基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的變電站智能檢修報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

司小慶李文書(shū)張志朋郭 新畢宏圖

（1.國(guó)網(wǎng)南京供電公司，南京 210019；2.國(guó)網(wǎng)天津?yàn)I海供電公司，天津 300450）

基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的變電站智能檢修報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

司小慶1李文書(shū)1張志朋2郭 新2畢宏圖2

（1.國(guó)網(wǎng)南京供電公司，南京 210019；2.國(guó)網(wǎng)天津?yàn)I海供電公司，天津 300450）

本文針對(duì)變電站的檢修特點(diǎn)，需要設(shè)定圍欄、標(biāo)牌，專責(zé)人員監(jiān)護(hù)，檢修人員的主觀意識(shí)對(duì)檢修安全產(chǎn)生隱患，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的智能檢修報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。參照物聯(lián)網(wǎng)四層架構(gòu)體系從感知層到應(yīng)用層對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，感知層采用激光傳感技術(shù)、振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)代替圍欄；傳輸層采用網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)上下層信息交換；服務(wù)層提供變電站裝置分布模板，檢修任務(wù)模板等多種數(shù)據(jù)庫(kù)；應(yīng)用層在人機(jī)交互較好的 Android平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了變電站檢修的專業(yè)化、智能化，提高了檢修工作的工作效率，使檢修人員更加安全。

變電站檢修；物聯(lián)網(wǎng)；激光傳感；人機(jī)交互

目前，防止運(yùn)維人員走錯(cuò)間隔、誤碰、誤動(dòng)、誤操作事故的措施主要有，規(guī)范操作、圍欄隔離、掛牌提示等。在維護(hù)、檢修過(guò)程中，必須嚴(yán)格遵守《電業(yè)安全工作規(guī)程》中的收發(fā)工作票制度[1]以及工作許可人、工作負(fù)責(zé)人必須到現(xiàn)場(chǎng)的規(guī)定。這些規(guī)程很全面的規(guī)范了檢修人員的活動(dòng)范圍以及操作過(guò)程，但這些全部都是建立在檢修人員主觀能動(dòng)性基礎(chǔ)上的，另外設(shè)置圍欄掛牌提示了現(xiàn)場(chǎng)的勞動(dòng)強(qiáng)度。

采用智能檢修報(bào)警系統(tǒng)，在現(xiàn)場(chǎng)布置好檢測(cè)終端后，紅色激光能設(shè)置虛擬圍欄[2]，檢修時(shí)就不用設(shè)置圍欄；振動(dòng)檢測(cè)終端針對(duì)單裝置檢測(cè)振動(dòng)，在區(qū)域中劃分出勿動(dòng)裝置；通過(guò)客戶端可以方便的設(shè)置檢修區(qū)域、報(bào)警數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。該系統(tǒng)提升了變電站檢修的工作效率；最重要的是采用硬件設(shè)備管理檢修工作，彌補(bǔ)了因工作人員主觀因素產(chǎn)生錯(cuò)誤的漏洞。當(dāng)工作人員誤入?yún)^(qū)域時(shí)，檢測(cè)終端設(shè)備發(fā)出聲光報(bào)警，提示誤入人員離開(kāi)危險(xiǎn)區(qū)域，并及時(shí)將報(bào)警信息傳遞給監(jiān)督人員。

1 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)四層架構(gòu)體系，系統(tǒng)由下至上分別由感知層、傳輸層、服務(wù)層、應(yīng)用層構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)[3]如圖1所示。

圖1 變電站智能檢修管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

感知層主要獲取誤入、誤動(dòng)告警信息，在變電站的墻體和設(shè)備上安裝激光感應(yīng)裝置，柜體上安裝振動(dòng)檢測(cè)裝置，終端檢測(cè)參數(shù)見(jiàn)表 1。這些告警感應(yīng)端均有WiFi模塊[4]，WiFi通信特點(diǎn)是利用電磁波信號(hào)可以在自由空間中傳播，不用考慮布線問(wèn)題，方便安裝。

表1 終端檢測(cè)傳輸數(shù)據(jù)

傳輸層主要設(shè)備為網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)具有較強(qiáng)的硬件支撐，是系統(tǒng)上下層的交換樞紐。它向下通過(guò)WiFi與檢測(cè)終端設(shè)備相連，然后將所有檢測(cè)設(shè)備信息打包再與客戶端通信，與客戶端的通信方式也采用WiFi。網(wǎng)關(guān)每200ms將每個(gè)檢測(cè)模塊的信息采集一遍進(jìn)行打包，傳輸給客戶端；客戶端將告警管理信息、檢修區(qū)域管理信息等設(shè)置管理信息通過(guò)網(wǎng)關(guān)發(fā)送給檢測(cè)終端。

