業對地下電纜的管理難度遞增，設備規模大、價值高、種類復雜、涉及部門多及分布分散等特點使得設備新增、改造、檢修、退役報廢等業務頻繁發生，解決這些問題需要全面推進全壽命周期管理系統。在全壽命周期管理模式下，地下電纜的資產效能、設備安全及建設成本等可以得到最優發展，具體而言：

首先，圍繞地下電纜的全壽命周期，從設備進廠至安裝測試、維護、狀態監測、監測、退役報廢等退出生產系統，將各環節的設備資產、保養維修、調撥轉移等信息層層歸結，可有效減少或消除部門間的信息孤島和信息不對稱現象，提高地下電纜相關設備的有效性。

其次，設計無線射頻電子標簽，作為含有全球ID 標識碼的無源電子產品，不僅可以長期使用于環境較為惡劣的地下，而且通過將電子標簽內的ID 碼與相應設備的規格屬性等構建好對應關系，使用時只需要識讀設備識讀不同電纜上的電子標簽即可查找到相關的規格屬性等信息，從而達到不同電纜及設備的快速識別目的。

再次，傳統管理模式下，地下電纜各中間環節相對獨立，彼此間協作性較小，而全壽命周期管理在保持各環節自身資產價值的同時，使地下電纜各管理部門（如采購部門、運維部門）間的聯系增至最高，切實提高了地下電纜管理的整體性和精準性。

最后，通過貫通全壽命周期的數據對地下電纜特征、事件、評價、效能等進行多角度、全方位畫像，客觀評價設備價值，降低設備的維修成本、減少設備停電時長、提高配電設施可靠性水平、提高設備管理精益化；更好提升設備域數據快速應用水平，提升基層使用人員工作效率，促進基層減負，最終為社會發展提供安全、可靠、可持續的電力供應。

2.2 地下電纜全壽命周期管理系統的整體架構

目前基于RFID 的全壽命周期管理系統在電力企業的應用已經有了成功經驗，如：2019年國網福建電力在全省推廣的基于RFID 的安全工器具管理系統，通過RFID 技術來為電力安全工器具賦予了唯一身份標識，從采購數據、入庫登記、到期試驗智能提醒、產品質量分析等多個角度實現了電力安全工器具的全壽命周期流程管理（如電力安全工器具出庫時，通過庫房門禁上裝設的射頻識別裝備即可自動登記；在電力安全工器具檢測試驗到期前一個月，自動將送檢提供發送到運維人員手機上）；2020年湖南省望城500 kV智能變電站投入使用了電網資產全壽命周期管理系統，通過RFID 技術為變電站每臺設備賦予了唯一的ID 編碼，工作人員通過手持PDA 就可以便捷地獲取相應設備的全壽命周期內各項數據（如采購時間、維修記錄等），切實提高設備臺賬精準度。

借鑒上述系統，地下電纜全壽命周期管理系統以設備ID 為地下電纜相關設備賦予唯一的身份標識，以實物編碼為載體，貫穿設備資產全壽命始終，建立各階段業務編碼與實物編碼一一對應，從而實現全生命跟蹤，全過程記錄；利用實物ID 對物資、設備進行唯一標識，實現線上數據和線下實物的精確對應。如圖2所示，地下電纜全壽命周期管理系統整體上可以劃分為數據采集、數據貫通和數據應用等三大板塊。其中數據采集主要是現場工作人員通過手持設備來實時獲取地下電纜的相關信息并上傳；數據貫通涵蓋規劃設計、物資采購、工程建設、生產運維及退役處理等整個壽命過程；數據應用主要涵蓋數據治理、數據貫通及決策支撐三大應用方向。

