基于RFID的電力設(shè)備全自動電子臺賬管理方案

劉海艷，劉鵬程

(1.南京理工大學紫金學院，江蘇 南京 210026；2.山西振中電力股份有限公司，山西 太原 030024)

0 引言

目前，變電站內(nèi)電力設(shè)備形式較多，地點分散，從招標、采購、測試、運行及維護整個全壽命周期過程會產(chǎn)生海量運行數(shù)據(jù)，這些運行數(shù)據(jù)需要大量的統(tǒng)計分析計算和處理。當設(shè)備出現(xiàn)變化的時候，必須及時將設(shè)備信息進入臺帳進行更新，否則會造成設(shè)備臺帳與實物的信息不一致，對設(shè)備運行可靠性產(chǎn)生一定影響。

目前，針對電力設(shè)備臺賬管理的研究主要在系統(tǒng)設(shè)計方面，文獻[1]基于射頻識別(radio frequency identification，RFID)技術(shù)對電力設(shè)備分布式臺賬云管理進行了研究；文獻[2]研究了臺帳數(shù)據(jù)高級核查處理技術(shù)；文獻[3]對基于大數(shù)據(jù)的電力信息設(shè)備臺賬準確度提升進行了研究；文獻[4]提出了基于物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)的電網(wǎng)資產(chǎn)精益化管理方案；文獻[5]設(shè)計了基于PMS平臺的輸變電設(shè)備臺賬系統(tǒng)；文獻[6]提出了基于無線射頻識別的電力設(shè)備全壽命周期管理方案；文獻[7]說明了二維碼技術(shù)在電力二次設(shè)備中應(yīng)用；文獻[8]建立了基于狀態(tài)檢修的保護設(shè)備臺賬管理模型。

本文針對電力設(shè)備電子臺帳管理提出了解決方案。利用無線射頻識別模塊提升電力設(shè)備讀取、識別和管理的能力，設(shè)計了電力設(shè)備臺帳管理系統(tǒng)，能夠通過相應(yīng)的射頻芯片實現(xiàn)電力設(shè)備臺帳管理，從全生命周期角度提高管理效率和管理質(zhì)量。

1 電力設(shè)備電子臺賬管理現(xiàn)狀

電力設(shè)備臺帳是電網(wǎng)設(shè)備管理中的一項重要記錄手段，能將所有設(shè)備的參數(shù)、運行記錄等數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)信息通過臺帳進行查詢、修改和編輯。電力設(shè)備臺帳是電力全壽命周期的一項重要體現(xiàn)，關(guān)系到電力規(guī)劃、生產(chǎn)、運營及服務(wù)全流程的業(yè)務(wù)，所以做好臺帳管理十分重要。目前，主要使用的仍然是傳統(tǒng)的存儲服務(wù)器，對變電站、輸電線路和配電地區(qū)等信息設(shè)備，都要通過人工錄入的方式，在后臺將設(shè)備信息進行檢入，需要大量的時間和人工成本，同時由于現(xiàn)在數(shù)據(jù)越來越豐富，傳統(tǒng)的服務(wù)器的性能不能夠支撐現(xiàn)在大數(shù)據(jù)背景下的臺帳信息的實時查詢和調(diào)閱，因此給電力運行和維護帶來了一定困難。隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)的大力發(fā)展，電力設(shè)備臺帳管理也應(yīng)做出一定改進和提升。

設(shè)備臺帳信息的完善需要設(shè)備運行狀態(tài)實時更新，臺帳信息的建立和運行維護對于設(shè)備狀態(tài)信息更新、檢修體系維護都極其重要。通過所記錄的設(shè)備狀態(tài)基本信息數(shù)據(jù)，將設(shè)備的靜態(tài)數(shù)據(jù)信息、動態(tài)數(shù)據(jù)信息通過云平臺進行合理存儲，將設(shè)備臺帳信息不斷更新完善，形成綜合利用效果，從而為之后設(shè)備的運行檢修等行為的數(shù)據(jù)提供相應(yīng)的基礎(chǔ)。

同時，設(shè)備臺帳信息的維護需要由工作人員根據(jù)設(shè)備狀況，及時填寫設(shè)備臺帳，并且需要反復校驗和審核，確保填寫的資料和數(shù)據(jù)準確無誤，從而大大加重了人工難度。對于人工輸入的高度依賴性，大大降低了信息更新的及時性和可靠性，浪費了人力物力，也可能會造成輸入錯誤等。

