基于移動作業(yè)的變電智能運檢裝置設(shè)計與應(yīng)用

許曉路，程 林，周正欽，韓 劍，李夢齊，陳 佳

(國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，湖北武漢 430074)

0 引言

國網(wǎng)公司2017年開始全面推進(jìn)變電運檢“五通一措”(驗收、運維、檢測、評價、檢修通用管理規(guī)定和反事故措施)實施，實現(xiàn)了變電運檢全網(wǎng)、全過程、全方位管理標(biāo)準(zhǔn)化，是未來運檢的核心標(biāo)準(zhǔn)。但是此規(guī)定在電子化和移動應(yīng)用方面仍為空白，需要結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)落地[1]。

伴隨信息通信新技術(shù)在運檢領(lǐng)域的逐步應(yīng)用和開展，現(xiàn)場運維智能化、移動化、小型化是必然趨勢。本文通過研究基于移動作業(yè)的變電智能運檢裝置，利用RFID、NFC、高清攝像、定位導(dǎo)航、PTT等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，內(nèi)置紅外熱像、紅外測溫、測高、測距等運檢常用工器具；建立無線自主網(wǎng)，外聯(lián)專業(yè)運維檢修裝置(局放檢測儀、油中溶解氣體測試儀、站內(nèi)機器人等[2-7])和內(nèi)網(wǎng)管理輔助平臺，實現(xiàn)變電站運行數(shù)據(jù)的實時接入和運行狀態(tài)預(yù)警，自動生成巡視和檢修報告，有效降低站點運檢人員工作量，大幅提升運檢效率和故障檢出率，全面支撐設(shè)備運行維護(hù)和狀態(tài)檢修。

1 裝置整體方案設(shè)計

變電智能運檢裝置根據(jù)電力智能運檢需求定制，包含硬件終端和移動APP部分，用于支撐運檢人員現(xiàn)場完成巡視檢修業(yè)務(wù)電子化、變電數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，變電設(shè)備狀態(tài)評價等功能。智能運檢裝置內(nèi)置安全芯片/TF卡，與省市公司安全接入平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)加密與身份認(rèn)證，實現(xiàn)與內(nèi)網(wǎng)管理平臺數(shù)據(jù)交互和管理控制[8]，整體框架如圖1所示。

圖1 變電設(shè)備現(xiàn)場作業(yè)平臺總體架構(gòu)

2 裝置硬件設(shè)計

裝置硬件基于IP67工業(yè)級等級進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，硬件模塊基于低功耗設(shè)計要求。硬件系統(tǒng)基于安卓系統(tǒng)架構(gòu)，采用聯(lián)發(fā)科最新8核高性能處理器[9]。硬件產(chǎn)品架構(gòu)如圖2、圖3所示。

圖2 裝置硬件設(shè)計

圖3 裝置硬件功能布置

其中核心硬件集成及功能設(shè)計如下：

(1)無線自組網(wǎng)通訊功能(近場Wifi/BT一體通訊模塊、遠(yuǎn)端4G專網(wǎng)/公網(wǎng)全網(wǎng)通通訊模塊)，含交換路由功能。4G專網(wǎng)與公網(wǎng)一鍵切換軟按鍵設(shè)計。

(2)DMO脫網(wǎng)直通PTT功能，軟調(diào)頻功能，支持5 km范圍的語音數(shù)字對講(硬對講)。

(3)集成北斗/GPS模塊，實現(xiàn)雙模精確定位授時校時功能，可支持雙頻衛(wèi)星數(shù)據(jù)接收，支持RTCM3.0以上格式的差分改正，區(qū)域精度最高可達(dá)到亞米級；時間同步精度0.1 s。

(4)集成紅外及可見光雙光融合熱成像測溫裝置，局部細(xì)節(jié)點測溫精度優(yōu)于2 ℃，有效測量距離10 m左右。

(5)可見光為1 300萬像數(shù)快速精確自動對焦攝像模組，低照度成像，含電子視頻防抖功能。

(6)可見光攝像模組采用定焦相機，可以進(jìn)行相機檢校，獲得相機的內(nèi)方位元素(相機的焦距、相機主點位置)在畸變矯正后的影像上支持影像分割、特征匹配、目標(biāo)識別、位置量測等功能，從而確保智能化終端支持可量測影像系統(tǒng)。同時支持二微碼讀取掃描功能。

