無人值守變電站巡檢技術(shù)研究與應(yīng)用

孫立偉，謝蓓敏，趙長(zhǎng)春

(國(guó)網(wǎng)吉林省電力有限公司檢修公司，吉林 長(zhǎng)春 130000)

變電站實(shí)行無人值守模式后，運(yùn)行人員會(huì)定期對(duì)變電站設(shè)備進(jìn)行巡檢，目前是將檢查結(jié)果記錄到紙質(zhì)表格中，記錄之后就成為存檔的資料，沒有進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。這種管理方式不符合當(dāng)今信息化管理的發(fā)展趨勢(shì)，任務(wù)記錄的數(shù)據(jù)沒有二次加工利用，是對(duì)數(shù)據(jù)的極大浪費(fèi)。變壓器等大型設(shè)備在發(fā)生故障時(shí)，本體會(huì)發(fā)生一些輕微的振動(dòng)變化，現(xiàn)有設(shè)備中沒有該類設(shè)備的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，該項(xiàng)技術(shù)還是個(gè)空白。

而隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)電力行業(yè)出現(xiàn)了很多巡檢系統(tǒng)，包括火電廠巡檢系統(tǒng)、熱力設(shè)備巡檢系統(tǒng)等，經(jīng)過多年的技術(shù)積累，巡檢系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)比較成熟。針對(duì)上述問題研制出一套變電站巡檢系統(tǒng)[1]及固定式測(cè)振裝置。采用巡檢軟件系統(tǒng)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)紙質(zhì)記錄的方式，可以對(duì)巡檢采集的信息方便地進(jìn)行二次分析、統(tǒng)計(jì)及比較。通過統(tǒng)計(jì)分析的結(jié)果，可以對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行判斷，對(duì)設(shè)備的維護(hù)提供依據(jù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

1.1.1 總體結(jié)構(gòu)

無人值守變電站巡檢系統(tǒng)為網(wǎng)絡(luò)分布式結(jié)構(gòu)，分為終端層和基站層?；緦佑珊笈_(tái)服務(wù)器軟件系統(tǒng)組成，終端層由手持智能終端和固定測(cè)振裝置組成。通信系統(tǒng)由無線WIFI網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成，負(fù)責(zé)建立基站層和終端層間的網(wǎng)絡(luò)通道。

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 無人值守變電站巡檢系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1.2 手持智能終端

手持智能終端配備7寸觸摸屏，內(nèi)置安卓操作系統(tǒng)，能夠防水、防塵，具體功能如下：攝像功能；錄音功能；IC卡掃描功能；WIFI功能；3G通信功能；高速數(shù)據(jù)通信接口。

1.1.3 固定測(cè)振裝置

固定測(cè)振裝置由振動(dòng)傳感器和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換發(fā)送裝置組成(見圖2)。

圖2 固定測(cè)振裝置

數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換發(fā)送裝置負(fù)責(zé)接收、處理振動(dòng)傳感器傳來的電流信號(hào)[2]，并轉(zhuǎn)換成振動(dòng)信號(hào)，通過無線WIFI模塊連接到無線網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)器端系統(tǒng)平臺(tái)可以通過IP 訪問的方式讀取數(shù)據(jù)。

1.1.4 服務(wù)器端軟件

服務(wù)端軟件平臺(tái)采用java語言開發(fā)，基于Windows Server 2008操作系統(tǒng)運(yùn)行。 軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)共分為數(shù)據(jù)層、功能層、邏輯層和web發(fā)布層，提供基于角色的安全權(quán)限控制。