目前，電網(wǎng)形成了統(tǒng)一的臺帳管理系統(tǒng)(PMS)，該系統(tǒng)在查詢資料的直觀性和統(tǒng)一性上有很大提升。PMS系統(tǒng)對于電力設(shè)備的集約化、規(guī)范化和精細化管理有著重要作用，但是在設(shè)備信息進行上傳時，仍然存在不同的信息差異。在PMS系統(tǒng)進行錄入時，需要進行任務(wù)建立、設(shè)備關(guān)系查找、工種類別修改、條目保存與提交任務(wù)等，在一定程度上流程較為煩瑣，功能受到一定限制，效率仍然較低。另外，對設(shè)備臺帳資料進行修改時，主要是對新設(shè)備的臺帳錄入以及對已有設(shè)備臺帳資料的更新，在這2種情況下，如果進行傳統(tǒng)的人工輸入，需要通過鼠標、鍵盤和人工校核等方式進行輸入，增加了人工錄入的勞動強度。因此，開發(fā)電力設(shè)備臺賬自動管理方案十分必要。

2 RFID在電力設(shè)備管理中的應(yīng)用

無線射頻識別是一種無線通信技術(shù)，能夠以非接觸的方式自動識別目標對象并獲取目標對象的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，通過無接觸的方式，實現(xiàn)對對象的識別和信息的傳達。射頻識別具有較高的使用壽命，對工作環(huán)境要求不高，能嵌入或附著在不同類型的設(shè)備上，可以實現(xiàn)同時讀取的功能，并且可以在一定距離內(nèi)進行讀取，這對于變電站內(nèi)運維檢修人員的操作十分便利。在電力設(shè)備全壽命周期管控過程中， RFID技術(shù)可以大大減少人工巡檢的不確定性以及可靠性低等問題，實現(xiàn)對電力設(shè)備、移動設(shè)備的識別，同時還可以保證抗電磁干擾等特性。通過射頻識別，可以實時掌控電力設(shè)備的狀態(tài)、實現(xiàn)對電力設(shè)備狀態(tài)的動態(tài)查詢。

RFID技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對電力設(shè)備信息的標簽化采集和管理，將掃描得到的條形碼信息上傳至云平臺，利用手持終端、移動設(shè)備等對電力標簽進行采集和識別，可以很容易地查詢電力設(shè)備從生產(chǎn)、實驗、運行和檢修等狀態(tài)的信息查詢，并且根據(jù)電力檢修人員的權(quán)限進行設(shè)備信息的完善和編輯，能夠?qū)崿F(xiàn)電力設(shè)備狀態(tài)信息的實時編輯和與云平臺信息同步操作的功能。

利用移動射頻技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建電力設(shè)備智能臺帳信息管理平臺，采用集中管理、分布式運維的模式，可以實現(xiàn)運行檢修人員與電力設(shè)備的信息交互，實現(xiàn)設(shè)備臺帳的移動作業(yè)和實時更新，能夠有效加強信息的管理，規(guī)范運行檢修人員數(shù)據(jù)操作，降低設(shè)備的數(shù)據(jù)缺陷，為檢修運行提供有力數(shù)據(jù)庫。

讀寫器是利用無線射頻識別技術(shù)進行標簽數(shù)據(jù)的捕捉和處理的裝置，其首要功能是激活標簽。對于被動標簽和半主動標簽，讀寫器在讀寫范圍內(nèi)的標簽可以提供相應(yīng)的能量激活操作。RFID讀取流程如圖1所示。電子標簽信息閱讀步驟如下：

圖1 RFID工作原理

a.移動終端根據(jù)信息交互應(yīng)用程序?qū)⑴_帳信息運維業(yè)務(wù)需要的數(shù)據(jù)由電子標簽信息進行獲取。

b.信息閱讀器發(fā)送指令信號，經(jīng)過射頻編碼加載在載波信號上，通過天線發(fā)射該射頻信號。

c.電子標簽受到信號區(qū)域的射頻電流，電子標簽數(shù)據(jù)激活，讀取數(shù)據(jù)。

d.電子標簽的數(shù)據(jù)處理模塊獲得存儲區(qū)的臺帳信息編碼，加密后將該信息加載至載波信號上，通過射頻天線發(fā)送該信號。

e.移動終端設(shè)備接收天線發(fā)來的電子標簽和載波信號，通過信息閱讀器對該信號進行解密，讀取信號內(nèi)的信息。

f.信息交互應(yīng)用程序獲取臺帳信息編碼，根據(jù)邏輯運算判斷該信息的合規(guī)性，針對不同的臺帳信息存儲要求對信息進行分類存儲，最終實現(xiàn)臺帳信息的讀取和處理。

3 基于RFID的電力設(shè)備臺賬管理系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)構(gòu)架

基于RFID的電力設(shè)備臺賬管理系統(tǒng)的構(gòu)架如圖2所示?；跓o線射頻的電力設(shè)備全自動電子臺帳管理構(gòu)架主要包括感知層、信息處理層和應(yīng)用層。在感知層，無線射頻標簽布置于各主要電力設(shè)備，進行讀寫器掃描條碼和數(shù)據(jù)。利用布置的無線射頻讀寫器以及相應(yīng)的射頻天線單元，與定制的無線射頻標簽信息存儲規(guī)范相結(jié)合，通過不同設(shè)備類型的數(shù)據(jù)格式校驗，確保標簽讀取數(shù)據(jù)的合理性和通用性。在感知層，標簽安裝的位置有利于讀寫器進行采集數(shù)據(jù)，方便運維檢修人員進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

