變電站智能巡檢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（1. 國網(wǎng)江西省電力有限公司，江西 南昌 330077；2.國網(wǎng)江西省電力有限公司電力科學(xué)研究院，江西 南昌 330096；3.國網(wǎng)江西省電力有限公司萍鄉(xiāng)供電分公司，江西 萍鄉(xiāng) 337000

0 引言

隨著工業(yè)的發(fā)展，電力在生活中起著舉足輕重的作用。供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障會(huì)對(duì)人們的日?；顒?dòng)乃至整個(gè)社會(huì)造成嚴(yán)重后果，因此，保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行已經(jīng)成為保障國家戰(zhàn)略性能源安全系統(tǒng)中極其重要的組成部分。為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的安全、可靠運(yùn)行，須不斷提升變電站的智能化和自動(dòng)化水平，以達(dá)到合理配置供電設(shè)備以及對(duì)變電設(shè)備實(shí)施有效監(jiān)督管理的目的。

從根本上保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定地運(yùn)行，保障電力的安全供給，就要對(duì)各變電站進(jìn)行定期和不定期巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，防患于未然，將電力設(shè)備的故障率降到最低。一方面，低壓變電的分布廣泛造成了低壓變電的節(jié)點(diǎn)數(shù)多且分散等特點(diǎn)，因此要求工作人員上傳巡檢數(shù)據(jù)必須實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效。另一方面由于電力設(shè)備長期暴露于野外，經(jīng)常承受正常機(jī)械載荷和電力負(fù)荷的作用以及雷擊、污穢、強(qiáng)風(fēng)、地震、洪水、滑坡和鳥害等外力侵害，甚至?xí)艿揭恍┎环ǚ肿颖I竊電力設(shè)備行為的危害。這些因素將會(huì)造成變電站各元件老化、氧化和腐蝕等問題，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除，存在的隱患就會(huì)發(fā)展成為故障，從而對(duì)電力系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性構(gòu)成威脅[1]。

目前，我國電力系統(tǒng)的變電站巡檢主要采用傳統(tǒng)的人工巡檢、視頻監(jiān)控、綜合檢修車等方式[2]，這對(duì)有些企業(yè)來說，成本過高，運(yùn)行實(shí)施困難且不易推廣，同時(shí)也難以消除巡視工作中人為因素的影響[3]。因此，如何吸收國外先進(jìn)電力企業(yè)的現(xiàn)代化管理經(jīng)驗(yàn)以及在變電站智能巡檢系統(tǒng)的建設(shè)中充分運(yùn)用先進(jìn)的移動(dòng)技術(shù)已經(jīng)變得十分重要[4]。

變電站智能巡檢系統(tǒng)的作用是簡(jiǎn)化巡檢人員的作業(yè)操作任務(wù)，使得電力設(shè)備巡檢更加準(zhǔn)確、高效和具有可追溯性。同時(shí)，變電站智能巡檢系統(tǒng)服務(wù)端可以展現(xiàn)和管理電力設(shè)備巡檢產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，使得變電站巡檢記錄數(shù)據(jù)可視化。

1 系統(tǒng)研究目標(biāo)及總體結(jié)構(gòu)

1.1 研究目標(biāo)

本文結(jié)合江西省電網(wǎng)的實(shí)際，基于JavaWeb和Android平臺(tái)，適應(yīng)變電站巡檢工作的需求，研制開發(fā)變電站智能巡檢系統(tǒng)。項(xiàng)目的研究目標(biāo)主要包括以下幾個(gè)方面：

1）面向變電站巡檢任務(wù)流程的應(yīng)用，對(duì)智能巡檢系統(tǒng)進(jìn)行需求分析。對(duì)開發(fā)平臺(tái)與設(shè)備選擇進(jìn)行調(diào)研論證，提出變電站智能巡檢系統(tǒng)軟硬件架構(gòu)和系統(tǒng)邏輯功能框架。解決現(xiàn)有巡檢系統(tǒng)中工作流程不合理、缺少趨勢(shì)分析、操作不便捷、用戶界面大小不合理、數(shù)據(jù)傳輸可靠性不強(qiáng)等問題和不足。

2）對(duì)變電站智能巡檢系統(tǒng)服務(wù)端的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，滿足巡檢任務(wù)與巡檢結(jié)果的規(guī)范化管理，巡檢數(shù)據(jù)的共享，歷史趨勢(shì)分析，設(shè)備狀態(tài)評(píng)估等功能；滿足國家電網(wǎng)公司對(duì)運(yùn)維巡檢精細(xì)化管理的要求。

