關(guān)于高壓電氣設(shè)備帶電檢測信息化管理的研究

蔣大偉，趙 野，謝 倩，高 岳，牛 李

(遼寧東科電力有限公司，遼寧 沈陽 110179)

高壓電氣設(shè)備在電力系統(tǒng)中處于極其重要的地位，一旦發(fā)生故障，有可能導(dǎo)致大面積停電事故，給電力系統(tǒng)帶來難以估量的損失。電力設(shè)備帶電檢測技術(shù)已相對成熟，可以及時發(fā)現(xiàn)停電預(yù)防性試驗(yàn)難以發(fā)現(xiàn)的缺陷、隱患[1]，有助于了解設(shè)備的真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，從而為設(shè)備狀態(tài)評價提供必要依據(jù)，避免不必要的停電事故[2]。但由于儀器儀表種類較多，并且不同廠商的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、通信協(xié)議不統(tǒng)一，檢測結(jié)果一直未實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的信息化管理。目前檢測結(jié)果主要以圖片、電子報告、紙質(zhì)文件等方式保存，無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與業(yè)務(wù)融合，無法支撐大數(shù)據(jù)分析與故障研判工作，嚴(yán)重制約著電力設(shè)備檢測試驗(yàn)工作精益化管理[3]。隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)等的發(fā)展和向電力系統(tǒng)的融合，使電力設(shè)備帶電檢測信息化管理逐步向?qū)嵱没A段發(fā)展。

1 電氣設(shè)備帶電檢測現(xiàn)狀分析

1.1 標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)不規(guī)范

缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的流程設(shè)定、儀器選用、測點(diǎn)選擇，數(shù)據(jù)的顯著差異直接影響到數(shù)據(jù)間的縱比與橫比，可能影響檢測結(jié)果的判斷。

1.2 工作效率低

檢測儀器普遍不支持檢測圖像或數(shù)據(jù)的自動傳輸，需要先記錄檢測結(jié)果編號，再將存儲介質(zhì)中的數(shù)據(jù)導(dǎo)出進(jìn)行分析，編制檢測報告。后期工作往往占據(jù)了相當(dāng)?shù)娜肆εc時間，影響現(xiàn)場檢測質(zhì)量的提升。

1.3 技術(shù)監(jiān)督難

現(xiàn)場檢測需要大量的人員與時間，難以覆蓋整個工作面；報告檢查無法對檢測工作的質(zhì)量與進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時監(jiān)督與指導(dǎo)，缺乏時效性。

1.4 團(tuán)隊(duì)協(xié)作難

帶電檢測對檢測人員所需的專業(yè)知識深度與廣度均要求較高，需要熟悉設(shè)備結(jié)構(gòu)、設(shè)計、制造、運(yùn)行等方面知識，方可對現(xiàn)場異常進(jìn)行正確判斷。專業(yè)團(tuán)隊(duì)無法深入每個現(xiàn)場，因此需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程協(xié)作，協(xié)同診斷。

1.5 無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)貫通

檢測結(jié)果以紙質(zhì)文件提交，查詢、分析不方便，且無法實(shí)現(xiàn)與其他業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)貫通與融合，尤其不便于對設(shè)備狀態(tài)的大數(shù)據(jù)分析。

2 在線檢測智能運(yùn)檢平臺規(guī)程分析

為實(shí)現(xiàn)“堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)”和“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”，推動電網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)深度融合，解決電氣設(shè)備帶電檢測存在的諸多不足，在線檢測智能運(yùn)檢平臺主要具備以下特點(diǎn)。

a.應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)及無線通信技術(shù)，研究改進(jìn)帶電檢測終端，實(shí)現(xiàn)檢測數(shù)據(jù)自動上傳。

b.基于RFID識別和北斗定位技術(shù)，智能識別檢測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果、儀器型號、電力設(shè)備的自動關(guān)聯(lián)。

c.建設(shè)在線檢測平臺與國家電網(wǎng)有限公司(以下簡稱國網(wǎng)公司)PMS2.0系統(tǒng)深度融合，實(shí)現(xiàn)設(shè)備基礎(chǔ)臺賬、運(yùn)行狀態(tài)信息、歷史缺陷、歷史檢測結(jié)果在線獲取，輔助至支撐現(xiàn)場檢測工作。

d.研究終端智能分析數(shù)據(jù)模型及算法，實(shí)現(xiàn)智能終端輔助研判，自動登記缺陷，全面支撐現(xiàn)場檢測工作。

e.研究檢測報告自動生成模型算法，減少人工編制工作量，實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果的結(jié)構(gòu)化存儲。

f.現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)實(shí)時共享，全面支撐實(shí)時技術(shù)監(jiān)督及遠(yuǎn)方專家研判。

g.基于微服務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)各個廠商數(shù)據(jù)分析模型算法的嵌入。

h.研究數(shù)據(jù)加密及終端授權(quán)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對接入平臺儀器儀表的可控管理，保障平臺持續(xù)運(yùn)營。