圖2 系統(tǒng)構(gòu)架

移動終端利用射頻識別技術(shù)讀取設(shè)備的基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)，將該信息通過無線網(wǎng)絡(luò)接入至相應(yīng)的云平臺，通過平臺的功能將數(shù)據(jù)存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。為確保設(shè)備臺帳信息的安全性，在進入云平臺之前，需要對數(shù)據(jù)進行加密處理，確保數(shù)據(jù)的安全接入。信息安全接入云平臺由安全接入系統(tǒng)、安全終端和安全傳輸通道組成，采用數(shù)字加密、數(shù)據(jù)間隔交換、實時安全監(jiān)測與數(shù)據(jù)安全檢查等功能，確保掃描得到的數(shù)據(jù)安全可靠地上傳至云平臺，實現(xiàn)不同區(qū)域內(nèi)的電力設(shè)備臺帳信息數(shù)據(jù)實時共享、實時存儲。

電力設(shè)備臺帳信息傳輸至云平臺后，數(shù)據(jù)服務(wù)器根據(jù)采集數(shù)據(jù)的類型、地點、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及環(huán)境條件等因素進行綜合分析，為數(shù)據(jù)進一步可視化展示奠定相應(yīng)的基礎(chǔ)。由于云平臺具有對數(shù)據(jù)進行大量采集、實時處理的能力，因此將變電站內(nèi)所有設(shè)備的臺帳信息統(tǒng)一集中至云平臺，形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。同時利用無線射頻識別技術(shù)，對臺帳信息數(shù)據(jù)進行實時更新，方便臺帳信息的統(tǒng)一維護和管理，與相應(yīng)的繼電保護、設(shè)備檢修系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)對接。

3.2 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)硬件

系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)包括通信模塊、處理器模塊、無線模塊、RFID模塊和顯示模塊等。為了保證射頻識別在電力設(shè)備信息讀取過程中的效率和質(zhì)量，在射頻芯片選取時應(yīng)當注意靈敏度、功率調(diào)節(jié)等方面的性能。表1給出了部分芯片的性能對比。

表1 射頻芯片對比表

由表1可知，AS3992能夠支持較多協(xié)議類型，并且靈敏度、功率調(diào)節(jié)范圍均滿足設(shè)備檢測要求，故選用AS3992射頻芯片實現(xiàn)本文的模塊功能。

3.3 系統(tǒng)功能

由于RFID標簽是一種電子化標簽，通過數(shù)據(jù)掃描可以獲得大量的有關(guān)設(shè)備狀態(tài)的信息，因此，映射到云平臺之后的信息將更加豐富。通過簡易的方式增加了數(shù)據(jù)的有效性，并且能夠根據(jù)權(quán)限確定相應(yīng)的數(shù)據(jù)瀏覽方式，豐富了臺帳信息的內(nèi)容。

電子標簽能夠在實際應(yīng)用中較為豐富地擴展相應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，包括圖紙設(shè)計信息、廠家功能說明和主管部門信息等。由于電子化標簽可以同時為多個部門使用，因此可以實現(xiàn)臺帳信息的一致性，避免由于傳統(tǒng)手段造成的設(shè)備信息相互交叉重疊、信息缺失等現(xiàn)象。另外，通過手持終端就可以方便地查詢設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，符合了運維人員的工作習慣。

利用無線射頻識別技術(shù)，可以實現(xiàn)臺帳信息的就地讀寫，當對設(shè)備完成相應(yīng)的試驗、消缺等工作，就可以就地對設(shè)備臺帳信息進行更新和修改，保障了臺帳信息更新的及時性和可溯源性。

利用無線射頻識別技術(shù)管理臺帳信息，還可以與現(xiàn)階段較為成熟的云計算和云存儲技術(shù)相融合。由于云存儲具有較強的數(shù)據(jù)存儲能力和數(shù)據(jù)容錯能力，因此，可以增加云存儲環(huán)境的數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定性，減少電力用戶安裝設(shè)備后需要不斷查詢數(shù)據(jù)而造成的對服務(wù)器的沖擊。系統(tǒng)功能示意如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

本文的設(shè)計能夠有效減少運行人員在設(shè)備臺帳更新時的工作量以及錄入信息的時間；并且能夠盡可能地簡便信息錄入流程，提升PMS系統(tǒng)終端的利用效率；還能夠在一定程度上排除人工錄入數(shù)據(jù)時所可能出現(xiàn)的失誤，提高臺帳錄入的效率，提升臺帳信息的可靠性和數(shù)據(jù)的準確性，為進一步的數(shù)據(jù)分析和處理奠定一定基礎(chǔ)。