3）對(duì)變電站智能巡檢移動(dòng)APP進(jìn)行設(shè)計(jì)和編程，使之具有完善的巡檢功能，良好的人機(jī)交互界面，易于操作和使用，與巡檢系統(tǒng)管理服務(wù)器數(shù)據(jù)通信可靠。

1.2 研究?jī)?nèi)容

此項(xiàng)目的研究?jī)?nèi)容主要有兩個(gè)方面：變電站智能巡檢系統(tǒng)移動(dòng)端和變電站智能巡檢系統(tǒng)服務(wù)端。

變電站智能巡檢系統(tǒng)移動(dòng)端的任務(wù)是實(shí)現(xiàn)全面巡視、帶電檢測(cè)、倒閘操作、缺陷管理、運(yùn)維等任務(wù)的數(shù)據(jù)采集，采集數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器。同時(shí)變電站智能巡檢系統(tǒng)移動(dòng)端也具有智能安全帽、知識(shí)中心、無線門禁等輔助功能。

變電站智能巡檢系統(tǒng)服務(wù)端的作用是發(fā)布計(jì)劃任務(wù)，使變電站智能巡檢系統(tǒng)移動(dòng)端能獲取到任務(wù)。后臺(tái)管理的內(nèi)容主要有計(jì)劃管理、設(shè)備巡視、設(shè)備維護(hù)、帶電檢測(cè)、倒閘操作、工作票管理、應(yīng)急處理、缺陷管理、數(shù)據(jù)管理、權(quán)限管理、系統(tǒng)設(shè)置等。

1.3 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)分為展現(xiàn)層、應(yīng)用層、服務(wù)層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

在展現(xiàn)層中，變電站智能巡檢系統(tǒng)移動(dòng)端使用智能手機(jī)來實(shí)現(xiàn)程序的運(yùn)行與展現(xiàn)工作，經(jīng)過調(diào)研，為保證程序的穩(wěn)定性和系統(tǒng)的安全性，最終使用國產(chǎn)安卓手機(jī)。安卓系統(tǒng)需滿足Android 4.4及以上版本，內(nèi)存2 G以上。變電站智能巡檢系統(tǒng)服務(wù)端后臺(tái)管理工作為了確保系統(tǒng)的兼容性，主要在PC上完成，電腦配置建議CPU 1.8 GHz以上，內(nèi)存4 G以上。

變電站智能巡檢系統(tǒng)移動(dòng)端在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了全面巡視、倒閘操作、運(yùn)維、帶電檢測(cè)的表單展示和數(shù)據(jù)錄入功能，以及知識(shí)中心文檔的下載、展示；變電站智能巡檢系統(tǒng)移動(dòng)端的無線門禁實(shí)現(xiàn)了藍(lán)牙開鎖和開門時(shí)間記錄的功能；智能安全帽負(fù)責(zé)記錄巡檢時(shí)的視屏數(shù)據(jù)。變電站智能巡檢系統(tǒng)服務(wù)端在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了全面巡視、倒閘操作、運(yùn)維、帶電檢測(cè)任務(wù)的添加刪除、記錄數(shù)據(jù)的查看、審核以及表單數(shù)據(jù)的展現(xiàn)；知識(shí)中心實(shí)現(xiàn)了文檔的添加刪除和更改功能；無線門禁實(shí)現(xiàn)了開門記錄的查看、管理。智能安全帽實(shí)現(xiàn)了巡檢視屏的查看、管理；此外還實(shí)現(xiàn)了設(shè)備維護(hù)、工作票管理等功能。

服務(wù)層是數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層之間的過渡層，相比之下是較高層次的一層結(jié)構(gòu)，相當(dāng)于將幾種操作封裝起來。服務(wù)層實(shí)現(xiàn)了service接口，進(jìn)行具體的業(yè)務(wù)操作。服務(wù)層還提供將移動(dòng)端本地?cái)?shù)據(jù)提交到服務(wù)器的功能。用戶在移動(dòng)端上完成相關(guān)的任務(wù)操作后，會(huì)先將數(shù)據(jù)保存在本地的數(shù)據(jù)庫中，然后再提交到服務(wù)器。在提交階段，首先通過移動(dòng)端service服務(wù)向服務(wù)端數(shù)據(jù)接口發(fā)送請(qǐng)求服務(wù)，并同時(shí)將需要上傳的數(shù)據(jù)以JSON格式傳送給服務(wù)端，服務(wù)端接收到移動(dòng)端發(fā)送過來的JSON數(shù)據(jù)并解析后，將數(shù)據(jù)保存到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)表中，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)上傳的功能。