服務(wù)層主要對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，為上層應(yīng)用建立一個(gè)高效，可靠的技術(shù)支撐平臺(tái)，服務(wù)層的主要包括變電站裝置分布數(shù)據(jù)庫(kù)、檢修模式數(shù)據(jù)庫(kù)和告警解析數(shù)據(jù)庫(kù)。變電站裝置分布數(shù)據(jù)庫(kù)提供了一些典型變電站裝置分布模板，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的修改即可應(yīng)用到一個(gè)新的變電站中；檢修樣式數(shù)據(jù)庫(kù)總結(jié)常用檢修模式，配合變電站裝置分布數(shù)據(jù)庫(kù)劃分檢修區(qū)域；告警解析數(shù)據(jù)庫(kù)完成與網(wǎng)關(guān)的通信、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)解析、數(shù)據(jù)保存工作。

應(yīng)用層的設(shè)計(jì)主要是面向用戶，解決用戶端信息處理和人機(jī)交互的問(wèn)題，利用經(jīng)過(guò)分析的感知數(shù)據(jù)，為用戶提供豐富的應(yīng)用功能。

2 系統(tǒng)功能模塊介紹。

該系統(tǒng)主要有系統(tǒng)管理、實(shí)時(shí)檢測(cè)、檢修報(bào)警、數(shù)據(jù)報(bào)表等功能模塊，如圖2所示。功能模塊在客戶端Android平臺(tái)的APP上實(shí)現(xiàn)。

圖2 智能檢修管理系統(tǒng)用戶功能模塊框圖

2.1 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要用于變電站第一次使用該系統(tǒng)時(shí)，在客戶端上建立模擬變電站裝置的分布圖，同時(shí)將檢測(cè)終端映射到分布圖上，這樣出現(xiàn)報(bào)警時(shí)能就能快速的知道報(bào)警地點(diǎn)。檢修區(qū)域的劃分根據(jù)實(shí)際情況在系統(tǒng)中打開(kāi)檢測(cè)終端。變電站裝置分布圖和報(bào)警區(qū)域都可以保存為模板，供下次直接使用，也可以對(duì)系統(tǒng)用戶權(quán)限進(jìn)行管理。普通用戶只能查看相應(yīng)信息，管理員用戶可以進(jìn)行相應(yīng)的操作。

2.2 實(shí)時(shí)檢測(cè)

實(shí)時(shí)檢測(cè)用于既可用于查看報(bào)警區(qū)域，也可以用于監(jiān)視檢測(cè)終端的狀態(tài)。

2.3 檢修報(bào)警

1）預(yù)警管理

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了系統(tǒng)報(bào)警，短信報(bào)警、聲光報(bào)警 3種報(bào)警方式，以保證報(bào)警信息能及時(shí)傳達(dá)給變電站的管理人員。系統(tǒng)報(bào)警在客戶端上以彈出窗口的方式通知值班及管理人員；短信報(bào)警是通過(guò)手機(jī)短信及時(shí)將報(bào)警信息發(fā)送給報(bào)警聯(lián)系人；聲光報(bào)警是通過(guò)客戶端上蜂鳴器和指示燈提示相關(guān)人員。用戶登錄系統(tǒng)后可以對(duì)報(bào)警策略、報(bào)警重發(fā)時(shí)間，報(bào)警聯(lián)系人通信錄等進(jìn)行設(shè)置。

2）報(bào)警處理

當(dāng)彈出告警頁(yè)面時(shí)，管理人員可以對(duì)告警信息進(jìn)行處理。在報(bào)警信息解除之后，報(bào)警信息自動(dòng)存入歷史報(bào)警數(shù)據(jù)庫(kù)中，包括報(bào)警發(fā)生日期、時(shí)、編號(hào)、報(bào)警地點(diǎn)、報(bào)警類型等信息。

2.4 數(shù)據(jù)報(bào)表

通過(guò)數(shù)據(jù)報(bào)表可以查看報(bào)警歷史記錄，對(duì)報(bào)警歷史記錄進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出或者刪除。