(7)集成NFC掃描儀，實現(xiàn)近距離工卡身份識別功能。

(8)集成UHF RFID識別模塊，實現(xiàn)超高頻遠(yuǎn)距離RFID讀取無源電子標(biāo)簽功能，三段式撥碼切換工作模式。

(9)可根據(jù)需求選擇內(nèi)置安全芯片或插入安全TF卡安全加密功能。

(10)主要功能鍵為實體鍵，一鍵操作按鍵設(shè)計。如一鍵通話PTT、一鍵視頻拍照、一鍵錄音取證、一鍵呼叫求救、一鍵資料上傳。

(11)基于MTK高性能八核處理平臺：MT6753 Cortex A53 8核1.5 GHz處理器。

(12)GPU:Mali-T720。開放平臺，提供軟硬件二次開發(fā)接口。

(13)操作系統(tǒng)：Android 7.x，可基于智能操作系統(tǒng)開發(fā)符合行業(yè)特點的海量應(yīng)用。

3 平臺移動終端軟件設(shè)計

移動APP融合RFID、NFC、紅外、北斗、照相等硬件API，遵循國網(wǎng)智能運檢“五通一措”規(guī)范，實時接收內(nèi)網(wǎng)管理輔助平臺下達(dá)的運檢任務(wù)，運維班組接收到任務(wù)后就可以按照預(yù)定義的規(guī)范作業(yè)流程和標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)卡開展現(xiàn)場作業(yè)。當(dāng)遇到問題時，使用裝置內(nèi)置知識庫，查詢?nèi)毕莘诸?、典型案例、設(shè)備臺賬或各類技術(shù)規(guī)范。裝置發(fā)布無線自主網(wǎng)，移動APP能夠?qū)崟r與內(nèi)網(wǎng)管理平臺保持?jǐn)?shù)據(jù)通信，及時反饋現(xiàn)場記錄的各項參數(shù)和采集的素材，發(fā)揮多團隊資源，協(xié)同作業(yè)解決現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的疑難問題。同時，移動終端支持局放、油色譜等多種類型檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)接入擴展，與檢測設(shè)備通訊，極大降低了后期數(shù)據(jù)導(dǎo)出、數(shù)據(jù)整理的工作量[10-12]。移動APP功能架構(gòu)如圖4所示。

圖4 移動APP功能架構(gòu)圖

4 應(yīng)用案例分析

本裝置在浙江電力公司試點，以應(yīng)用功能“設(shè)備檢測—帶電檢測”為例，構(gòu)建貫穿帶電檢測工作全過程體系，實現(xiàn)帶電檢測任務(wù)全生命周期管理。帶電檢測計劃制定，經(jīng)過任務(wù)的指派、任務(wù)的拆分、現(xiàn)場帶電作業(yè)的執(zhí)行、過程中的交流與反饋、后續(xù)的數(shù)據(jù)整理與分析，直到最終的任務(wù)審核與關(guān)閉，變電智能運檢裝置和內(nèi)網(wǎng)管理平臺有機聯(lián)系，相互支持，將現(xiàn)場作業(yè)與評價中心的專家團隊緊密整合，將帶電檢測作業(yè)各環(huán)節(jié)的產(chǎn)物有序、規(guī)范的組織，提升了帶電檢測管理的規(guī)范性和工作效率，帶電檢測全流程管控如圖5所示。

圖5 帶電檢測全流程管控

內(nèi)網(wǎng)輔助管理平臺根據(jù)需求下達(dá)作業(yè)任務(wù)，作業(yè)管理人員應(yīng)用變電智能運檢裝置下載任務(wù)計劃，并進(jìn)行任務(wù)指派。作業(yè)人員攜帶智能運檢裝置，局部放電檢測儀、油中溶解氣體分析儀等專業(yè)檢測設(shè)備、配套工器具等前往變電站，現(xiàn)場通過裝置構(gòu)建無線自主網(wǎng)，實現(xiàn)專業(yè)檢測設(shè)備、智能運檢裝置和內(nèi)網(wǎng)管理平臺互通。根據(jù)工單/任務(wù)單按工作流程進(jìn)行帶電檢測各項作業(yè)，移動APP任務(wù)下載及流程控制界面如圖6所示。

(a)任務(wù)下載

(b)流程管理

作業(yè)人員根據(jù)移動APP流程控制，逐項依規(guī)進(jìn)行檢測準(zhǔn)備、技術(shù)交底、安全措施控制、標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)卡、現(xiàn)場檢測等作業(yè)，并記錄在案。其中，可使用裝置自持紅外測溫及成像、攜帶局放測量、油中溶解氣體分析儀器進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)自動上傳，如圖7所示。

(a)檢測準(zhǔn)備

(b)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)卡

通過智能運檢終端的使用，提高帶電檢測精細(xì)化管理水平，能夠從帶電檢測工作各環(huán)節(jié)收集大量的數(shù)據(jù)，并且對帶電檢測任務(wù)的規(guī)范性、時效性、完整性等方面給出客觀的評價。另一方面，也有利于輔助管理層及時調(diào)整帶電檢測計劃和方向，優(yōu)化團隊資源，全面提升帶電檢測精細(xì)化管理水平。

5 結(jié)束語

本文從電力行業(yè)實際需求出發(fā)，裝置集成了紅外成像、紅外測溫、高清拍照、高清視頻、手機、對講機、智能終端、定位導(dǎo)航、條碼掃描、無線通信、數(shù)據(jù)處理交互、報告編輯等核心功能，以變電專業(yè)“五通一措”為流程主線，具有便攜、可靠、安全等特點，實現(xiàn)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)規(guī)范化搜集、現(xiàn)場作業(yè)規(guī)范化指導(dǎo)、設(shè)備狀態(tài)多維實時分析，一鍵數(shù)據(jù)上傳，現(xiàn)場側(cè)和中心側(cè)的數(shù)據(jù)和分析算法互享，實現(xiàn)作業(yè)數(shù)據(jù)移動化、信息流轉(zhuǎn)自動化，顯著提升運檢作業(yè)現(xiàn)場管理穿透力。本裝置通過變電功能應(yīng)用，可拓展應(yīng)用于物質(zhì)采購、基建、輸電、配電、發(fā)電、調(diào)度各環(huán)節(jié)，為電網(wǎng)現(xiàn)場作業(yè)提供高效、可靠、安全的業(yè)務(wù)支持。