1.2 主要功能

無人值守變電站巡檢系統(tǒng)研發(fā)遵循實(shí)用性強(qiáng)、可靠性高、智能化水平高的設(shè)計(jì)原則。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集分為人工錄入和自動(dòng)采集兩部分，所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到服務(wù)器中。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能如下。

a. 巡檢記錄功能

巡檢人員可以通過手持智能終端內(nèi)置的程序，與服務(wù)器端軟件系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，巡檢人員可以通過人為錄入和自動(dòng)采集2種方式把設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行狀態(tài)錄入到系統(tǒng)中，在后端服務(wù)器系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。

b. 故障現(xiàn)場(chǎng)信息采集

在設(shè)備發(fā)生故障或異常時(shí)，可以利用手持智能終端的錄音、錄像、拍照等功能記錄現(xiàn)場(chǎng)情況，通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器中，相關(guān)人員不在現(xiàn)場(chǎng)的情況下，就可以通過遠(yuǎn)程訪問的方式，第一時(shí)間了解設(shè)備的狀況，進(jìn)行初步分析和判斷，及時(shí)給出處理意見和方案。

c. 固定測(cè)振功能

在變壓器等大型設(shè)備上安裝固定測(cè)振裝置，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)并通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳到后臺(tái)系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)越線報(bào)警功能，也可以分析振動(dòng)變化趨勢(shì)來分析設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

d. 系統(tǒng)平臺(tái)分析報(bào)表功能

后臺(tái)軟件系統(tǒng)可以儲(chǔ)存所有收集到的數(shù)據(jù)，并分析管理，可以導(dǎo)出規(guī)定格式的報(bào)表，數(shù)據(jù)異常時(shí)也可以做到異常報(bào)警。

系統(tǒng)主要工作過程如下：巡檢員通過手持智能終端對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡檢，檢查結(jié)果錄入到手持智能終端的系統(tǒng)中，手持智能終端通過無線網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器端；固定測(cè)振傳感器同數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換發(fā)送裝置把變壓器等設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器中，服務(wù)器端軟件管理平臺(tái)，可以對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)，然后形成報(bào)表。

1.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.3.1 WIFI網(wǎng)絡(luò)搭建[3]

現(xiàn)在無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)比較成熟，但變電站屬于高電壓區(qū)域，且在室外使用，選型時(shí)要注意設(shè)備對(duì)環(huán)境因素的影響，無線AP分為全向和單向，根據(jù)吉林合心500 kV變電站實(shí)際情況，無線AP選用單向加強(qiáng)型，有效角度范圍120°，有效距離200 m，無線AP通過光纖與管理主機(jī)連接，管理主機(jī)具備無線AP管理功能。

1.3.2 固定測(cè)振裝置設(shè)計(jì)

固定測(cè)振裝置采用無線通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸[4]，包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)字處理單元、數(shù)字傳輸單元、數(shù)據(jù)接收單元。結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 固定測(cè)振裝置邏輯關(guān)系圖

1.4 后臺(tái)軟件設(shè)計(jì)

1.4.1 服務(wù)器端軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)

軟件平臺(tái)采用分層的模塊結(jié)構(gòu)，采用java語言開發(fā)，基于Windows Server 2008操作系統(tǒng)運(yùn)行； 軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)共分為數(shù)據(jù)層、功能層、邏輯層和web發(fā)布層，提供基于角色的安全權(quán)限控制；通過多線程進(jìn)行耗時(shí)任務(wù)的處理，避免阻塞用戶的操作界面。

1.4.2 功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)具有界面簡(jiǎn)潔美觀、操作快捷方便、功能豐富、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。后臺(tái)客戶端系統(tǒng)主界面是一個(gè)容易使用的桌面環(huán)境，具有友好的界面、簡(jiǎn)潔的菜單和工具欄，客戶可以很方便地查詢巡檢記錄的情況或主要設(shè)備振動(dòng)的變化趨勢(shì)圖(見圖4)。

圖4 振動(dòng)變化趨勢(shì)

2 巡檢系統(tǒng)研發(fā)

針對(duì)無人值守變電站巡檢系統(tǒng)軟件的情況，研發(fā)了一套適用于無人值守變電站巡檢系統(tǒng)。系統(tǒng)集成手持智能終端、固定測(cè)振裝置、服務(wù)器端軟件系統(tǒng)，代替原有落后紙質(zhì)的巡檢記錄方式，把設(shè)備巡檢全部信息化管理。固定測(cè)振裝置是首次在變電站主設(shè)備上使用。