在數(shù)據(jù)層中，變電站智能巡檢系統(tǒng)使用的是MySQL數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的管理，本系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如：巡檢記錄等）和非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（如：視頻數(shù)據(jù)、圖片等）。

2 智能巡檢系統(tǒng)移動(dòng)端功能設(shè)計(jì)

2.1 智能巡檢系統(tǒng)移動(dòng)端功能結(jié)構(gòu)

變電站智能巡檢系統(tǒng)移動(dòng)端軟件功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 移動(dòng)端軟件功能結(jié)構(gòu)圖

該系統(tǒng)包含2大模塊，“開始工作”模塊負(fù)責(zé)對(duì)5種不同類型的工作任務(wù)進(jìn)行下發(fā)和數(shù)據(jù)采集，分別為全面巡視、倒閘操作、帶電檢測(cè)、運(yùn)維、缺陷管理。該模塊負(fù)責(zé)顯示并支持對(duì)每種任務(wù)的詳細(xì)內(nèi)容進(jìn)行操作；“幫助中心”模塊提供一些輔助類的功能，包括安全帽、知識(shí)中心、無線門禁等功能。

2.2 智能巡檢系統(tǒng)移動(dòng)端工作流程

智能巡檢移動(dòng)端整體流程如圖3所示。

圖3 移動(dòng)端系統(tǒng)流程圖

流程概述如下：用戶根據(jù)賬號(hào)進(jìn)行的登陸，后臺(tái)對(duì)輸入的賬號(hào)密碼進(jìn)行判斷，正確則給予通過并進(jìn)入系統(tǒng)。用戶點(diǎn)擊“我的工作”進(jìn)入到工作列表，列表中顯示所有可操作的任務(wù)，如果沒有任務(wù)列表則為空，用戶點(diǎn)擊列表中顯示的任務(wù)可以進(jìn)入到該任務(wù)的詳情界面，此時(shí)可對(duì)任務(wù)進(jìn)行數(shù)據(jù)操作，完成后將操作數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫；用戶點(diǎn)擊“幫助”進(jìn)入到幫助功能列表，該列表中提供4種功能選項(xiàng)，分別是智能安全帽、無線門禁、知識(shí)中心、缺陷管理，用戶根據(jù)需要點(diǎn)擊相關(guān)的功能按鈕就可以進(jìn)行相應(yīng)的操作。

3 智能巡檢系統(tǒng)服務(wù)端功能設(shè)計(jì)

3.1 智能巡檢系統(tǒng)服務(wù)端功能

系統(tǒng)功能一共有十二個(gè)模塊，如圖4所示。服務(wù)端的功能模塊分別是計(jì)劃管理，設(shè)備巡視，設(shè)備維護(hù)，帶電檢測(cè)，倒閘操作，工作票管理，應(yīng)急處理，缺陷管理，數(shù)據(jù)管理，權(quán)限管理，系統(tǒng)設(shè)置和實(shí)時(shí)天氣。其中計(jì)劃管理作為系統(tǒng)流程的第一步發(fā)布任務(wù)。

圖4 變電站智能巡檢系統(tǒng)服務(wù)端功能圖

設(shè)備巡視、設(shè)備維護(hù)、帶電檢測(cè)和倒閘操作功能為記錄任務(wù)采集的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)管理、工作票管理和應(yīng)急處理模塊為對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管理。權(quán)限管理和系統(tǒng)設(shè)置模塊是對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

3.2 智能巡檢系統(tǒng)服務(wù)端系統(tǒng)模塊

首頁模塊分別有計(jì)劃管理，設(shè)備巡視，設(shè)備維護(hù)，帶電檢測(cè)，倒閘操作，工作票管理，應(yīng)急處理，缺陷管理，數(shù)據(jù)管理，權(quán)限管理和系統(tǒng)設(shè)置。其中計(jì)劃管理為發(fā)布任務(wù)，設(shè)備巡視，設(shè)備維護(hù)，帶電檢測(cè)和倒閘操作為記錄任務(wù)采集的數(shù)據(jù)。

缺陷管理模塊作用為記錄巡視任務(wù)中發(fā)現(xiàn)的設(shè)備缺陷，其中包含缺陷登記，缺陷審核，缺陷處理，缺陷驗(yàn)收，缺陷歷史五個(gè)子模塊。包括缺陷編號(hào)，發(fā)現(xiàn)日期，發(fā)現(xiàn)人，設(shè)備類型，消缺單位，缺陷性質(zhì)，缺陷內(nèi)容，是否匯報(bào)調(diào)度，是否已錄PMS，是否消缺，處理詳情，備注，審核內(nèi)容，審核狀態(tài)和操作這些字段。同樣，能對(duì)該表進(jìn)行增刪改查，在線瀏覽和下載xls操作。

