智能變電站輔控系統在電網巡檢中的應用

熊 玲,熊信恒

(國網南昌供電公司,江西 南昌 330069)

0 引言

變電站巡檢工作對電站設備運行安全性、穩定性等方面具有重要影響。以往電站設備巡檢工作主要依賴于人工方式,存在成本高、巡檢工作成效無保障等問題。以信息化技術為代表的現代科技得到廣泛認可與應用,由此基于信息化、自動化的智能巡檢系統出現。智能巡檢系統實際運行過程中具備內容智能檢索、自動匯總設備運行狀態信息、報告設備缺陷信息等功能,可以顯著提升設備巡檢工作效率,同時具備低成本投入、操作便捷、工作成效有保障等優勢,這也使得其成為電力行業內重點研究內容之一。

1 智能變電站輔助系統巡檢功能概述

智能變電站輔助系統主要功能在于提升變電站運行以及維護工作穩定性,切實保障電網調控安全可靠,并在此基礎上推動變電站智能化管理水平進一步提升,而電力設備巡檢是輔助系統重要功能之一[1]。在當前物聯網等技術的支持下,輔助系統巡視功能可細分為現場巡視與自動巡視兩部分。

1.1 現場巡視

在RFID技術支持下,通過對變電站內的設備進行編碼,可以高效地完成對設備本體和位置的綜合識別,通過使用移動終端,可以對設備的狀況進行實時查詢,從而達到資產互動化、可視化的目的[2]。

現場巡視人員利用移動終端中內置讀寫器對應巡視設備中RFID標簽進行讀取,終端會將應巡視設備包括未消缺的歷史巡視數據在內的各種信息羅列出來,還提供圖像化的界面,直觀地顯示設備歷史數據,巡查人員可以根據圖像化界面和現場實際數據進行判斷,從而更好地了解設備運行狀況。

1.2 自動巡視

電站工作人員可通過三維模擬場景開展設備巡視工作,系統會在相應功能模塊支持下設計巡視路線并對相關設備狀態信息進行實時展現,工作人員還可通過回放巡視路線對特定設備進行重點巡視[3]。

依托三維模擬場景開展巡視工作可以在顯著降低工作人員工作負荷的同時提升巡視頻次,通過融合視頻錄像方式開展巡視工作可以提升巡視過程直觀化程度,進一步提升巡檢工作質量。

在三維模擬場景巡視工作過程中,系統可以在傳感器設備支持下采集設備運行溫度、殼體變形等數據。同時,自動巡視系統可以利用巡檢設備周邊攝像頭、燈光等開展視頻圖像采集工作,接受其他系統設備運行狀態信息并形成統一巡檢報告。在三維模擬場景中,工作人員可執行巡檢以及歷史重現操作,在對接生產管理系統(PMS)后,可實現基于PMS內信息生成設備信息、工作內容等巡檢任務,同時也可以上傳巡檢結論、巡檢起始與終止時間等巡檢結果[4-5]。

2 智能變電站巡檢模塊設計

2.1 總體設計思路

在當前科學技術發展速度不斷提升背景下,現代高新技術在電力行業中得到較為廣泛的應用,電力設備巡檢對變電站運行穩定性具有重要影響,由此有技術人員提出基于物聯網技術以及移動互聯網技術建立標準化巡檢流程,定義統一缺陷數據庫并構建標準化智能變電站巡檢系統[6]。

物聯網技術:依托射頻識別技術(RFID技術),將監控過程和損失庫相結合,并與設備進行綁定。RFID技術是一種無接觸的、自動的識別技術。該技術在實際應用過程中主要是利用無線電波來自動地識別出目標對象并獲得有關信息,無需人為介入,能夠適應多種苛刻的工作條件。與常規條形碼相比,RFID條形碼具有防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離長等顯著優點,并能實現對數據的加密。

油菜葉片在不同生育時期呈現不同的形態，主要包括長柄葉、短柄葉和無柄葉3種類型。選用3種類型油菜葉片在室內和戶外環境下的圖像，如圖2(a)4幅圖像所示。利用本文方法所提取的結果(為便于觀察，將葉脈圖像作求補運算)如圖2(b)4幅圖像所示。

移動互聯網技術:巡檢員可將平板電腦作為移動終端,并構建Pad-Server的軟件體系結構。其中,服務端提供面向用戶、變電站設備以及巡檢標準對照的管理功能。移動端從服務器下載最新巡視規范后,巡視人員攜帶其開展工作中,即可在RFID技術支持下,依照相關標準要求開展設備精準巡檢工作。巡檢人員發現的設備問題和運行異常問題,都會被保存到移動終端中,并在巡檢完成之后上傳到服務中。隨后,系統會基于巡檢結果,通過服務器端對有關的數據進行匯總,最終形成一份完整的巡檢報告與圖表分析報告,對裝置運行的決定給予必需的支持。

