基于物聯(lián)網(wǎng)的變電站智能運維輔助系統(tǒng)

廉 穎，葉蘇林

（國網(wǎng)寧夏電力有限公司中衛(wèi)供電公司，寧夏 中衛(wèi) 755000）

1 變電站智能運維輔助系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.1 感知層

感知層主要包括各種傳感裝置，這些傳感裝置安裝在設(shè)備屏中，如聲光告警器、聲音傳感器、二維碼標簽、人體傳感器和柜門傳感器等，主要作用是完成實時設(shè)備狀態(tài)的感知。傳感器完成相關(guān)信息的采集后，會將信息傳輸?shù)椒?wù)器進行處理，并通過二維碼和聲光告警將信息傳達給工作人員[1]。

1.2 傳輸層

傳輸層分為核心層和接入層，主要作用是完成傳遞和控制信息的工作。在本次系統(tǒng)設(shè)計中選擇了無線傳感器，在組網(wǎng)時利用ZigBee協(xié)議，感知層數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)關(guān)接入，利用綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)和電力光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)器傳輸數(shù)據(jù)。

1.3 平臺層

服務(wù)器主要負責(zé)接收、存儲、清洗、計算并分析來自各種傳感器的數(shù)據(jù)，然后在時間序列數(shù)據(jù)庫中存放最終結(jié)果。

1.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層以手機移動應(yīng)用和Web應(yīng)用為主要內(nèi)容，借助云平臺獲取計算結(jié)果，同時，實現(xiàn)各應(yīng)用系統(tǒng)的有效連接，如生產(chǎn)管理系統(tǒng)等，能夠監(jiān)督和了解設(shè)備的運行情況，能準確分析檢修過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，完成檢修過程記錄，并在終端中展現(xiàn)最終結(jié)果。

2 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

系統(tǒng)硬件架構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)主要包括各類傳感器，主要目的是為了完成站端信息采集，包括用于設(shè)備監(jiān)控的人體傳感器、在機柜門安裝的柜門傳感器、用于視頻信息采集的攝像頭以及能夠完成聲音記錄的聲音傳感器[2]。無線傳感器在組網(wǎng)時利用ZigBee協(xié)議，現(xiàn)階段常規(guī)傳感器的電池能夠達到2年左右的續(xù)航時間，而定制版可以將續(xù)航時間延長一倍，正常情況下只需更換兩次電池就可以達到設(shè)備的設(shè)計生命周期。

圖1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)

喇叭和麥克風(fēng)是一個組合，因為需要較大的耗電量，在供電時使用有線供電的方式，出于安裝空間方面的考慮，建議只在一列屏中安裝一套。主要作用就是完成設(shè)備運行聲音、非授權(quán)工作錄音以及現(xiàn)場安全交底錄音的記錄，當(dāng)存在異常情況時能夠發(fā)出聲音警示。可以將一套功率較大的喇叭安裝在機房里，當(dāng)有違章作業(yè)時會發(fā)出明確的告警。應(yīng)明確劃分告警聲音的等級，當(dāng)只是工作區(qū)域屏門打開錯誤時，只需要發(fā)出相應(yīng)的聲音完成提示，而當(dāng)非允許工作設(shè)備的人體感應(yīng)區(qū)域感應(yīng)到工作人員進入后，必須讓喇叭發(fā)出更大的聲音，從而達到警示工作人員的目的。

每個機房都需要完成無線網(wǎng)關(guān)的配備，當(dāng)機房擁有較大的面積并且無法滿足信號覆蓋要求時，可以適當(dāng)增加無線網(wǎng)關(guān)的套數(shù)。

在設(shè)置系統(tǒng)硬件時可以借助兩套LED燈完成設(shè)備狀態(tài)的顯示，其中一套負責(zé)設(shè)備運行狀態(tài)的顯示，另外一套負責(zé)設(shè)備工作狀態(tài)的顯示。設(shè)備狀態(tài)正常和故障分別用綠色和黃色燈光代替。工作人員工作時，相鄰屏?xí)焖匍W爍紅色燈光，工作人員接收到視覺提示，可快速、準確地找到工作區(qū)域。若工作人員已經(jīng)得到工作票但是沒到規(guī)定工作時間，則顯示預(yù)約狀態(tài)；若可以打開柜門但未被允許作業(yè)，則顯示巡視狀態(tài)；若柜門可開且可作業(yè)，則顯示檢修狀態(tài)。