3 在線檢測智能運(yùn)檢平臺系統(tǒng)設(shè)計

通過以上對在線檢測智能運(yùn)檢平臺規(guī)程分析，構(gòu)筑該平臺主要分為應(yīng)用架構(gòu)和技術(shù)架構(gòu)。綜合考慮民營企業(yè)和電力公司的應(yīng)用需求，統(tǒng)一設(shè)計。根據(jù)不同用戶需求，進(jìn)行模塊裁剪。實(shí)現(xiàn)儀器儀表臺賬管理、檢測報告自動生成、巡視檢測管理、遠(yuǎn)程診斷分析、實(shí)時技術(shù)監(jiān)督等功能[4]，如圖1所示。

圖1 在線檢測智能運(yùn)檢平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 在線檢測智能運(yùn)檢平臺應(yīng)用架構(gòu)

系統(tǒng)在應(yīng)用層面分為主站端(智能運(yùn)檢平臺)、移動端(智慧儀器APP)、感知端(智慧儀器儀表)三部分。

3.1.1 主站端(智能運(yùn)檢平臺)

智能運(yùn)檢平臺分為“檢測數(shù)據(jù)收集中心”、“基礎(chǔ)數(shù)據(jù)供應(yīng)中心”、“數(shù)據(jù)分析處理中心”三大中心，具體內(nèi)容如下。

檢測數(shù)據(jù)收集中心：提供標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口服務(wù)，支撐移動端各類數(shù)據(jù)通過安全接入平臺、移動應(yīng)用平臺實(shí)時寫入。

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)供應(yīng)中心：與門戶目錄集成，支撐移動端一體化登錄；與PMS2.0集成，提供設(shè)備臺賬、地理坐標(biāo)、設(shè)備狀態(tài)檢修、設(shè)備試驗(yàn)等各類數(shù)據(jù)訪問權(quán)限；制定計劃任務(wù)，支撐移動端業(yè)務(wù)應(yīng)用。

數(shù)據(jù)分析處理中心：應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)手段，對各類設(shè)備的檢測結(jié)果分析，結(jié)合設(shè)備歷史缺陷、歷史試驗(yàn)結(jié)果，形成新的狀態(tài)檢修建議[5]；遵循PMS2.0數(shù)據(jù)存儲規(guī)范，智能運(yùn)檢平臺缺陷信息、檢測記錄、試驗(yàn)記錄等數(shù)據(jù)可按需寫入PMS2.0，減少數(shù)據(jù)重復(fù)錄入的工作量。采用微服務(wù)的模式，支持各儀器儀表廠商數(shù)據(jù)分析算法的植入，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析邏輯的先進(jìn)性。

3.1.2 移動端(智慧儀器APP)

智慧儀器APP作為儀器儀表與主站的通信樞紐，彌補(bǔ)儀器儀表與主站端直接通信能力的不足，降低儀器儀表生產(chǎn)商的改動難度；提供豐富的數(shù)據(jù)存儲及計算邏輯，減少主站端的計算壓力同時彌補(bǔ)儀器儀表計算能力的不足。

統(tǒng)一通信規(guī)約：對各類業(yè)務(wù)廠家的儀器表制定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，支持USB、藍(lán)牙、WIFI等多種通信模式。

邊緣計算：內(nèi)置多種業(yè)務(wù)場景閾值，可自動預(yù)警；具備綜合分析能力，可自動調(diào)取主站端歷史數(shù)據(jù)，利用綜合分析模型算法輔助研判；基于GPS或北斗定位，自動識別附近的設(shè)備，便于檢測結(jié)果與設(shè)備自動關(guān)聯(lián)。

智慧儀器APP，可新建任務(wù)或接收主站端下發(fā)的任務(wù)，通過任務(wù)觸發(fā)相應(yīng)儀器儀表的功能，減少操作步驟。

3.1.3 感知端(智慧儀器儀表)

智慧儀器儀表主要實(shí)現(xiàn)檢測結(jié)果的在線上傳，開機(jī)狀態(tài)下支持APP端的任務(wù)喚醒。具備Android操作系統(tǒng)，滿足國網(wǎng)公司移動作業(yè)應(yīng)用要求的儀器儀表，可直接安裝智慧儀器APP。

3.2 在線檢測智能運(yùn)檢平臺技術(shù)架構(gòu)

技術(shù)架構(gòu)依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)分為平臺層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層，如圖2所示。

圖2 在線檢測智能運(yùn)檢平臺技術(shù)架構(gòu)

3.2.1 平臺層

通過融合海量的檢測試驗(yàn)儀器的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理、展示、分析和應(yīng)用，包括大數(shù)據(jù)分析處理、橫向業(yè)務(wù)融合、計劃編制與任務(wù)派發(fā)、統(tǒng)計分析與綜合展示。具有易用性、可擴(kuò)展性、安全性等多種特點(diǎn)，同時易與現(xiàn)有的國網(wǎng)公司PMS2.0系統(tǒng)融合。