標準化巡查流程:一切巡檢工作都要根據《220 kV變電站設備巡視標準化作業指導書(范本)》中的規定,按照規定的線路和內容進行。根據此指令,制定出一套規范化的巡視程序,并納入制度中。

規范的缺陷數據庫:盡管國家電力公司發布《輸變電一次設備缺陷分類標準(試行)》,其中涵蓋6 000多個方面,但是目前還沒有針對二次設備和通信設備發布的任何一方面的缺陷。在引入標準化的管理概念之后,需要對各個廠商、每種機型裝備制定對應巡視標準,并將各種技術標準進行了匯總并固化到巡視體系中,確保本體系中的全部工作人員都按照統一的標準開展工作,以此來解決巡視標準不明確、不完整、不統一問題。

2.2 巡檢模塊設計實現

2.2.1 軟件模型設計

(1)巡檢周期:管理人員可以通過后臺服務器設置巡檢周期,并發送至移動終端上。移動終端會按照預定周期進行循環,計算巡檢時間并提示工作人員。

(2)巡視規范:組織專人針對各變電站、設備、組件進行編制,充分滿足巡視工作現場的實際需要。

(4)記錄與分析:現階段系統后臺具備一定自動分站、分時段、分設備對設備缺陷進行統計分析功能,并在此基礎上形成故障趨勢圖及消除發展趨勢圖。能夠自動生成設備操作參數的操作曲線,并對缺陷發展進行總結、分析、判斷?？蓪γ總€月的巡視工作完成情況進行自動統計,并可對巡視工作進行跟蹤。

(5)檢查線路:基于向導式操作流程形成預設巡檢路線,并嚴格依照路線開展巡檢工作。

(6)缺陷判定,分析:基于設備缺陷智能輔助判定功能,值班人員工作效率得到顯著提升。與此同時,以缺陷管理標準為依據,系統可以完成對設備缺陷的統計。在維修人員開展工作前,只需要將待維修設備的缺陷輸出并打印即可,此工作方法可以大幅提升缺陷的匯總統計效率。

(7)移動終端、手機客戶端:在發現嚴重或危急缺陷之后,系統可以立即將缺陷信息通過程序傳遞到管理人員手中,同時移動客戶端也可以立即從變電站接收缺陷信息,大幅減少上報過程所需時間,從而顯著提升工作效率。

(8)周期性測試和切換:周期性測試和切換的流程化、規范化和可視化,大大減輕了操作者的訓練工作量,操作者只要根據圖片和說明,就可以完成周期性測試和切換,大幅降低誤判率。

2.2.2 軟件架構設計

該系統的后臺采用了J2EE三層體系結構,將整個業務應用分為:表示層(UI)、業務邏輯層(BLL)和數據存取層(DAL),具有以下先進性。

易于使用:前端平臺上使用JSP、Jquery等技術體系結構,其控件和組件非常簡單,并且布局非常靈活。

安全性:Spring Security擁有嚴密的驗證系統,該系統使用者訪問許可是由訪問決策管理器確定的,具備精確與流程簡便等優勢,而MySQL為系統的安全穩定運行提供了可靠的數據備份保障。

可擴展性:該系統不僅深入融合Spring技術,還融合Spring MVC、Hibernate、JBPM等多個優秀開放源碼項目。該架構覆蓋整個系統架構的全部功能,并且可以便捷地進行安裝和卸載,具備較強的可拓展性。

穩定性:J2EE體系結構基于Java的魯棒性以及對虛擬機器運行的一致性。將J2EE部署到WIN-DOWS環境中,用戶還可以使用Linux操作系統,可以進一步提升系統實時性。

2.2.3 系統關鍵技術

第一,RFID藍牙電容讀寫設備。該設備在實際應用過程中可以通過藍牙與RFID技術分別實現與移動終端與電子標簽進行通信功能,還可作為電容筆在終端上進行流暢書寫。其具體優點主要包括如下幾方面:(1)相較于傳統手指操控方式,藍牙電容讀寫設備可以實現更為靈敏、便捷操作移動終端電容屏幕;(2)相較于自帶RFID讀寫器的終端設備,藍牙電容讀寫設備掃描效率更高,更適應長時間巡檢操作;(3)通過對藍牙通信連接算法進行優化,可顯著降低電量消耗程度,超長續航方便開展長時間巡檢工作。