出于保護工作手機信息安全的目的，工作手機不可以連接公網(wǎng)和插入SIM卡，需要相關(guān)人員通過云平臺和防火墻連接內(nèi)網(wǎng)的安全網(wǎng)絡(luò)，才能正常發(fā)揮查閱、調(diào)用數(shù)據(jù)、獲得巡視權(quán)限、檢修等功能[3]。

在設(shè)備、柜門、機房門上粘貼二維碼，用于查詢設(shè)備狀態(tài)、申請工作權(quán)限，有助于工作人員規(guī)范作業(yè)，并有效避免誤操作。

3 設(shè)備資源描述模型

物聯(lián)網(wǎng)的實體設(shè)備來只有進行抽象描述才能被有效利用，與面向?qū)ο笙嘟Y(jié)合，完成設(shè)備資源建模。主要對以下三個方面進行設(shè)備資源描述。

3.1 屬性類信息

對設(shè)備本身屬性進行描述，主要分為設(shè)備屬性、資產(chǎn)屬性以及位置屬性。其中設(shè)備屬性包括設(shè)備型號、設(shè)備說明書和設(shè)備板件參數(shù)等。資產(chǎn)屬性包括投產(chǎn)時間、資產(chǎn)編號、生產(chǎn)廠商和生產(chǎn)日期等。位置屬性包括序號、屏位和站點。

3.2 狀態(tài)類信息

主要完成操作者反饋狀態(tài)、傳感器采集狀態(tài)、設(shè)備工作狀態(tài)等信息的記錄。其中，操作者反饋狀態(tài)包括檢修中、巡視和預(yù)約。傳感器采集狀態(tài)包括冷備用、熱備用、故障和正常運行等。設(shè)備工作狀態(tài)包括檢修、運行。

3.3 歷史信息

歷史信息包括定檢記錄、運行記錄和狀態(tài)記錄。定檢記錄為驗收記錄、定檢人員和定檢記錄。運行記錄包括巡視記錄、處理人員和故障檢修。狀態(tài)記錄包括反饋狀態(tài)、設(shè)備裝填和工作狀態(tài)。

4 實現(xiàn)業(yè)務(wù)功能

本系統(tǒng)以共享設(shè)備數(shù)據(jù)與信息為主要目標，最終目的是為了發(fā)揮安全輔助作用。

1）工作人員在設(shè)備巡視過程中，可以將設(shè)備柜門打開，但是不能動手操作設(shè)備。當(dāng)異常操作情況存在時，相關(guān)的錄音錄像開始工作，并發(fā)出聲光告警，同時安全督查人員將會得到短信通知。

在進入機房前，工作人員要使用手機完成機房門二維碼的掃描，并且產(chǎn)生機房巡視記錄。在這個過程中，人員權(quán)限信息會受到系統(tǒng)審核，在確認工作人員擁有相關(guān)權(quán)限后，機房喇叭會播放歡迎巡視等提示音，同時相關(guān)設(shè)備的開門權(quán)限也會開放。但是，當(dāng)工作人員巡視權(quán)限不足時，并且有打開機柜門的操作時，將及時發(fā)出聲光告警，并打開錄音錄像，同時相關(guān)的安全督查人員會收到短信通知。工作人員若是存在開關(guān)柜門的權(quán)限，當(dāng)其身體與重要設(shè)備距離較近時，人體傳感器會捕捉到這一行為，并進行告警以及記錄相關(guān)信息。

2）當(dāng)工作人員在非正確工作屏或檢修時間作業(yè)時，系統(tǒng)中的錄音、錄像功能會開啟。并發(fā)出聲光告警，同時安全督查人員會得到短信通知。