數(shù)據(jù)管理模塊作用為對(duì)數(shù)據(jù)、設(shè)備、作業(yè)卡、變電站等信息進(jìn)行管理，其中包含視頻數(shù)據(jù)管理、設(shè)備信息、設(shè)備類型、電壓等級(jí)、變電站信息、設(shè)備間隔、巡檢表類別和巡檢記錄類型八個(gè)子模塊。

權(quán)限管理模塊作用為對(duì)用戶的權(quán)限分配，對(duì)用戶，部門和角色進(jìn)行管理。包括用戶管理、部門管理和角色管理三個(gè)子模塊。

系統(tǒng)設(shè)置模塊作用為記錄一些其他的數(shù)據(jù)。包括操作規(guī)程、巡視規(guī)程、設(shè)備描述、知識(shí)中心、實(shí)時(shí)天氣和藍(lán)牙開鎖六個(gè)子模塊。

4 系統(tǒng)部署使用

4.1 智能巡檢系統(tǒng)服務(wù)端使用流程

進(jìn)入任務(wù)發(fā)布模塊，點(diǎn)擊計(jì)劃管理，出現(xiàn)四個(gè)子菜單，然后點(diǎn)擊日計(jì)劃，出現(xiàn)日計(jì)劃任務(wù)的數(shù)據(jù)表。日計(jì)劃任務(wù)由任務(wù)類型、任務(wù)成員、開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、完成狀態(tài)和任務(wù)描述六個(gè)字段組成。日計(jì)劃任務(wù)上方有五個(gè)按鈕，點(diǎn)擊添加按鈕來發(fā)布新的日計(jì)劃任務(wù)，點(diǎn)擊后跳轉(zhuǎn)到任務(wù)發(fā)布界面，界面如圖5所示。

圖5 后臺(tái)任務(wù)發(fā)布

通過選擇變電站、任務(wù)類型、設(shè)備類型、組長以及組員來確定任務(wù)，其中組員可以多項(xiàng)選擇。選擇完畢后點(diǎn)擊提交按鈕即可，若想重新進(jìn)行選擇也可點(diǎn)擊重置按鈕。提交后，回到日計(jì)劃任務(wù)界面，在已有的任務(wù)下面新出現(xiàn)的任務(wù)即為剛發(fā)布的任務(wù)。此時(shí)移動(dòng)端也可收到發(fā)布的新任務(wù)。

4.2 變電站智能巡檢系統(tǒng)移動(dòng)端使用流程

開始工作后，系統(tǒng)從服務(wù)器獲取后臺(tái)創(chuàng)建的所有工作任務(wù)并通過列表顯示出來。任務(wù)列表里支持4種任務(wù)類型（全面巡視、運(yùn)維、帶電檢測(cè)和倒閘操作），點(diǎn)擊任務(wù)列表中具體的任務(wù)后，可以進(jìn)入該任務(wù)的詳細(xì)操作界面，任務(wù)操作界面如圖6所示。

圖6 全面巡視操作界面

填寫完所有數(shù)據(jù)記錄，點(diǎn)擊提交按鈕，該任務(wù)的所有數(shù)據(jù)便會(huì)提交至服務(wù)器，后臺(tái)系統(tǒng)將對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與展示。

5 結(jié)語

為確保電網(wǎng)能夠安全穩(wěn)定的運(yùn)行，依據(jù)變電站的相關(guān)規(guī)定，變電站工作人員必須進(jìn)行變電站電氣設(shè)備的定期檢查，已發(fā)現(xiàn)存在安全隱患的設(shè)備，并對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行記錄備份，作為日后設(shè)備維護(hù)的參考。傳統(tǒng)的巡檢流程已暴露出許多弊端，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使用電子設(shè)備記錄取代傳統(tǒng)紙質(zhì)記錄在諸多行業(yè)中已成為發(fā)展趨勢(shì)與潮流。本系統(tǒng)從實(shí)際需求出發(fā)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了整套巡檢流程。替代了紙質(zhì)記錄的原始方式，從巡檢任務(wù)的下發(fā)到任務(wù)的驗(yàn)收審核，都與傳統(tǒng)巡檢方式流程一致，并且可以提高工作人員和管理人員的效率，具有很高應(yīng)用價(jià)值。