3.2.2 網(wǎng)絡(luò)層

移動端與主站端通信基于4G無線網(wǎng)路，建立感知層和平臺層的數(shù)據(jù)流管控。儀器儀表與移動端通信可采用USB、藍(lán)牙、WIFI等多種通信模式。

3.2.3 感知層

感知層為各類儀器儀表，提供檢測原始數(shù)據(jù)。檢測試驗(yàn)儀器為現(xiàn)場已經(jīng)部署的各種智能化檢測試驗(yàn)儀器和后續(xù)規(guī)劃部署的檢測試驗(yàn)儀器，包括但不限于局放檢測儀、電纜探測儀、介損測試儀、交流耐壓試驗(yàn)儀等。例如傳統(tǒng)的電纜巡線方法費(fèi)時費(fèi)力，效率低下，僅能發(fā)現(xiàn)線路管道中存在的一些肉眼可見的安全隱患，而對判斷電纜的絕緣狀態(tài)無能為力。局部放電檢測作為一種帶電檢測手段可有效檢出電纜絕緣缺陷[6]。

實(shí)物標(biāo)簽可采用RFID電子標(biāo)簽，該種電子標(biāo)簽內(nèi)嵌鐵氧體屏蔽材料，可以防止金屬材料對于射頻信號發(fā)射和接收產(chǎn)生的干擾。

移動作業(yè)終端搭載智慧儀器APP，作為智能化檢測試驗(yàn)儀器與云平臺的通信樞紐，彌補(bǔ)儀器儀表與主站端直接通信能力的不足，降低儀器儀表生產(chǎn)商的改動難度；提供豐富的數(shù)據(jù)存儲及計算邏輯，彌補(bǔ)儀器儀表計算能力的不足，同時減少主站端的計算壓力。

主要的功能如下。

a.統(tǒng)一通信規(guī)約：制定標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)通信協(xié)議，支持USB、藍(lán)牙、WIFI等多種通信模式。

b.邊緣計算：內(nèi)置多種業(yè)務(wù)場景閾值，可自動預(yù)警。

c.部署檢測任務(wù)：可新建任務(wù)或接收主站端下發(fā)的任務(wù)，通過任務(wù)觸發(fā)相應(yīng)儀器儀表的功能，實(shí)現(xiàn)檢測試驗(yàn)的自動化、智能化。

4 在線檢測智能運(yùn)檢平臺效益與風(fēng)險分析

4.1 效益分析

智慧儀器儀表在線檢測平臺的建設(shè)，積極響應(yīng)了國網(wǎng)公司泛在電力物聯(lián)網(wǎng)重要戰(zhàn)略部署。在較大的儀器儀表市場需求背景下，統(tǒng)一市場標(biāo)準(zhǔn)，將引領(lǐng)各儀器儀表廠商技術(shù)創(chuàng)新，規(guī)范生產(chǎn)，提升效益；大幅度減少基層人員數(shù)據(jù)整理、報告編制的工作量，減少人力成本；數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化存儲，有效支撐后期數(shù)據(jù)共享及業(yè)務(wù)融合工作，支撐各類大數(shù)據(jù)分析業(yè)務(wù)的開展，提升該領(lǐng)域的精益化管理水平。

4.2 風(fēng)險分析

實(shí)施過程中遇到影響進(jìn)度的問題，及時和用戶溝通，變更計劃，提前制定好實(shí)施計劃與解決方案。作為軟件開發(fā)工程，需求變更所帶來的風(fēng)險是一個常見的主題，對于技術(shù)監(jiān)督管理系統(tǒng)這樣的大型軟件工程，需求變更的風(fēng)險控制尤其重要。部分網(wǎng)省公司PMS2.0系統(tǒng)為其他單位運(yùn)維，系統(tǒng)集成可能阻力較大，影響項(xiàng)目進(jìn)度。需提前做好溝通，必要時采取項(xiàng)目合作的模式。

5 結(jié)語

通過以上分析，智慧儀器儀表在線檢測智能運(yùn)檢平臺建設(shè)的專業(yè)條件、技術(shù)條件均已具備。該系統(tǒng)建立后，可以提前預(yù)測事故的發(fā)生，實(shí)時掌控一次設(shè)備的運(yùn)行情況，對于出現(xiàn)故障的設(shè)備及時進(jìn)行報警和切斷，有利于減少設(shè)備故障所帶來的損失，提高電網(wǎng)的運(yùn)行效率。并且可以建立一次設(shè)備故障信息的數(shù)據(jù)庫，再次出現(xiàn)類似的故障信息時，就可以自動識別出故障類型和位置，進(jìn)一步提高安全生產(chǎn)管理水平，確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，產(chǎn)生巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。