3.4 實驗分析

本文搭建如圖5所示的RFID電力設(shè)備管理模塊，進行仿真測試。

圖5 仿真模塊

其中，液晶顯示模塊用于顯示設(shè)備臺賬多種信息，RFID射頻芯片用于處理掃描終端對設(shè)備信息的掃描結(jié)果，通過射頻天線實現(xiàn)信息上傳。

選擇某220 kV變電站，進行臺賬管理，得到信息如圖6所示。

圖6 RFID設(shè)備信息識別

從圖6可以看出，RFID能夠?qū)⒅髯儔浩?、母線以及母線開關(guān)等設(shè)備的編號信息進行掃描登記，形成較為完整側(cè)信息索引，實現(xiàn)自動信息標簽管理和編輯。

4 電力設(shè)備全生命周期管理

利用無線射頻技術(shù)、實時臺帳更新可以實現(xiàn)電力設(shè)備的全壽命周期管理。一般情況下，電力設(shè)備上會貼有RFID電子標簽。該標簽會具有相應(yīng)的設(shè)備參數(shù)，包括設(shè)備廠商、規(guī)格型號、設(shè)備名稱、投運時間、投運地點和管理部門等。這類信息在設(shè)備采購、使用、運營、維修和退役等各階段均有效，可以實現(xiàn)對設(shè)備的智能化監(jiān)控，實現(xiàn)電力設(shè)備數(shù)據(jù)的完整性。

在設(shè)備招標采購階段，設(shè)備應(yīng)該在招標合同規(guī)定的范圍內(nèi)，將重要信息以電子標簽的形式粘貼于設(shè)備本身，從源頭上保障全壽命周期的目標實現(xiàn)。電子標簽應(yīng)當完成對相應(yīng)設(shè)備的信息寫入，設(shè)備出庫時，將移庫單信息下載到相應(yīng)讀寫器終端，利用批量掃描技術(shù)，完成對設(shè)備信息的出廠統(tǒng)計。

在規(guī)劃和設(shè)備運行過程中，設(shè)備進行投產(chǎn)，應(yīng)當確認信息之后，將設(shè)備分類存放，通過查詢設(shè)備的電子標簽，可以確定現(xiàn)場實物與臺帳資產(chǎn)的對應(yīng)關(guān)系，保障實時更新資產(chǎn)信息，進一步完善設(shè)備運行、投入現(xiàn)狀與臺帳信息的一致性。通過獲取的信息確定資產(chǎn)狀態(tài)是否完好，同時建立相應(yīng)的投產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，防止重復資產(chǎn)，進行有效管理。

在設(shè)備的實際生產(chǎn)運營中，需要運行人員根據(jù)設(shè)備的運行狀態(tài)，對設(shè)備進行掃描識別，通過條碼標簽確定設(shè)備的資產(chǎn)信息和相應(yīng)的具體數(shù)據(jù)，利用讀取器確定設(shè)備的運行狀態(tài)和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)是否匹配，則可判定設(shè)備資產(chǎn)是否正常。當變電站內(nèi)設(shè)備需要更換、轉(zhuǎn)移時，需要對臺帳信息的地理位置參數(shù)進行修正，由于設(shè)備已經(jīng)形成了唯一的識別碼進行關(guān)聯(lián)，因此相應(yīng)設(shè)備的維護信息關(guān)系保持不變，保障了信息臺帳關(guān)聯(lián)的一致性。

在設(shè)備的報廢階段，需要對設(shè)備的條碼信息進行終端掃描，確認無誤后，在臺帳信息中將該設(shè)備進行注銷，則完成了設(shè)備的退役。利用該技術(shù)可以較為方便地刪除臺帳信息中的冗余數(shù)據(jù)，減少數(shù)據(jù)庫在設(shè)備投退過程中，數(shù)據(jù)更新不及時的狀況。

5 結(jié)束語

本文針對電力設(shè)備全自動臺帳管理給出了具體方案。首先，分析了電力設(shè)備電子臺帳管理現(xiàn)狀，說明了所存在的問題；然后，對無線射頻識別技術(shù)的原理以及與電力設(shè)備臺帳管理的關(guān)系進行了說明，并給出了電子標簽信息閱讀步驟；接著，針對基于無線射頻識別技術(shù)的電力設(shè)備臺帳管理系統(tǒng)進行了設(shè)計，給出系統(tǒng)構(gòu)架并說明系統(tǒng)功能；最后，對電力設(shè)備全壽命周期的管理流程進行了分析，說明了無線射頻識別技術(shù)在整個過程中的應(yīng)用。通過本文的分析，能夠為設(shè)備臺帳全自動管理提供一定解決思路。