2.1 手持智能終端

基于當(dāng)前電子技術(shù)的快速發(fā)展，研制了手持智能終端設(shè)備，具備高速通信接口，可以同測(cè)溫、測(cè)振等設(shè)備進(jìn)行通信，讀取數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、快速，同時(shí)具有IC卡掃描功能，可以快速識(shí)別卡內(nèi)的信息，確定所屬設(shè)備的自然情況。設(shè)備殼體采用先進(jìn)的ABS材料，密封性好，強(qiáng)度及韌性好，不易破損。

2.2 固定測(cè)振裝置

以變壓器為主要測(cè)振主體設(shè)備，變壓器每側(cè)固定安裝2個(gè)測(cè)振傳感器，通過數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，把振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)信號(hào)，再通過無線模塊，把數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)服務(wù)器中，此測(cè)振裝置能夠達(dá)到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，而不會(huì)因通信線路的問題受到影響，安裝方便，操作靈活。

2.3 綜合巡檢管理平臺(tái)

服務(wù)器端綜合管理平臺(tái)系統(tǒng)，可以采集移動(dòng)智能終端的數(shù)據(jù)上傳，也可以讀取固定測(cè)振裝置的數(shù)據(jù)，可以對(duì)收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行二次處理并儲(chǔ)存，也可以導(dǎo)出工作需要的各種表格。數(shù)據(jù)積累到一定周期后，可以形成曲線，通過曲線的變化可以判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況是否正常。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

無人值守變電站巡檢系統(tǒng)目前在吉林合心500 kV變電站進(jìn)行了應(yīng)用。

通過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行表明：手持智能終端運(yùn)行穩(wěn)定，系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單方便，設(shè)備采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，各種功能模塊功能正常，完全取代了原有巡檢紙質(zhì)記錄方式，電子記錄方式簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，提高了設(shè)備巡檢的效率和質(zhì)量；固定測(cè)振裝置數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確，能夠?qū)崿F(xiàn)全天候的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

巡檢結(jié)果自動(dòng)通過無線網(wǎng)絡(luò)[5]傳回后臺(tái)管理平臺(tái)，通過后臺(tái)客戶端或者Web端可以很方便地查閱巡檢情況，提高了設(shè)備的信息化管理水平。

無人值守變電站巡檢系統(tǒng)是人工巡檢和固定在線監(jiān)測(cè)相結(jié)合的平臺(tái)系統(tǒng)。該系統(tǒng)提高了無人值守變電站的智能化管理水平，把原有人工巡檢紙質(zhì)的記錄方式升級(jí)為自動(dòng)采集和人工記錄相結(jié)合的方式，記錄的信息直接存儲(chǔ)到平臺(tái)系統(tǒng)中，方便統(tǒng)計(jì)、分析，可以形成各種樣式的報(bào)表，也可以對(duì)設(shè)備的各類缺陷進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，為無人值守變電站的計(jì)劃?rùn)z修工作提供依據(jù)。

4 結(jié)束語

無人值守變電站巡檢系統(tǒng)依托目前國(guó)內(nèi)多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的智能化和信息化，在穩(wěn)定性、安全可靠性、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸方面均已達(dá)到或超過預(yù)期目標(biāo)。該系統(tǒng)解決了原始巡檢方式數(shù)據(jù)無法共享，不具備實(shí)時(shí)性上傳等缺點(diǎn)。通過項(xiàng)目的實(shí)施，不僅是巡檢管理更加規(guī)范，而且固定測(cè)振裝置可以實(shí)時(shí)采集主設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)，對(duì)主設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高了設(shè)備的安全可靠性。

[1] 申曉留，雷 瓊，周長(zhǎng)玉.基于Pocket PC的變電站巡視管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[C].第四屆輸配電技術(shù)國(guó)際會(huì)議論文集，2003：892-898.

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