面向變電站二次電纜回路的智能標(biāo)簽應(yīng)用

王 清，潘曉明，武家勝，顧俊捷，宋 強(qiáng)

(1.國網(wǎng)蘇州供電公司，江蘇 蘇州 215000；2.南京五采智電電力科技有限公司，江蘇 南京 211106)

變電站電氣二次回路對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有著關(guān)鍵作用，二次回路通常分為信號、測量、控制及保護(hù)等類別[1]。當(dāng)電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中發(fā)生故障時，運(yùn)檢人員需要盡快排除故障，按照設(shè)計圖紙查找跳合閘、采樣等關(guān)鍵二次回路，再通過圖紙與實際接線的比對來核實連接關(guān)系，分析故障回路，確認(rèn)故障點(diǎn)。此種作業(yè)方式高度依賴運(yùn)檢人員的專業(yè)水平及經(jīng)驗，不利于故障的快速分析與排查[2-3]。

變電站二次電纜部分目前主要通過傳統(tǒng)懸掛或粘貼文字式標(biāo)識或標(biāo)牌來識別電纜走向的方式，僅表達(dá)了線纜起點(diǎn)、終點(diǎn)、編號等信息[4]，無法進(jìn)一步表達(dá)線纜所涉及的完整回路及所傳遞的信息，難以滿足智能運(yùn)維的需求，不便于現(xiàn)場調(diào)試、檢修等工作的開展，需要結(jié)合原理圖、端子排圖、電纜清冊等各類傳統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行查找分析[5-6]。因此，本文結(jié)合施工、調(diào)試、運(yùn)維等環(huán)節(jié)的應(yīng)用需求，在傳統(tǒng)電纜標(biāo)識或標(biāo)牌的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)的數(shù)字編碼技術(shù)手段，有效管理全站二次電纜信息，并實現(xiàn)基于二維碼技術(shù)的快速掃描可視化查詢，通過移動作業(yè)終端掃描或感應(yīng)的方式，快速獲取智能標(biāo)簽入口信息，展示電纜回路的同時，同步展示電纜中所傳遞的數(shù)據(jù)信息，有效提升二次調(diào)試、檢修的工作效率。

1 二維碼技術(shù)

二維碼是用某種特定的幾何圖形按一定規(guī)律在平面(二維方向)分布的、黑白相間的圖形記錄數(shù)據(jù)符號信息的技術(shù)。二維碼是數(shù)字對象唯一識別符(Digital Object Unique Identifier，簡稱DOI)的一種，在代碼編制上巧妙地利用構(gòu)成計算機(jī)內(nèi)部邏輯基礎(chǔ)的“0”、“1”比特流的概念，使用若干個與二進(jìn)制相對應(yīng)的幾何形體來表示文字?jǐn)?shù)值信息，通過圖象輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動識讀以實現(xiàn)信息自動處理。同時還具有對不同行的信息自動識別功能，以及處理圖形旋轉(zhuǎn)變化等特點(diǎn)[7-10]。

二維碼是在平面(二維方向)上按照一定規(guī)律通過顯示黑白相間的圖形來記錄數(shù)據(jù)信息的媒介，可以被圖象輸入設(shè)備或光電掃描設(shè)備自動識讀以實現(xiàn)信息自動處理。相對一維碼來說，二維碼的主要優(yōu)點(diǎn)如下。

(1)高密度編碼，信息容量大，可容納多達(dá)1 850個大寫字母或2 710個數(shù)字或1 108個字節(jié)，或500多個漢字。

(2)編碼范圍廣，可以把圖片、聲音、文字、簽字、指紋等可以數(shù)字化的信息進(jìn)行編碼。

(3)容錯能力強(qiáng)，具有糾錯功能，即使局部損壞的二維碼也可以正確得到識讀。

(4)譯碼可靠性高，二維碼的誤碼率不超過千萬分之一。

(5)可引入加密措施，使得條碼信息具有很好的保密性和防偽性。

利用二維碼信息容量大、編碼范圍廣的特點(diǎn)，可將電纜基本參數(shù)信息、起始點(diǎn)位置、端子排連接信息、傳遞信息等常見內(nèi)容與可視化軟件的接口信息進(jìn)行統(tǒng)一的編碼處理，并以二維碼標(biāo)簽的形式進(jìn)行展示，生成的電纜二維碼標(biāo)簽吊牌的格式如圖1所示。

圖1 電纜二維碼標(biāo)簽吊牌格式圖

二維碼內(nèi)可視化軟件接口信息可按如下格式進(jìn)行定義，實現(xiàn)二維碼標(biāo)識入口的唯一性：電網(wǎng)地區(qū)簡稱/地區(qū)簡稱/變電站電壓等級編號/變電站簡稱/電纜編號/本端屏柜編號。