工作人員需要辦理電子工作票，并且使用工作票才能進入機房。在這個過程中，系統(tǒng)能夠了解到工作票的各種信息，如檢修范圍、檢修時間、工作位置等。設(shè)備屏上的設(shè)備狀態(tài)將切換到預(yù)約檢修狀態(tài)。負責(zé)人可以在現(xiàn)場核實轉(zhuǎn)變狀態(tài)的工作屏位是否正確。在準許工作后，代表檢修中的工作狀態(tài)燈將亮起。工作負責(zé)人需要說出現(xiàn)場技術(shù)交底的錄音，供麥克風(fēng)記錄，同時，攝像頭也會完成照片記錄。在上述工作完成后，相關(guān)設(shè)備和機柜上的人體傳感器和柜門傳感器將為工作人員開放權(quán)限。相鄰屏?xí)焖匍W爍工作狀態(tài)燈，對工作人員進行提示，有效避免工作人員找錯操作對象。若是工作人員由于工作失誤打開不正確的柜門，設(shè)備會發(fā)出聲光告警。若是在聲光告警后工作人員仍然繼續(xù)作業(yè)，聲光告警將會變得更加強烈，錄音錄像會打開，同時安全督查人員會得到短信通知。在完成檢修工作后，系統(tǒng)會對相關(guān)柜門的狀態(tài)進行檢測。若是發(fā)現(xiàn)柜門沒有正常關(guān)閉，會通過聲光告警提示工作人員。若是設(shè)備門存在故障，工作人員可通過故障屏上的二維碼做出故障標識。

3）當(dāng)工作人員發(fā)現(xiàn)問題、處理故障時，能夠借助系統(tǒng)完成相關(guān)廠商、說明書以及故障記錄的查找。

工作人員需要完成設(shè)備二維碼掃描，點擊相關(guān)功能模塊，如設(shè)備屬性、歷史記錄等模塊，完成設(shè)備故障記錄及其他信息的查詢，了解以往的故障處理人和故障原因，對比本次定檢和以往定檢記錄。在這個過程中，工作人員能夠了解設(shè)備使用方法、設(shè)備參數(shù)以及生產(chǎn)廠商電話等，當(dāng)故障無法處理時，可以與廠商人員溝通，提高故障處理質(zhì)量和效率[4]。

5 優(yōu)化方向

通過本文構(gòu)建的變電站智能運維輔助系統(tǒng)，能夠有效整合各個部門和設(shè)備，使變電站設(shè)備檢修工作的質(zhì)量得到顯著提升。

1）故障診斷與智能決策。在有效采集管理、組織設(shè)備檢測信息的前提下，應(yīng)該重視評估、分析、診斷設(shè)備運行狀態(tài)的功能。通過有效結(jié)合自診斷信息和設(shè)備監(jiān)測，能夠深入了解設(shè)備信息之間的關(guān)聯(lián)，并且通過共享各種信息，獲取系統(tǒng)和設(shè)備運行信息，與設(shè)備檢修和維護記錄、設(shè)備權(quán)限相結(jié)合，能夠準確分析和診斷變電站設(shè)備狀態(tài)。

2）電子地圖。在系統(tǒng)中應(yīng)融入電子地圖功能。在電子地圖中清晰明確地展現(xiàn)故障發(fā)生地點，實時顯示各種告警信息，在電子地圖中可以通過紅色光標顯示告警點，有利于工作人員和安全督查人員快速鎖定問題位置。

6 結(jié)語

本文以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)，借助傳感器等設(shè)備，實現(xiàn)變電站啞設(shè)備向智能設(shè)備的轉(zhuǎn)變，將安全管理系統(tǒng)、全程管控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)等應(yīng)用模塊貫通，建立起基于物聯(lián)網(wǎng)的智能管理模式，擁有實時智能報警、工作人員作業(yè)監(jiān)控等功能，不但能有效約束工作人員作業(yè)行為，還能夠為工作人員開展維修作業(yè)提供幫助，保證變電站設(shè)備更加穩(wěn)定、安全地運行。