3 報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

報(bào)警裝置采用區(qū)域告警和單裝置防誤碰告警相結(jié)合的報(bào)警模式。變電站檢修分為一次檢修、二次檢修、全站停電檢修、部分線路停電檢修，可以用激光報(bào)警模塊劃出大范圍的禁入?yún)^(qū)域或者操作時(shí)需要一定安全距離的高壓設(shè)備，用振動(dòng)報(bào)警模塊可以在工作區(qū)域中細(xì)分可操作裝置和非操作裝置，兩者結(jié)合可以解決大部分現(xiàn)場(chǎng)告警區(qū)域的劃分。

激光報(bào)警模塊采用感光技術(shù)，當(dāng)人體通過(guò)告警區(qū)時(shí)身體遮擋激光，感光模塊失光報(bào)警，檢修區(qū)域劃分如圖3所示。

圖3 區(qū)域報(bào)警功能實(shí)現(xiàn)圖

振動(dòng)檢測(cè)報(bào)警模塊采用加速度感應(yīng)芯片，貼放在柜門處，當(dāng)勿動(dòng)柜體時(shí)發(fā)出告警。與激光報(bào)警終端相同，振動(dòng)檢測(cè)終端發(fā)出聲光報(bào)警提示觸碰人員禁止打開(kāi)柜門，同時(shí)發(fā)出信息給客戶端提示管理人員。報(bào)警服務(wù)流程如圖4所示。

圖4 報(bào)警服務(wù)流程

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

檢修報(bào)警系統(tǒng)經(jīng)過(guò)初步設(shè)計(jì)在南京江邊變進(jìn)行了適用。劃分出檢修區(qū)域并在柜體上安裝振動(dòng)模塊后啟動(dòng)系統(tǒng)，當(dāng)人員誤入誤動(dòng)時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生告警，系統(tǒng)產(chǎn)生聲光報(bào)警并將信息發(fā)送給有關(guān)人員，客戶端將報(bào)警信息記錄下來(lái)。初步看來(lái)，檢修報(bào)警系統(tǒng)可有效解決檢修人員因主觀因素而產(chǎn)生的錯(cuò)誤。但系統(tǒng)報(bào)警終端的結(jié)構(gòu)有待優(yōu)化，通過(guò)優(yōu)化相信可以提高檢修人員的工作效率，減輕現(xiàn)場(chǎng)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

5 結(jié)論

本文結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，提出了一種基于物聯(lián)網(wǎng)四層架構(gòu)的變電站檢修智能報(bào)警系統(tǒng)方案，是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、信息技術(shù)應(yīng)用到電力生產(chǎn)細(xì)節(jié)的實(shí)例。該技術(shù)提高了電力生產(chǎn)的效率，保證了電力生產(chǎn)的安全。

[1]蔡樹(shù)人,胡代舜,陳其祥.電業(yè)安全工作規(guī)程[M].北京：中國(guó)電力出版社,2004.

[2]黨安明,張欽軍.傳感器與檢測(cè)技術(shù)[M].北京：高等教育出版社,2002.

[3]錢志鴻,王義君.面向物聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)綜述[J].電子與信息學(xué)報(bào),2013,35(1)：215-227.

[4]曾磊,張海峰,侯維巖.基于 WiFi的無(wú)線測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電測(cè)與儀表,2011,48(7)：81-83,96.

Intelligent Maintenance Alarm System Design of Transformer Substation based on Things Oriented Architecture

Si Xiaoqing1Li Wenshu1Zhang Zhipeng2Guo Xin2Bi Hongtu2
(1.State Grid Nanjing Power Supply Company,Nanjing 210019；2.Tianjin Coastal Power Supply Company,Tianjin 300450)

This article proposes some designing scheme of intelligent maintenance alarm system of transformer substation based on things oriented architecture according to the maintenance characteristic,the need of rail,scutcheon and care by specialist staff and the risk of subjective consciousness caused by maintenance staff.It designs from the sensing layer to the application layer referring to the four frame system of things oriented architecture.The sensing layer adopts laser sensor technology and vibration detecting technology to replace the rail; the transferring layer changes the information by using the gateway; the servicing layer supply multiple database including the distribution model of substation equipment and maintenance mission.The application layer is realized in the Android platform with better man-machine interaction.This system achieve the professional and intelligent maintenance of transformer substation and improve the work efficiency that the maintenance staff will be safer.

maintenance of transformer station；internet of things；laser sensors；man-machine interaction

司小慶（1977-），男，江蘇鎮(zhèn)江人，碩士研究生，高級(jí)工程師，從事電力安全監(jiān)督管理工作。