二維碼內(nèi)電纜信息內(nèi)容與可視化軟件接口信息統(tǒng)一編碼，以實現(xiàn)電纜信息的便捷查詢。

2 電纜回路快速建模

2.1 電纜回路模型定義

變電站物理回路SPCD文件描繪了二次對象的物理層級關(guān)系及光纖連接關(guān)系，是二次物理回路圖形可視化實現(xiàn)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。

面向電纜端子接線的圖形可視化及傳遞信息展示，可基于SPCD層次結(jié)構(gòu)，對端子排及電纜分別進(jìn)行模型的擴(kuò)展定義。面向端子排，按照Unit(二次對象)元素格式進(jìn)行定義；面向電纜，按照Cable(線纜)元素格式進(jìn)行定義。

2.2 電纜回路快速建模

變電站電纜智能標(biāo)簽的高效應(yīng)用依賴于全站電纜回路信息的數(shù)字化，但將設(shè)計移交的圖紙、清冊等資料人工轉(zhuǎn)換為數(shù)字化產(chǎn)物的過程，勢必工作量巨大，不利于電纜回路信息的快速搭建。同時，設(shè)計移交的電纜接線表通常為EXCEL格式，清晰地表達(dá)了全站所用電纜及其相關(guān)連接信息，因此，本文考慮了基于設(shè)計移交的電纜接線表，實現(xiàn)電纜信息及纜芯連接關(guān)系的快速創(chuàng)建，整體流程如圖2所示。

圖2 電纜回路數(shù)字化建模流程

面向電纜回路的數(shù)字化建模主要分為兩大部分：第一部分面向全站構(gòu)建變電站、小室、屏柜、端子排等數(shù)字化模型的層級結(jié)構(gòu)，并按照設(shè)計圖紙定義各層級對象的編號、描述等關(guān)鍵物理屬性；第二部分基于電纜接線表，通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)對電纜接線表內(nèi)容的解析及提取分類，實現(xiàn)電纜的自動快速創(chuàng)建，并基于各層級對象設(shè)計的實例編號的唯一性，實現(xiàn)所提取的連接關(guān)系對象與數(shù)字化模型內(nèi)對象的快速匹配，最終實現(xiàn)纜芯連接關(guān)系及回路信息的創(chuàng)建。

常見電纜接線表可以完整地表達(dá)了電纜編號、電纜型號、起點(diǎn)屏柜、終點(diǎn)屏柜、端子接線及回路信息。

為實現(xiàn)基于電纜接線表解析內(nèi)容快速創(chuàng)建數(shù)字化文件內(nèi)電纜回路信息，本文依據(jù)電纜回路模型定義及電纜接線表內(nèi)容，需對兩者進(jìn)行關(guān)聯(lián)映射，解析及映射流程如圖3所示。

圖3 數(shù)字化模型屬性關(guān)系映射圖

3 電纜回路可視化

面向快速且準(zhǔn)確的可視化展示二次電纜回路信息，通過基于二次電纜回路的數(shù)字化快速建模及智能標(biāo)簽信息識別、提取、展示的架構(gòu)來實現(xiàn)，如圖4所示。

圖4 二次電纜回路智能標(biāo)簽軟件架構(gòu)

電纜回路可視化整體實現(xiàn)步驟如下。

(1)通過二次電纜回路配置工具，實現(xiàn)對全站電纜回路接線信息的快速建模，并生成SPCD及標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫。

(2)通過二維碼生成模塊，基于生成的標(biāo)簽數(shù)據(jù)庫，按照既定的二維碼存儲信息格式，生成相應(yīng)二維碼，最終將電纜基本信息內(nèi)容及生成的二維碼，同步打印到標(biāo)簽，形成實例化的智能標(biāo)簽。

(3)基于移動作業(yè)終端，可通過高精度二維碼掃描頭，對智能標(biāo)簽的二維碼進(jìn)行快速掃描，解析二維碼既定信息并直接展示。

(4)通過解析二維碼，獲取可視化接口信息，與解析的SPCD數(shù)據(jù)進(jìn)行快速匹配，直接定位該智能標(biāo)簽二維碼信息所屬電纜的可視化展示界面，對其電纜回路進(jìn)行圖形可視化展示。

4 結(jié)語

針對變電站二次回路運(yùn)檢作業(yè)中存在的問題，本文提出了面向二次電纜回路的智能標(biāo)簽應(yīng)用，基于對二次電纜回路的數(shù)字化建模，將二次電纜回路信息完成由設(shè)計成果到數(shù)字化模型的快速轉(zhuǎn)變，同時通過對二維碼所包含的電纜信息進(jìn)行軟件接口及標(biāo)準(zhǔn)格式定義，最終實現(xiàn)基于移動作業(yè)終端掃描感應(yīng)目標(biāo)電纜智能標(biāo)簽，與二次電纜回路數(shù)字化模型的匹配，快速定位目標(biāo)電纜回路信息的可視化界面并進(jìn)行展示。通過這些方式能有效提升變電二次運(yùn)檢過程中對二次回路的分析判斷效率。