圖2 地下電纜全壽命周期管理系統的整體架構

數據（如供應商信息、出入庫信息、檢修記錄、設備故障、巡視記錄、供應商評價、設備殘值等）貫通地下電纜全壽命周期，通過數據質量管理，挖掘數據價值應用，形成數據價值鏈，實現數據全景管控，具體而言：設備規劃設計階段，采集并存儲規劃預生產設備ID，關聯物資與項目，而系統數據庫則會執行設備ID 授碼、發碼、提供類似項目與物資參考信息等操作；物資采購階段，設備ID 賦碼貼標后關聯采購信息、品控信息及出入庫記錄，而系統數據庫則會提供設備質量評價信息、設備供應商評估信息、設備運行、缺陷、事件綜合信息以輔助設備選型及供應商遴選；工程建設階段，通過掃碼設備ID 來關聯設備檢測信息、施工單位信息、安裝調試信息及臺賬信息，而系統數據庫則會提供施工單位評價信息、設備檢測信息及設備臺賬信息以輔助工程建設的順利實施；生產運維階段，通過掃碼設備ID 來更新臺賬信息、關聯資產卡片、關聯運維檢修記錄及運行狀態監測，而系統數據庫則會基于設備ID掃一掃來直達作業工單，索引巡視、檢修、缺陷等并查閱歷史記錄；退役處置階段，通過掃碼設備ID 來關聯退役報廢信息，而系統數據庫則會基于設備ID 掃一掃來查閱設備設計、建設及運行全鏈條信息，經分析處理后提供設備健康度評估信息及殘值評估信息，輔助設備梯次再利用。

2.3 系統劃分

從貫通全壽命周期的數據管理而言，地下電纜全壽命周期管理系統大致可以劃分為以下四個子系統：（1）地下電纜數據采集子系統。地下電纜數據采集子系統采用分布式架構和多線程模式，適用于多種數據源，主要負責高效采集地下電纜相關的外部數據、內部數據和社會化數據（如供應商信息、維修記錄等）。（2）地下電纜數據處理子系統。地下電纜數據處理子系統負責實現數據加工生產全過程業務化的“可視、可管、可控”，實現“需求—設計—加工—產品”的業務化端到端的數據貫通。（3）地下電纜數據共享服務子系統。地下電纜數據共享服務子系統以數據目錄展示數據的業務價值，提供數據接口、數據應用和數據展現等多種方式的數據服務。（4）地下電纜數據治理子系統。地下電纜數據治理子系統負責理清數據資產，全面降低數據管理成本、提升數據質量及數據資產價值。

2.4 應用案例

以“設備壽命預測”為例，系統可以整合地下電纜全壽命周期數據，利用人工智能算法來實現壽命預測：以設備為中心，將設備ID 作為唯一標識，多向索引設備在規劃設計、物資采購、工程建設、運行維護、退役處置等階段的數據，通過地下電纜“設備壽命預測”人工智能算法，對設備全壽命周期數據進行整合分析，基于歷史運行態勢對地下電纜未來的運行狀態進行預測，為負荷優化、線路規劃、預防性設備檢修、設備退役等提供量化數據參考，如圖3所示

圖3 基于ID 的地下電纜壽命預測功能

用戶使可用APP 現場掃描設備ID 獲取設備的綜合信息檔案，如圖4所示，包括臺賬信息、歷史記錄、工單信息，健康狀態等。健康狀態依據當前設備的歷史檢修記錄和實時監測數據、工況數據綜合分析后通過分數呈現，滿分100 分，低于80 分提示關注，低于60 分建議更換。

圖4 設備健康度綜合評分

3 結 論

綜上所述，基于RFID 技術的地下電纜全壽命周期管理系統通過實物ID 為地下電纜相關設施設備賦予唯一的身份標識，實現資產全壽命周期的數據貫通和信息流、實物流的精確對應，打造物物相連的地下電纜物聯網，提升各環節資產管理效率和企業總綜合效益；通過實物ID 把地下電纜相關設施設備的全壽命周期管理不同階段有機聯系起來，實現設備狀態信息的實時共享和實時變更。