第二,主動式電子標簽感應技術。相較于傳統被動式及半被動式標簽,主動式標簽具備內置電源支持IC發出對外信號,能實現更長的讀取距離與更大的記憶體容量,可以有效存儲讀取器接受的附加訊息。智能巡檢系統中運用該技術可以支持變電站使用技術更加先進、記憶體容量更大的RFID技術。

第三,RFID中間件。RFID中間件(RFID Code)是RFID技術在RFID硬件與應用系統間進行數據交換、過濾與轉換的中介過程,是RFID技術的應用操作中心。RFID中間件位于讀寫器模塊與應用系統之間,中間件設備在實際運行過程中會自動對所讀取數據信息進行解密、過濾以及格式轉換處理,之后將其導入管理服務器,并通過應用系統反應在程序界面上,供操作者瀏覽、選擇、修改和查詢。

第四,數據同步技術。在異構系統解決方案中,設備終端與服務器之間的數據同步功能為關鍵環節,實際操作中不僅要讓終端設備與服務器同步巡檢數據結果,同時也要確保服務器為終端設備同步巡檢內容資料。這就要求采用Pervasync中資料同步機制。該技術特征在于:同時構造“弱聯結”與“子集合”。借助于Pervasync所提供的客戶機可視化配置界面,可以在該終端設備上設定服務器中心數據庫(CenterDataBase)服務器地址、被中心數據庫授權所用的使用者名稱以及口令,從而設定數據庫同步參數。

在異構系統解決方案中,最重要環節是實現設備終端和服務器間數據同步,既要滿足二者間巡檢結果數據同步要求,同時也要滿足巡檢內容資料同步要求。為達到該目的,必須在Pervasync中使用數據同步機制。其特點表現為:“弱聯結”和“子集合”同時構建。通過Pervasync所提供的客戶端可視化配置接口,可以將服務器中心數據庫(Center Data Base)服務器地址,由中心數據庫授權使用的消費者名稱和密碼設置到終端裝置上,進而設置數據庫同步參數。一旦完成此設置,具體設置內容會被系統儲存起來,后續任何操作都不需要重復進行設置。

3 智能巡檢系統應用成效

就實際應用角度分析,智能巡檢系統投入使用后主要解決如下幾方面問題:(1)在“標準化作業流程”支持下,巡檢人員工作行為得到有效規范,各項操作要求得到充分落實。(2)“設備巡檢標準庫”有效解決以往巡檢工作中缺陷巡檢針對性不足、巡檢標準不健全以及標準不統一問題,有效提升巡檢工作成效。(3)“圖文并茂標準”可有效幫助巡檢人員快速掌握設備缺陷及運行異常表現以及相關判斷標準。(4)“設備缺陷庫”可以幫助巡檢人員快速界定缺陷定義,規避以往判斷不準確影響后續運維工作開展情況。(5)“四大方法”有效推動巡檢工作充分落到實處,保障巡檢工作達成預期目標。

智能巡檢系統的實際成效包括以下方面。

第一,在“四大方法”支持下,巡檢人員工作負荷大幅降低同時,巡檢質量得到顯著提升。通過將技術手段將巡檢標準執行流程融入智能巡檢系統中后,后臺軟件會自動執行相關流程,有效降低巡檢工作負荷,同時智能系統可以保障巡檢工作質量?！八拇蠓椒ā敝饕复缦聨追矫?“一鍵上傳”功能大幅縮短數據后期整理時間;“優化巡檢流程”功能提升巡檢效率;照片及缺陷自動關聯功能大幅降低工作量;“實時缺陷提醒”功能保障設備缺陷識別效率并對其發展情況進行實時跟蹤監視。其具體成效如表1所示。

表1 智能巡檢系統與常規巡檢方式效果對比

第二,有效降低管理人員負擔。在智能巡檢系統支持下,系統會結合實際情況自動安排工作計劃,系統中缺陷實時匯報功能方便管理者對設備運行狀態進行掌握,同時智能系統中缺陷智能統計分析及管理功能可以保障管理者輕松掌控變電站運行整體情況。

4 結語

當前,智能變電站發展水平不斷提升,智能巡檢系統在實際應用過程中取得較好成效,受到國家電網公司以及各地區電網公司的高度重視。結合其實際發展經驗可知,將移動互聯網技術以及物聯網技術融入巡檢系統中可以有效提升巡檢工作效率,幫助工作人員熟知精準的缺陷定義與判定標準,提升巡檢工作質量,充分解決以往長期存在的巡檢工作落實不到位、數據采樣與統計不及時、不準確等情況,最大限度地保障變電站設備運行穩定、安全、可靠性,同時也可以有效推動變電站智能化管理水平進一步提升。